Ảnh hưởng của nồng độ oxy đến đặc tính quang học và cấu trúc tinh thể của màng ZnO pha tạp Indium chế tạo bằng phương pháp phún xạ

Nguyễn Khắc Bình1,2, Trần Bảo Quân3, La Phan Phương Hạ1,2, Ngô Hải Đăng3,
1 Khoa Khoa học và Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam
2 Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam
3 Khoa Khoa học ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

Nội dung chính của bài viết

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, màng mỏng ZnO pha tạp Indium được chế tạo trên đế thủy tinh bằng phương pháp phún xạ phản ứng RF magnetron. Ảnh hưởng của nồng độ oxy trong quá trình lắng đọng đến đặc tính quang học, hình thái bề mặt và vi cấu trúc của màng đã được khảo sát. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy tất cả các mẫu IZO đều có cấu trúc đa tinh thể kiểu wurtzite với mặt mạng ưu tiên (002) định hướng vuông góc với bề mặt đế. Quan sát bằng hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) cho thấy màng có cấu trúc hạt đồng đều, trong đó mẫu lắng đọng tại nồng độ oxy 10% đạt kích thước hạt trung bình khoảng 74.2 nm. Phổ truyền qua UV–Vis cho thấy các màng IZO có năng lượng vùng cấm quang học khoảng 3.4 eV và độ truyền qua trong vùng ánh sáng khả kiến đạt tới 85% đối với mẫu IZO_10% O₂. Ngoài ra, năng lượng Urbach giảm dần khi tăng nồng độ oxy trong quá trình lắng đọng. Những kết quả này chứng tỏ nồng độ oxy là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc và đặc tính quang học của màng IZO chế tạo bằng phương pháp phún xạ phản ứng RF magnetron.

