The purpose of this study is to investigate the crystalline structure and optical properties of (GaZn)(NO) powders prepared by solid-state reaction between GaOOH and ZnO mixture under $NH_3$ gas flow. While ammoniation of the GaOOH and ZnO mixture successfully produces the single phase of (GaZn)(NO) solid solution within a GaOOH rich composition of under 50 mol% of ZnO content, this process also produces a powder with coexisting (GaZn)(NO) and ZnO in a ZnO rich composition over 50 mol%. The GaOOH in the starting material was phase-transformed to ${\alpha}$-, ${\beta}-Ga_2O_3$ in the $NH_3$ environment; it was then reacted with ZnO to produce $ZnGa_2O_4$. Finally, the exchange reaction between nitrogen and oxygen atoms at the $ZnGa_2O_4$ powder surface forms a (GaZn)(NO) solid solution. Photoluminescence spectra from the (GaZn)(NO) solid solution consisted of oxygen-related red-emission bands and yellow-, green- and blue-emission bands from the Zn acceptor energy levels in the energy bandgap of the (GaZn)(NO) solid solutions.
최근, 대면적 평판표시소자 제작을 위한 전기발광 (EL; electroluminescence)소자용 소재로서 GaN 분말을 적용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이와 같이 GaN 분말을 EL 소재로 사용하기 위해서는 원하는 파장의 빛을 발광할 수 있도록 특정의 불순물을 첨가하여야 할 필요가 있다. Mg이 첨가된 GaN 분말의 합성과 특성에 대한 연구가 있었으며, 희토류 원소가 첨가된 GaN 분말의 특성이 보고된바 있다. 본 논문에서는 GaOOH 분말을 출발물질로 채택하여 Zn가 첨가된 GaN 분말을 합성하고 광학적인 특성을 조사하였다. Zn가 첨가된 GaN 분말을 합성하기 위하여, 우선 CaOOH 분말 1g과 일정량의 ZnO 또는 Zn(NO$_3$)$_3$를 함께 섞어 유발에서 습식 혼합한 후 건조시켰다. Ga에 대한 Zn의 몰 비는 0.1부터 30 까지 변화시켰다. 반응온도는 900~110$0^{\circ}C$의 범위에서 변화시켰고, 반응시간은 1~4시간 범위에서 변화시켰으며, NH$_3$의 유량은 400 sccm으로 하였다. X선 회절분석장치를 사용하여 결정구조를 확인하였고, Zn의 첨가에 따른 광학적 특성은 10 K의 온도에서 광루미네센스(PL; photoluminescence)를 측정하여 평가하였다.
GaN thin films on sapphire were grown by rf magnetron sputtering with ZnO buffer layer. The dependence of GaN film quality on ZnO buffer layer was investigated by X-ray diffraction(XRD). The improved film quality has been obtained by using thin ZnO buffer layer. Using Auger electron spectroscopy(AES), it was observed that the annealing process improved the GaN film quality. The surface roughness according to the annealing temperatures(700, 900, 1100$^{\circ}C$) were investigated by AFM(atomic force microscopy) and it was confirmed that the crystallization was improved by increasing the annealing temperature. Photoluminescence at 8K shows a near-band-edge peak at 3.2eV with no deep level emission.
The structural, optical and electrical properties of ZnO films doped with 1.5 at% of 3A materials(B, Al, Ga, In) were studied by sol-gel process. The films were found to be c-axis (002) oriented hexagonal structure on glass substrate, when post heated at 500 $^{\circ}C$. The surface of the films showed a uniform and nano size microstructure and the crystalline size of doped films decreased. The lattice constants of ZnO:B/Al/Ga increased than that of ZnO, while ZnO:In decreased. All the films were highly transparent(above 90 %) in the visible region. The energy gaps of ZnO:B/Al/Ga were increased a little, but that of ZnO:In was not changed. The resistivities of ZnO:Al/Ga/In were less than 0.1 $\Omega$cm. All the films showed a semiconductor properties in the light or temperature, however ZnO:In was less sensitive to it. A figure of merit of ZnO:In had the highest value of 0.025 $\Omega^{-1}$ in all samples.
ZnO is of great interest for various technological applications ranging from optoelectronics to chemical sensors because of its superior emission, electronic, and chemical properties. In addition, vertically well-aligned ZnO nanorods on large areas with good optical and structural properties are of special interest for the fabrication of electronic and optical nanodevices. To date, several approaches have been proposed for the growth of one-dimensional (1D) ZnO nanostructunres. Several groups have been reported the MOCVD growth of ZnO nanorods with no metal catalysts at $400^{\circ}C$, and fabricated a well-aligned ZnO nanorod array on a PLD prepared ZnO film by using a catalyst-free method. It has been suggested that the synthesis of ZnO nanowires using a template-less/surfactant-free aqueous method. However, despite being a well-established and cost-effective method of thin film deposition, the use of magnetrons puttering to grow ZnO nanorods has not been reported yet. Additionally,magnetron sputtering has the dvantage of producing highly oriented ZnO film sat a relatively low process temperature. Currently, more effort has been concentrated on the synthesis of 1D ZnO nanostructures doped with various metal elements (Al, In, Ga, etc.) to obtain nanostructures with high quality,improved emission properties, and high conductance in functional oxide semiconductors. Among these dopants, Ga-doped ZnO has demonstrated substantial advantages over Al-doped ZnO, including greater resistant to oxidation. Since the covalent bond length of Ga-O ($1.92\;{\AA}$) is nearly equal to that of Zn-O ($1.97\;{\AA}$), high electron mobility and low electrical resistivity are also expected in the Ga-doped ZnO. In this article, we report the successful growth of Ga-doped ZnO nanorods on c-Sapphire substrate without metal catalysts by magnetrons puttering and our investigations of their structural, optical, and field emission properties.
