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.
Al doped Zinc Oxide(ZnO:Al) films, which is widely used as a transparent conductor in optoelectronic devices such as solar cell, liquid crystal display, plasma display panel, thermal heater, and other sensors, were prepared by using the capacitively coupled DC magnetron sputtering method. In this paper the effect of doping amounts of $Al_2O_3$ on the electrical, optical and morphological properties were investigated experimentally, The results show that the structural and electrical properties of the film are highly affected by the doping. The optimum growth conditions were obtained for films doped with 2 wt% of Al203 which exhibit a resistivity of $8.5{\times}10^{-4}{\Omega}-cm$ associated with a transmittance of 91.7 % for 840 nm in film thickness in the wavelength range of the visible spectrum.
The properties of Al-doped ZnO (AZO) films were investigated as a function of H2/(Ar + H2) gas ratio using an AZO (2 wt% Al2O3) ceramic target in a radio frequency (RF) magnetron sputtering system. The deposition process was done at 200 ℃ and in 2 × 10-2Torr working pressure and with various ratios of H2/(Ar + H2) gas. During the AZO film deposition process, partial H2 gas affected the AZO film characteristics. The electron resistivity (~ 9.21 × 10-4 Ωcm) was lowest and mobility (~17.8 ㎠/Vs) was highest in AZO films when the H2/(Ar + H2) gas ratio was 2.5%. When the H2/(Ar + H2) gas ratio was increased above 2.5%, the electron resistivity increased and mobility decreased with increasing H2/(Ar + H2) gas ratio in AZO films. The carrier concentration increased with increasing H2/(Ar + H2) gas ratio from 0% to 7.5%. This phenomenon was explained by reaction of hydrogen and oxygen and additional formation of oxygen vacancy. The average optical transmission in the visible light wavelength region over 90% and an orientation of the deposition was [002] orientation for AZO films grown with all H2/(Ar + H2) gas ratios.
Dependence of the crystallinity, surface roughness, carrier concentration, carrier mobility, electrical resistivity and transmittance of Al-doped ZnO films deposited on glass substrates by RF-magnetron sputtering on effects of the ratio of the RF power for AlZnO to that for ZnO (R) have been investigated. X-ray diffraction spectra show strong preferred orientation along the c-axis. The full width at half maximum (FWHM) of the ZnO (002) peak decreases slightly as R increases in the range of R<1.0, whereas it increases substantially in the range of R>1.0. Scanning electron micrographs (SEM) show that the ZnO film surface becomes coarse as R increases. The carrier concentration and the carrier mobility in the ZnO thin film are maximal for R=1.5 and 1.0, respectively. The electrical resistivity is minimal for R=1.0 The transmittance of the ZnO:Al film tends to increase, but to decrease slightly in the range of R>0.5. It may be concluded that the optimum R value is 1.0, considering all these analysis results. The cause of the changes in the structure and physical properties of ZnO thin films with R are also discussed.
Effects of the $O_2/Ar$ flow ratio in the sputtering process on the crystallinity, surface roughness, carrier concentration, carrier mobility, and optical properties of Al-doped ZnO thin films deposited on sapphire (001) substrates by RF magnetron sputtering were investigated. XRD spectra showed a preferred orientation along the c-axis and a minimum FWHM of the (002) XRD intensity peak for the $O_2/Ar$ flow ratio of 0.5. The (101)peak also appeared and the degree of preferred orientation decreased as the $O_2/Ar$ flow ratio increased from 0.5 to 1.0. AFM analysis results showed that the surface roughness was lowest at the $O_2/Ar$ flow ratio of 0.5 and tended to increase owing to the increase of the grain size as the $O_2/Ar$ flow ratio increased further. According to the Hall measurement results the carrier concentration and carrier mobility of the fan decreased and thus the resistivity increased as the $O_2/Ar$ flow ratio increased. The transmittance of the ZnO:Al film deposited on the glass substrate was characteristic of a standing wave. The transmittance increased as the $O_2/Ar$ flow ratio in-RF magnetron sputtering increased up to 0.5. Considering the effects of the $O_2/Ar$ flow ratio on the surface roughness, electrical resistivity and transmittance properties of the ZnO:Al film the optimum $O_2/Ar$ flow ratio was 0.5 in the RF magnetron sputter deposition of the ZnO:Al film.
