Oxidische Materialien: ZnO

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1 Oxidische Materialien: ZnO
Bruno K. Meyer, Thorsten Krämer, Angelika Polity, Changzhong Wang, Yunbin He I. Physikalisches Institut Justus-Liebig-Universität Gießen Rauischholzhausen, I.Physikalisches Institut Justus-Liebig-Universität Gießen

2 ZnO: Recent activities
Optics: Nano-wire Lasers Spintronics: ZnO:Mn, ZnO:V Opto-Electronic: P-type doping 1997: Minegishi et al, Jpn. J. Appl. Phys. 36, L1453 CVD, N – doping nh ~ 1016cm-3 Dietl et al., Science 287 (2000), 1019 V-doped ZnO: Tc ~ 350 K

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4 ZnO: Recent activities
Optics: Nano-wire Lasers Spintronics: ZnO:Mn, ZnO:V Opto-Electronic: P-type doping 1997: Minegishi et al, Jpn. J. Appl. Phys. 36, L1453 CVD, N – doping nh ~ 1016cm-3 Dietl et al., Science 287 (2000), 1019 V-doped ZnO: Tc ~ 350 K

5 Transparent conducting oxides (TCO)
Architekturglas Flachbildschirme Solarzellen Alternativen zu ZnO:Al ?

6 ZnO und ternäre Mischverbindungen
Ternäre Legierungen: Zn1-xMgxO Zn1-xCdxO Barrierenschichten für Quantengrabenstrukturen UV – blockierende Beschichtungen „solar blind“ Detektoren Bandlücken, Struktur, etc ? Anionen-Substitution: ZnO1-xSx Yoo, et al., APL 81, 3798 (2002) PLD : x < 0.14

7 Herstellung von ZnO1-xSx-Schichten
RF-Sputtern mit einem ZnS-Keramiktarget Sputterleistung 300 W Substrattemperatur ca. 200°C Arbeitsgas Argon mit einem Fluß von 5 sccm Sauerstoffflüsse von 0 sccm bis 5 sccm Arbeitsdruck um 20 mTorr (~2,7 Pa) Floatglas und (002)-orientierter Saphir als Substratmaterial Schichtdicken von 150 bis 300 nm

8 Kristallstrukturbestimmung mit XRD
Alle Schichten über den ganzen Kompo-sitionsbereich kristallisieren in der hexa-gonalen Wurzitstruktur. Sie wachsen c-Achsen orientiert mit der (002)-Ebene parallel zur Substratoberfläche. Die Lage des (002)-Peaks verschiebt sich mit der Komposition von 28,5° für ZnS nach 34,4° für ZnO.

9 Kompositionsbestimmung mit XPS

10 Komposition und Gitterkonstante
Der c-Gitterparameter interpoliert gemäß Vegards Gesetz linear mit der Komposition zwischen den binären Endpunkten ZnO und ZnS.

11 Transmission und Absorption
Abschätzung der Bandlückenenergie Die Transmissionsspektren der ZnOS-Proben zeigen eine Änderung der Band-lückenenergie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung

12 Komposition und Bandgapbowing
ZnO ZnS . Die Größe der Bandlücke von ZnO1-xSx läßt sich in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt x durch EZnOS(x) = x EZnS+ (1-x) EZnO- b (1-x)x mit b=3,0 eV beschreiben. Patent DE A1

13 Elektrische Eigenschaften

14 Vergleich von ZnOS und ZnOSe