Enhancement of hole mobility in high-rate reactively sputtered Cu2O thin films induced by laser thermal annealing

Abstract

In presented work, a reactive high-power impulse magnetron sputtering (r-HiPIMS) was used for high-rate deposition (≈ 170 nm/min) of Cu2O films. Films were deposited on a standard soda-lime glass (SLG) substrate at a temperature of 190 °C. As-deposited films exhibit poor hole mobility in the orders of ≈ 1 cm2/Vs. We have systematically studied the effect of laser thermal annealing (LTA) procedure performed using high-power infrared laser under different laser parameters (number of pulses, length of the pulse). We have found, LTA procedure could significantly enhance the hole mobility (up to 24 cm2/Vs in our case). We have also fitted the results of a temperature-dependent Hall measurement to clarify the mechanism of the reported increase in hole mobility. Moreover, we have discussed the effect of the LTA procedure on microstructure (crystallinity, surface morphology) and on the value of optical band gap.

V předložené práci bylo použito reaktivní impulsní magnetronové naprašování (r-HiPIMS) pro depozici Cu2O vrstev vysokou rychlostí (≈ 170 nm/min). Vrstvy byly nanášeny na standardní substrát ze sodnovápenatého skla (SLG) při teplotě 190 °C. Nadeponované vrstvy vykazují nízkou pohyblivost děr v řádu ≈ 1 cm2/Vs. Systematicky jsme studovali vliv laserového tepelného žíhání (LTA) prováděného pomocí vysokovýkonového infračerveného laseru při různých parametrech laseru (počet pulzů, délka pulzu). Zjistili jsme, že procedura LTA může výrazně zvýšit pohyblivost děr (v našem případě až na 24 cm2/Vs). K objasnění mechanismu uváděného zvýšení pohyblivosti děr jsme také použili výsledky měření Hallova jevu v závislosti na teplotě. Dále jsme se zabývali vlivem procedury LTA na mikrostrukturu (krystalinita, morfologie povrchu) a na hodnotu optického zakázaného pásu.