Zinc oxide (ZnO) has been widely studied for its practical applications such as transparent conduction electrodes for flat panel displays and solar cells. Especially, ZnO films show good chemical stability against hydrogen plasma, absence of toxicity, abundance in nature, and then suitable for photovoltaic applications. However, the fabrication process of thin film solar cells require a high substrate temperature and/or post heat treatment. Therefore, the layers have to withstand high temperatures, requiring an excellent stability without degrading their electronic and optical properties. In this paper, we investigated the stability of zinc oxide (ZnO) films doped with aluminum and hydrogen. Doped ZnO films were prepared by r.f. magnetron sputter and followed by heat treatment at different temperatures and for various times.
Trivalent ions(Ga, Al, In) doped ZnO films were deposited by DC magnetron sputtering on non-alkali glass substrate at substrate temperature of $300^{\circ}C$. We used the different three types of high density($95%{\sim}$) ceramic sintered disks(doped with $Ga_2O_3$; 6.65 wt%, $Al_2O_3$; 3.0 wt%, $In_2O_3$; 9.54 wt%). This study examined the effect of different dopants(Ga, Al, In) on the electrical, structural, and optical properties of the films. The lowest resistivity of $5.14{\times}10^{-4}{\Omega}cm$ and the highest optical band gap of 3.74 eV were obtained by Ga doped ZnO(GZO) film. All the films had a preferred orientation along the(002) direction, indicating that the growth orientation has a c-axis perpendicular to the substrate surface. The average transmittance of the films was more than 85% in the visible range.
ZnO($Al_2O_3\;2%$ 2% doped) 산화물 타겟과 금속 Zn(Al 2% doped) 타겟을 사용하여 반응성 직류 마그네트론 스퍼터링법으로 산소 가스 및 인가 전력을 조절하면서 AZO(Aluminum doped Zine Oxide) 막을 증착하였다. 비저항과 평균 투과율을 고려할 때 최적의 투명전도성을 보이는 조건은 산화물 타겟의 경우 산소가스의 비가 $0.5{\times}10^{-2}~1.0{\times}10^{-2}$범위이며, 금속 타겟의 경우 인가전력 0.6kW에서는 0.215~0.227, 1.0kW에서는 0.305~0.315이었다. 각 최적조건에서 제막된 AZO 막의 비저항은 $1.2~1.4{\times}10^{-3} {\Omega}{\cdot}cm$cm으로 타겟에 의한 차이는 없었다.
라디오파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 유리 기판 위에 Al 도핑된 ZnO (AZO) 박막을 성장시켰다. 증착시 스퍼터링 가스로 사용하는 산소 유량비의 변화에 따른 AZO 박막의 특성을 X-선 회절법, 원자 주사 현미경, 홀 효과 측정법으로 조사하였다. 증착 온도 $400^{\circ}C$에서 산소 유량비 0%로 증착된 AZO 박막은 가장 큰 c-축 우선 배향성과 최저의 비저항값 $6.9{\times}10^{-4}{\Omega}cm$을 나타내었다. 산소 유량비가 증가함에 따라 ZnO (002)면의 회절 피크의 세기는 실질적으로 감소하는 경향을 보였다. 또한, 산소 유량비가 감소함에 따라 전하 운반자의 농도와 홀 이동도는 증가하였으나, 전기 비저항은 감소하였다.
Aluminium doped zinc oxide(ZnO:Al) thin film, which is mainly used as a transparent conducting electrode in electronic devices, has many advantages compared with conventional indium tin oxide(ITO). In this paper in order to investigate the possible application of ZnO:Al thin films as a transparent conducting electrode for flexible film-typed dye sensitized solar cell (FT-DSCs), ZnO:Al and ITO thin films were prepared on the polyethylene terephthalate (PET) substrate by r. f. magnetron sputtering method. Specially one-inched FT-DSCs using either a ZnO:Al or ITO electrode were also fabricated separately under the same manufacturing conditions. Some properties of both the FT-DSCs with ZnO:Al and ITO transparent electrodes, such as conversion efficiency, fill factor, and photocurrent were measured and compared with each other. The results showed that by doping the ZnO target with 2 wt% of $Al_2O_3$, the film deposited at discharge power of 200W resulted in the minimum resistivity of $2.2\times10^{-3}\Omega/cm$ and at ransmittance of 91.7%, which are comparable with those of commercially available ITO. Two types of FT-DSCs showed nearly the same tendency of I-V characteristics and the same value of conversion efficiencies. Efficiency of FT-DSCs using ZnO:Al electrode was around 2.6% and that of fabricated FT-DSCs using ITO was 2.5%. This means that ZnO:Al thin film can be used in FT-DSCs as a transparent conducting layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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