이상과 같은 실험에서 다음과 같은 사실을 요약할 수 있다. 1) ZnSSe/GaAs 에피층에는 많은 양의 적층결함과 전위 등의 결정결함이 존재하고 이들은 표면부 보다는 계면부에 더 많이 존재한다. 그러나 에피층은 기판과 pseudomorphic 성장을 이루고 있다. 2) ZnSSe/GaAs 계면에는 5nm 크기의 높이차가 나는 굴곡이 존재하며 ZnSe 버퍼 층에 관계없이 적층결함이 존재하고, 에피층 결정이 약간 기울어져서 므와레 줄무늬 패턴도 존재한다. 3) ZnSSe/GaAs 계면에는 성장 중에 S의 침투로 인한 <111>방향으로 피트가 형성되었음이 관찰되었고 이는 결함 생성 소스로 작용한다 4) 15nm 높이차가 나는 계면이 발견되었으나 기판과 정합을 이루고 있고 주변에는 적층결함도 존재하지 않는다. 그러나 미세한 므와레 줄무의형태가 존재하였다.
In this work, Ga-doped ZnO (GZO) thin films for gas sensor application were deposited on low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrates, by RF magnetron sputtering method. The LTCC substrate is one of promising materials for this application since it has many advantages (e.g., low cost production, high manufacturing yields and easy realizing 3D structure etc.). The LTCC substrates with thickness of $400\;{\mu}m$ were fabricated by laminating 12 green tapes which consist of alumina and glass particle in an organic binder. The structural properties of the fabricated GZO thin film with thickness of 50 nm is analyzed by X-ray diffraction method (XRD) and field emission scanning electron microscope (FESEM). The film shows good adhesion to the substrate. The GZO gas sensors are tested by gas measurement system and show fast response and recovery characteristics to $NO_x$ gas that is 27.2 and 27.9 sec, recpectively.
본 연구에서는 InGaZnO 산화물 반도체를 제조하기 위한 출발물질 중 하나인 $Ga_2O_3$ 분말을 착체중합법을 이용하여 합성하였다. 함께 사용되는 다른 출발 물질인 $In_2O_3$와 ZnO 분말 입자가 수십 nm 크기로 제조되는 반면 $Ga_2O_3$ 분말입자는 아직까지 수 ${\mu}m$ 크기의 입자가 사용되기 때문에 입도의 균일성을 확보하기 위해 착체중합법의 공정을 최적화하여 $Ga_2O_3$ 나노 분말을 합성하고 그 물성을 분석하였다. $Ga_2O_3$ 나노 분말 합성의 출발물질로 ethylene glycol, citric acid, $Ga(NO_3)_3$를 사용하였으며 $500{\sim}800^{\circ}C$에서 $Ga_2O_3$ 나노 입자을 합성하였다. TG-DTA 분석을 통해 전구체에서 유기물이 소실되는 온도를 확인하였고, XRD 분석을 통해 $Ga(NO_3)_3$ 농도 및 열처리 온도에 따른 $Ga_2O_3$ 나노 입자의 결정성을 확인하였다. SEM 분석을 이용하여 $Ga_2O_3$ 나노 입자의 미세 구조 및 입도 분포를 확인하였다.
본 연구에서는 InGaZnO 반도체를 제조하기 위하여 출발물질로 사용되는 $Ga_2O_3$분말을 침전법을 이용하여 합성하였다. 침전법의 공정 변수인 출발물질로 사용된 $Ga(NO_3)_3$의 농도와 aging 시간 및 온도를 제어하여 $Ga_2O_3$ 분말을 합성하고 그 물성을 분석하였다. TG-DSC 분석을 통하여 $Ga(OH)_3$의 산화온도 및 $Ga_2O_3$의 상전이 온도를 확인하였고, XRD 분석을 통해 $Ga_2O_3$의 결정구조와 결정성의 변화를 확인하였다. 또한 SEM 관찰을 통해 $Ga_2O_3$분말의 미세 구조와 평균 입도 및 입도 분포를 분석하였다.
ZnSnO thin films were deposited by atomic layer deposition (ALD) process using diethyl zinc ($Zn(C_2H_5)_2$) and tetrakis (dimethylamino) tin ($Sn(C_2H_6N)_4$) as metal precursors and water vapor as a reactant. ALD process has several advantages over other deposition methods such as precise thickness control, good conformality, and good uniformity for large area. The composition of ZnSnO thin films was controlled by varying the ratio of ZnO and $SnO_2$ ALD cycles. The ALD ZnSnO film was an amorphous state. The band gap of ZnSnO thin films increased as the Sn content increased. The CIGS solar cell using ZnSnO buffer layer showed about 18% energy conversion efficiency. With such a high efficiency with the ALD ZnSnO buffer and no light soaking effect, AlD ZnSnO buffer mighty be a good candidate to replace Zn(S,O) buffer in CIGSsolar cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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