Chi tiết bài viết

Tài liệu tham khảo

Babu, E. S., & Hong, S. (2015). Effect of indium concentration on morphology of ZnO nanostructures grown by using CVD method and their application for H2 gas sensing. Superlattices and Microstructures, 82, 349–356.
Badadhe, S. S., & Mulla, I. S. (2009). H2S gas sensitive indium-doped ZnO thin films: Preparation and characterization. Sensors and Actuators B: Chemical, 143(1), 164–170.
Benouis, C. E., Benhaliliba, M., Juarez, A. S., Aida, M. S., Chami, F., & Yakuphanoglu, F. (2010). The effect of indium doping on structural, electrical conductivity, photoconductivity and density of states properties of ZnO films. Journal of Alloys and Compounds, 490(1–2), 62–67.
Bhosle, V., Tiwari, A., & Narayan, J. (2006). Metallic conductivity and metal-semiconductor transition in Ga-doped ZnO. Applied Physics Letters, 88(3).
Burstein, E. (1954). Anomalous optical absorption limit in InSb. Physical Review, 93(3), 632.
Chen, K. J., Hung, F.-Y., Chang, S.-J., & Hu, Z. S. (2009). Microstructures, optical and electrical properties of In-doped ZnO thin films prepared by sol–gel method. Applied Surface Science, 255(12), 6308–6312.
Chirakkara, S., Nanda, K. K., & Krupanidhi, S. B. (2011). Pulsed laser deposited ZnO: In as transparent conducting oxide. Thin Solid Films, 519(11), 3647–3652.
Cullity, B. D., & Smoluchowski, R. (1957). Elements of X‐ray Diffraction. Physics Today, 10(3), 50.
Feng, C., Yi-Ding, W., Da-Li, L., Jing-Zhi, Y., Bao-Jia, G., Lei, L., & Yu-Peng, A. (2009). Preparation and characterization of transparent conductive Nb-doped ZnO films by radio-frequency sputtering. Chinese Physics Letters, 26(3), 34210.
Granqvist, C. G. (2007). Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review. Solar Energy Materials and Solar Cells, 91(17), 1529–1598.
Hang Pham, T. K., Ngo, H. D., & Pham, H. P. (2025). Optimizing indium concentration in ZnO thin films for enhanced optical, electronic, and thermoelectric applications. Journal of Vacuum Science & Technology A, 43(5).
Hassanien, A. S., & Akl, A. A. (2016). Effect of Se addition on optical and electrical properties of chalcogenide CdSSe thin films. Superlattices and Microstructures, 89, 153–169.
Kamble, S. S., Radhakrishnan, J. K., & Krishnamoorthy, R. (2018). Effect of O2 flow rate on the characteristics of ZnO thin films deposited by RF reactive magnetron sputtering. Materials Technology, 33(11), 709–715.
Khalfallah, B., Chaabouni, F., & Abaab, M. (2015). Some physical investigations on In-doped ZnO films prepared by RF magnetron sputtering using powder compacted target. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 26, 5209–5216.
Khranovskyy, V., Grossner, U., Nilsen, O., Lazorenko, V., Lashkarev, G. V, Svensson, B. G., & Yakimova, R. (2006). Structural and morphological properties of ZnO: Ga thin films. Thin Solid Films, 515(2), 472–476.
Kim, Y. H., Lee, K. S., Lee, T. S., Cheong, B., Seong, T.-Y., & Kim, W. M. (2009). Effects of substrate temperature and Zn addition on the properties of Al-doped ZnO films prepared by magnetron sputtering. Applied Surface Science, 255(16), 7251–7256.
Kotlyarchuk, B., Savchuk, V., & Oszwaldowski, M. (2005). Preparation of undoped and indium doped ZnO thin films by pulsed laser deposition method. Crystal Research and Technology: Journal of Experimental and Industrial Crystallography, 40(12), 1118–1123.
Lim, S. Y., Brahma, S., Liu, C.-P., Wang, R.-C., & Huang, J.-L. (2013). Effect of indium concentration on luminescence and electrical properties of indium doped ZnO nanowires. Thin Solid Films, 549, 165–171.
Luna-Arredondo, E. J., Maldonado, A., Asomoza, R., Acosta, D. R., Melendez-Lira, M. A., & Olvera, M. de la L. (2005). Indium-doped ZnO thin films deposited by the sol–gel technique. Thin Solid Films, 490(2), 132–136.
Ma, Q.-B., Ye, Z.-Z., He, H.-P., Hu, S.-H., Wang, J.-R., Zhu, L.-P., Zhang, Y.-Z., & Zhao, B.-H. (2007). Structural, electrical, and optical properties of transparent conductive ZnO: Ga films prepared by DC reactive magnetron sputtering. Journal of Crystal Growth, 304(1), 64–68.
Minami, T. (2000). New n-type transparent conducting oxides. MRS Bulletin, 25(8), 38–44.
Peng, L.-P., He, A.-L., Fang, L., & Yang, X.-F. (2022). Structure and properties of indium-doped ZnO films prepared by RF magnetron sputtering under different pressures. Rare Metals, 41(9), 3239–3243.
Peng, L. P., Fang, L., Yang, X. F., Ruan, H. B., Li, Y. J., Huang, Q. L., & Kong, C. Y. (2009). Characteristics of ZnO: In thin films prepared by RF magnetron sputtering. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 41(10), 1819–1823.
Pham, A. T. T., Le, O. K. T., Van Hoang, D., Nguyen, T. H., Chen, K.-H., Park, S., Phan, T. B., & Tran, V. C. (2022). Coupling modification of Fermi level, band flattening and lattice defects to approach outstanding thermoelectric performance of ZnO films via tuning In and Ga incorporation. Acta Materialia, 241, 118415.
Pham, A. T. T., Phan, T. T. T., Nguyen, T. H., Van Hoang, D., Le, O. K. T., Doan, U. T. T., Phan, T. B., & Tran, V. C. (2023). Synergy of indium doping and hydrogenation for good-performance and high-mobility ZnO electrode films. Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 8(3), 100569.
Pham, T. K. H., Ngo, H. D., & Pham, H. P. (2025). Enhancing Optical and Electronic Properties of Indium-doped ZnO Thin Films through Substrate Temperature Control. E-Journal of Surface Science and Nanotechnology.
Pham, T. K. H., Pham, H. P., & Ngo, H. D. (2025). Impact of Sputtering Power on Characteristics of Indium-Doped ZnO Thin Films. MATERIALS TRANSACTIONS, MT-M2025077.
Pham, T. K. H., Tran, B. Q., Nguyen, K. B., Pham, N. Y. N., Nguyen, T. H. Y., Nguyen, A. H.-T., Nguyen, N. P., Ngo, H. D., & Pham, H. P. (2025). Oxygen partial pressure effects on nickel oxide thin films and NiO/Si diode performance. Materials Advances, 6(5), 1719–1725.
Poddar, N. P., & Mukherjee, S. K. (2019). Effect of substrates and post-deposition annealing on rf-sputtered Al-doped ZnO (AZO) thin films. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30(15), 14269–14280.
Radjehi, L., Djelloul, A., Lamri, S., Slim, M. F., & Rahim, M. (2019). Oxygen effect on structural and optical properties of zinc oxide. Surface Engineering, 35(6), 520–526.
Ratheesh Kumar, P. M., Kartha, C. S., & Vijayakumar, K. P. (2005). Doping of spray-pyrolyzed ZnO thin films through direct diffusion of indium: Structural optical and electrical studies. Journal of Applied Physics, 98(2).
Shaheera, M., Girija, K. G., Kaur, M., Geetha, V., Debnath, A. K., Vatsa, R. K., Muthe, K. P., & