Properties of nanostructured ZnO thin films synthesized using a modified aqueous chemical growth method

Abstract

Výzkum a vývoj nano-rozměrného oxidu zinečnatého (ZnO) dosáhl nedávno významné pozornosti pro jeho pozoruhodné vlastnosti, jako značná vazbová energie excitonů (60 meV), mimořádnou fotocitlivost, netoxickou povahu, šířku zakázaného pásma a skutečnost, že se jedná o levný materiál s mnoha technologickými aplikacemi. Neodmyslitelnou nutností pro stechiometrické ZnO nano-struktury je návrh depoziční metody, při které stechiometrie řízená chemickou reakcí je nevyhnutná. Kromě toho je extrémně důležité, aby nově vyvinuté metody depozice nano-struktur ZnO byly co možná nejjednodušší, s maximální výkonností, přičemž jejich cena by byla co nejnižší. Modifikovaná hydratačně chemicky růstová metoda nabízí tyto možnosti. V této práci tenké vrstvy ZnO ve tvaru „nano-lístků“ na skleněných substrátech byly připraveny použitím modifikované hydratačně chemicky růstové metody. Na druhé straně, před použitím vytvořených ZnO nano-struktur pro jakékoliv technologické aplikace je nutné vyšetřit jejich morfologické, optické, elektrické a strukturní vlastnosti. V této práci, morfologické, optické, elektrické a strukturní vlastnosti s ohledem na různé doby depozice, byly zkoumány použitím FESEM, UV-Vis spektroskopie, I-V vlastnosti pomocí Keithleyho systému a mikrostruktura rentgenovou difrakcí. Mikro-snímky SEM ukázaly růst vzorů pro deponované „nano-lístky“ ZnO, které pokračují přes nukleaci a koalescenci ZnO zárodků. Rentgenová difrakční analýza ukázala, že vrstvy ZnO ze sloučených „nano-lístků“ mají hexagonální wurtzitovou strukturu s difrakčními liniemi v 2ϑ polohách 31.7°, 34.4°, 36.2°, 47.4°, 56.5° a 62.7°, které patří liniím (100), (002), (101), (102), (110) and (103). UV-Vis spektroskopie podobným způsoben prokázala, že vrstvy slučovaných ZnO „nano-lístků“ mají optické šířky zakázaného pásma v rozmezích od 3.46 eV do 3.65 eV. Volt-ampérové charakteristiky odhalily, že ZnO vrstvy „nano-lístků“ jsou vodivé. Hodnoty rezistivity vrstev získané z I-V charakteristik ukázaly exponenciální růst rezistivity se zvětšením tloušťky vrstev. Naše metoda přípravy tenkých vrstev ZnO chemicky podpořenou cestou může sloužit jako kritérium pro řízení syntézy nano-struktur ZnO pro různé technologické aplikace.