view in publisher's site

Improving optical properties and controlling defect-bound states in ZnMgO thin films through ultraviolet–ozone annealing

Highlights•Low temperature and cost efficient UV-ozone annealing has been used in this study.•Suppression in defects bound emissions (DBE) and increased optical efficiency.•Near-band-edge emission (NBE) to DBE peak intensity ratio as high as 45.7 has been achieved.•High Near band edge emission (NBE) to DBE peak intensity ratio (45.7) is achieved.•Reduction in oxygen vacancies is observed after UV-ozone annealing.AbstractBandgap-engineered oxide semiconductors have received widespread research attention in such applications as sensors, photodetectors, electronic devices, and solar cells. Zinc magnesium oxide (ZnMgO) is important in optoelectronics because of its wide bandgap and high excitonic binding energy. A primary drawback of ZnMgO thin films has been the presence of inherent point defects, which limits their applicability in optoelectronics devices; nevertheless, these defects can be overcome through post-growth annealing. However, annealing temperatures are typically high, in the range of 700-1000°C, which is unfit for integration in upcoming flexible electronic device applications. Herein, we propose an ultraviolet-ozone (UVO) annealing technique to improve the quality of thin films; the proposed approach is a low-temperature, simple, and cost-effective process. We studied the effects of postgrowth UVO annealing time (10, 30, 70, and 90 min) on radio frequency sputtered ZnMgO thin films. The films were then characterized through optical, structural, and elemental characterization techniques. Post-UVO annealing considerably improved near band emissions and suppressed defect bound emission. Room-temperature photoluminescence measurements revealed a 104 improvement in the near band emission peak of the 70 min UVO treated film compared with the as-deposited film. The ratio of the peak intensities of near band emission and defects band emission for the 70-min post-UVO film was 50 × higher than that of the as-deposited film. High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy evidenced the suppression of oxygen vacancies and strengthening of the metal–oxygen bonds in the ZnMgO lattice of the 70-min post-UVO annealed film. Scanning electron microscopy images demonstrated improvements in the morphological properties of the post-UVO films.

بهبود خواص نوری و کنترل حالت‌های محدود به نقص در لایه‌های نازک ZnMgO از طریق تابکاری فرابنفش - ازن

نقاط برجسته دمای پایین و تابکاری موثر و مقرون‌به‌صرفه اوزون در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته‌است. * جلوگیری از نقص در انتشار حد (DBE)و افزایش بازده نوری. میزان نشر لبه نزدیک به باند (NBE)به نسبت شدت قله DBE به بالای ۴۵.۷ رسیده‌است. انتشار لبه نزدیک باند بالا (NBE)به نسبت شدت پیک DBE (۴۵.۷)به دست می‌آید. کاهش جاه‌ای خالی اکسیژن پس از تابکاری اوزون - UV مشاهده می‌شود. نیمهرساناهای اکسید مهندسی شده با شکاف راسو توجه بسیاری را در کاربردهایی مانند سنسورها، آشکارسازهای نوری، دستگاه‌های الکترونیکی و سلول‌های خورشیدی به خود جلب کرده‌اند. اکسید منیزیم روی (ZnMgO)به دلیل شکاف نواری وسیع و انرژی بالای اتصال به اکسیژن در اپتوالکترونیک مهم است. یکی از معایب اصلی لایه‌های نازک ZnMgO، وجود نقص‌های نقطه‌ای ذاتی است که قابلیت کاربرد آن‌ها را در وسایل اپتوالکترونیک محدود می‌کند؛ با این حال، این نقایص را می توان از طریق تابکاری پس از رشد برطرف کرد. با این حال، دمای تابکاری به طور معمول بالا است، در محدوده ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد، که برای یکپارچه‌سازی در کاربردهای الکترونیکی انعطاف‌پذیر در آینده نامناسب است. در عین حال، ما یک روش تابکاری فرابنفش - اوزون (UVO)را برای بهبود کیفیت لایه‌های نازک پیشنهاد می‌کنیم؛ روش پیشنهادی فرآیندی ساده، دما پایین و مقرون‌به‌صرفه است. ما اثرات زمان تابکاری بعد از رشد UVO (۱۰، ۳۰، ۷۰ و ۹۰ دقیقه)را بر روی لایه‌های نازک فشرده فرکانس رادیویی ZnMgO مطالعه کردیم. سپس این فیلم‌ها از طریق تکنیک‌های شناسایی نوری، ساختاری و عنصری مشخص شدند. تابکاری بعد از UVO به طور قابل‌توجهی انتشار باند نزدیک و انتشار محدود نقص را کاهش داد. اندازه‌گیری‌های فوتولومینسنس در دمای اتاق نشان داد که در فیلم ۷۰ دقیقه عملیات UVO در مقایسه با فیلم رسوب کرده، در پیک نشر نزدیک باند، ۱۰۴ بهبود حاصل شده‌است. نسبت شدت پیک نشر باند نزدیک و نشر باند ناقص برای فیلم ۷۰ دقیقه پس از UVO، ۵۰ بیشتر از فیلم رسوب کرده بود. طیف‌سنجی نوری اشعه ایکس با وضوح بالا، سرکوب فضاهای خالی اکسیژن و تقویت پیوندهای فلز - اکسیژن در شبکه ZnMgO فیلم تابکاری شده پس از ۷۰ دقیقه را نشان داد. تصاویر اسکن میکروسکوپ الکترونی بهبودهایی را در خواص مورفولوژیکی فیلم‌های بعد از UVO نشان داد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Materials Chemistry
  • ترجمه مقاله Materials Chemistry
  • مقاله شیمی مواد
  • ترجمه مقاله شیمی مواد
  • مقاله Metals and Alloys
  • ترجمه مقاله Metals and Alloys
  • مقاله فلزات و آلیاژ
  • ترجمه مقاله فلزات و آلیاژ
  • مقاله Surfaces, Coatings and Films
  • ترجمه مقاله Surfaces, Coatings and Films
  • مقاله سطوح، روکش‌ها و لایه‌ها
  • ترجمه مقاله سطوح، روکش‌ها و لایه‌ها
  • مقاله Surfaces and Interfaces
  • ترجمه مقاله Surfaces and Interfaces
  • مقاله سطوح و واسط‌ها
  • ترجمه مقاله سطوح و واسط‌ها
  • مقاله Electronic, Optical and Magnetic Materials
  • ترجمه مقاله Electronic, Optical and Magnetic Materials
  • مقاله مواد الکترونیک، نوری و مغناطیسی
  • ترجمه مقاله مواد الکترونیک، نوری و مغناطیسی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.