Herstellung und Charakterisierung transparenter und leitfähiger ZnSnxOy-Mischoxidschichten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Transparente leitfähige Dünnschichten stehen seit langer Zeit im Fokus intensiver wissenschaftlicher Bemühungen. Aktuell ist hierbei unter anderem die Suche nach hochwertigen und kostengünstigen Schichtsystemen von großem Interesse. Im Rahmen der Projektarbeit wurde das Materialsystem der ZnSnxOy‐Mischphasenschichten als kostengünstige Alternative zum wohlbekannten Sn dotierte In2O3 (ITO) erkundet. Abweichend vom ursprünglichen Arbeitsplan, um Wartezeiten im Zusammenhang mit der Erstellung und dem Testen geeigneter Targets für die Synthese dieser Mischphasenschichten effizient zu nutzen, wurden aus aktuellem Anlass parallel hierzu zwei weitere Materialsysteme, Cu‐O/CuAlO2 wie auch Cu2O, die eine intrinische p‐Dotierung aufweisen, evaluiert. Die Synthese der Materialien erfolgte in allen drei Fällen mittels RF‐Magnetronsputtern, und das Hauptanliegen der Untersuchungen richtete sich stets auf das Studium der Korrelation zwischen den Herstellungsbedingungen auf der einen Seite und den daraus resultierenden strukturellen wie auch elektrischen und optischen Eigenschaften der Schichten auf der anderen Seite. Im Zusammenhang mit der Synthese der ZnSnxOy‐Mischphasenschichten zeigten sich drei Target‐Ansätze als vielversprechend: Zn2SnO4 (Zusammensetzung des Targetmaterials Zn:Sn:O, 2:1:4); 66,66 Atomprozent ZnO und 33,33 Atomprozent SnO2 sowie 66,66 Atomprozent ZnO, 33,33 Atomprozent SnO2 und 3 Massenprozent Gallium. Die Ergebnisse mit dem größten Potential lieferten Beschichtun‐ gen mittels des Zn2SnO4 Targets und einer zusätzlichen Wasserstoffdotierung. Sowohl im Rahmen der Arbeiten zu Cu‐O/CuAlO2 als auch zu Cu2O konnten herausragende Ergebnisse erzielt werden. Die hervorragenden elektrischen Eigenschaften der Cu‐O/CuAlO2 Schichten konnten hierbei auf die Cu‐O Dimer basierte Induktion von Cu2+ 3d9 Orbitalen im Valenzbandmaximum des CuAlO2 zurückgeführt werden. Mit Hilfe der Arbeiten am Cu2O System konnte nachgewiesen werden, dass es bereits bei Raumtemperatur möglich ist, Schichten mit guter Kristallinität und vielversprechenden elektrischen Eigenschaften zu synthetisieren, die den Ansprüchen im Rahmen einer Low‐Cost‐Elektronik in der Massenproduktion genügen. Beide Materialsysteme wurden zudem anwendungsnah in Dünnschicht‐Transistors eingesetzt und konnten hier durch entsprechende Kenndaten überzeugen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Energy band engineering and controlled p‐type conductivity of CuAlO2 thin films by nonisovalent Cu‐O alloying“, Applied Physics Letters 100, 062102 (2012)
Yao et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.3683499) - „Room temperature fabrication of p‐channel Cu2O thin‐film transistors on flexible polyethylene terephthalate substrates“, Applied Physics Letters 101, 042114 (2012)
Yao et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4739524) - “Growth and Characterization of Ga‐Zn‐Sn‐O Thin Films by prepared RF‐Sputtering Method” TCM 2014 5th International Symposium on Transparent Conductive Materials, Oktober 2014
D. Oksaksin und X. Jiang
- “Growth and Characterization of Hydrogen Doped Zn‐Sn‐O Thin Films prepared by RF‐Sputtering Method”, TCM 2014 5th International Symposium on Trans‐ parent Conductive Materials, Oktober 2014
D. Oksaksin und X. Jiang
- “Growth and Characterization of Zn‐Sn‐O Thin Films by RF‐Sputtering Method”, MSE 2014‐ Materials Science and Engineering, September 2014
D. Oksaksin und X. Jiang
