Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.297.2-297.2
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2013
Scavenging electricity from wasteful energy resources is currently an important issue and piezoelectric nanogenerators (NGs) based on zinc oxide (ZnO) are promising energy harvesters that can be adapted to various portable, wearable, self-powered electronic devices. Although ZnO has several advantages for NGs, the piezoelectric semiconductor material ZnO generate an intrinsic piezoelectric potential of a few volts as a result of its mechanical deformation. As grown, ZnO is usually n-type, a property that was historically ascribed to native defects. Oxygen vacancies (Vo) that work as donors exist in ZnO thin film and usually screen some parts of the piezoelectric potential. Consequently, the ZnO NGs' piezoelectric power cannot reach to its theoretical value, and thus decreasing the effect from Vo is essential. In the present study, c-axis oriented insulator-like sputtered ZnO thin films were grown in various temperatures to fabricate an optimized nanogenerator (NGs). The purity and crystalinity of ZnO were investigated with photoluminescence (PL). Moreover, by introducing a p-type polymer usually used in organic solar cell, it was discussed how piezoelectric passivation effect works in ZnO thin films having different types of defects. Prepared ZnO thin films have both Zn vacancies (accepter like) and oxygen vacancies (donor like). It generates output voltage 20 time lager than n-type dominant semiconducting ZnO thin film without p-type polymer conjugating. The enhancement is due to the internal accepter like point defects, zinc vacancies (VZn). When the more VZn concentration increases, the more chances to prevent piezoelectric potential screening effects are occurred, consequently, the output voltage is enhanced. Moreover, by passivating remained effective oxygen vacancies by p-type polymers, we demonstrated further power enhancement.
We have investigated core-levels of ZnO thin films at the interface with the graphene on Cu foil using in-situ X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Spectral evolution of C 1s, Zn 2p, and O 1s are observed in real time during RF sputtering deposition. We found binding energy (BE) shifts of Zn 2p and 'Zn-O' state of O 1s depending on ZnO film thickness. Core-levels BE shifts of ZnO will be discussed on the basis of electron transfer at the interface and it may have an important role in the electronic transport property of the ZnO/graphene-based electronic device.
Han Seok Kyu;Hong Soon-Ku;Kim Hyo-Jin;Lee Jae-Wook;Lee Jeong-Yong
Korean Journal of Materials Research
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v.16
no.6
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pp.360-366
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2006
A series of ZnO thin films were grown by radio-frequency (RF) magnetron sputtering with various RF powers on $SiO_2/Si$(100) substrates at $500^{\circ}C$. Thicknesses of the investigated ZnO films were fixed to about 250nm by changing the growth time based on the changes of growth rates with RF powers. All the ZnO thin films were grown with <0001> preferred orientation. Average grain sizes of about 250nm-thick ZnO films evaluated by FE-SEM, AFM, and TEM were increased by decreasing the RF power. Structural properties addressed by FWHM values of XRD (0002) omega rocking curves and their intensities were better for the smaller grain sized ZnO films grown with high RF powers, which implies small values of tilt for smaller grain sized ZnO films. However, optical properties addressed by intensities of band edge emissions from room temperature and low temperature photoluminescence were better for the larger grain sized ZnO films with low RF power, which implies grain boundaries acted as nonradiation recombination centers.
Purpose: This research is that prepare amorphous or crystalline ZnO thin films with pure strong UV emission on soda-lime-silica glass (SLSG) substrates by low-temperature annealing. Methods: Growth characteristic and optical properties of the amorphous or nano-crystalline ZnO thin films prepared on soda - lime - silica glass substrates by chemical solution deposition at 100, 150, 200, 250 and $300^{\circ}C$ were investigated using X-ray diffraction analysis, ultraviolet - visible - near infrared spectrophotometer, and photoluminescence. Results: The films exhibited an amorphous pattern even when finally annealed at $100^{\circ}C{\sim}200^{\circ}C$ for 60 min, while crystalline ZnO was obtained by prefiring at 250 and $300^{\circ}C$. The photoluminescence spectrum of amorphous ZnO films shows a strong NBE emission, while the visible emission is nearly quenched. Conclusions: These results indicate it should be possible to cheaply and easily fabricate ZnO-based optoelectronic devices at low temperature, below $200^{\circ}C$, in the future.
Nitrogen and aluminum codoped ZnO(NAZO) thin films were grown on glass substrates with changing the nitrogen flow ratio by radio-frequency magnetron sputtering. The structural, optical, and electrical properties of the NAZO films were investigated. The surface morphologies and the structural properties of the thin films were analyzed by using the X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The NAZO thin film, deposited at nitrogen flow ratio of 0%, showed a strongly c-axis preferred orientation and the lowest resistivity of $3.2{\times}10^{-3}{\Omega}cm$. The intensity of ZnO(002) diffraction peak was decreased gradually with increasing the nitrogen flow ratio. The optical properties of the films were measured by UV-VIS spectrophotometer and the optical transmittances for all the samples were found to be an average 90% in the visible range. Based on the transmittance value, the optical bandgap energy for the NAZO thin film deposited at nitrogen flow ratio of 0% was determined to be 3.46 eV. As for the electrical properties, the carrier concentration and the hall mobility were decreased, but the electrical resistivity was increased as the nitrogen flow ratio was increased.
Kim, Seung-Hong;Kim, Sun-Kyung;Kim, So-Young;Kim, Daeil;Choi, Dae-Han;Lee, Byung-Hoon;Kim, Min-Gyu
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.14
no.4
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pp.208-210
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2013
ZnO films were deposited on glass substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering and exposed to intense electron beam irradiation to investigate the effects of electron irradiation on the properties of the films. Although all of the films had ZnO (002) textured structure regardless of electron irradiation, the grain sizes of the films decreased with electron irradiation. Surface roughness also depended on electron irradiation. The surface roughness varied between 2.3 and 1.6 nm, depending on the irradiation energy. Based on photoluminescence (PL) characterization, the most intense UV emission was observed from ZnO films irradiated at 900 eV. Since the intensity of UV emission is dependent upon the stoichiometric of ZnO films, we conclude that 900 eV was the optimum electron irradiation energy to achieve the best stoichiometric of ZnO films in this study.
An inductively coupled plasma assisted atomic layer deposition(ICP-ALD) system has been constructed for the deposition of ZnO thin films, and various experiments of ZnO thin films on p-type Si(100) substrates have been carried out to find the self-limiting reaction conditions for the ICP-ALD system under non-plasma circumstances. Diethyl zinc[$Zn(C_2H_5)_2$, DEZn] was used as the zinc precursor, $H_2O$ as the oxidant, and Ar as the carrier and purge gas. At the substrate temperature of $150^{\circ}C$, atomic layer deposition conditions based on self-limiting surface reaction were successfully obtained by series of experiments through the variation of exposure times for DEZn, $H_2O$, and Ar. ZnO deposition was repeated at different substrate temperatures of $90{\sim}210^{\circ}C$. As a result, the thermal process window(ALD window) for ZnO thin films was observed to be $110{\sim}190^{\circ}C$ and the average growth rate was measured to be constant of 0.29 nm/cycle. Properties of the film's microstructure and composition(Zn, O, etc.) were also studied. As the substrate temperature increases, the crystallinity was improved and ZnO(002) peak became dominant. The films deposited at all temperatures were high purity, and the films deposited at high temperatures had the composition ratio between Zn and O closer to one of a stable hexagonal wurtzite structure.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.23
no.10
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pp.747-751
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2010
In the study, the characteristics of the etched Zinc oxide (ZnO) thin films surface, the etch rate of ZnO thin film in $Cl_2/BCl_3/Ar$ plasma was investigated. The maximum ZnO etch rate of 53 nm/min was obtained for $Cl_2/BCl_3/Ar$=3:16:4 sccm gas mixture. According to the x-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM), the etched ZnO thin film was investigated to the chemical reaction of the ZnO surface in $Cl_2/BCl_3/Ar$ plasma. The field emission auger electron spectroscopy (FE-AES) analysis showed an elemental analysis from the etched surfaces. According to the etching time, the ZnO thin film of etched was obtained to The AES depth-profile analysis. We used to atomic force microscopy to determine the roughness of the surface. So, the root mean square of ZnO thin film was 17.02 in $Cl_2/BCl_3/Ar$ plasma. Based on these data, the ion-assisted chemical reaction was proposed as the main etch mechanism for the plasmas.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.145.1-145.1
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2013
A prerequisite for the development of graphene-based field effect transistors (FETs) is reliable control of the type and concentration of carriers in graphene. These parameters can be manipulated via the deposition of atoms, molecules, and polymers onto graphene as a result of charge transfer that takes place between the graphene and adsorbates. In this work, we demonstrate a unique and facile methodology for the homogenous and stable p-type doping of graphene by hybridization with ZnO thin films fabricated by MeV electron beam irradiation (MEBI) under ambient conditions. The formation of the ZnO/graphene hybrid nanostructure was attributed to MEBI-stimulated dissociation of zinc acetate dihydrate and a subsequent oxidation process. A ZnO thin film with an ultra-flat surface and uniform thickness was formed on graphene. We found that homogeneous and stable p-type doping was achieved by charge transfer from the graphene to the ZnO film.
Park, Sungho;Kim, Byung Jun;Kang, Seong Jun;Cho, Nam-Kwang
Journal of the Korean Physical Society
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v.73
no.9
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pp.1351-1355
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2018
The photocurrent characteristics of zinc-oxide (ZnO) thin-film transistors (TFTs) prepared using radio-frequency sputtering and spin-coating methods were investigated. Various characterization methods were used to compare the physical and the chemical properties of the sputtered and the spin-coated ZnO films. X-ray photoelectron spectroscopy was used to investigate the chemical composition and state of the ZnO films. The transmittance and the optical band gap were measured by using UV-vis spectrometry. The crystal structures of the prepared ZnO films were examined by using an X-ray diffractometer, and the surfaces of the films were investigated by using scanning electron microscopy. ZnO TFTs were prepared using both sputter and solution processes, both of which showed photocurrent characteristics when illuminated by light. The sputtered ZnO TFTs had a photoresponsivity of 3.08 mA/W under illumination with 405-nm light while the solution-processed ZnO TFTs had a photoresponsivity of 5.56 mA/W. This study provides useful information for the development of optoelectronics based on ZnO.
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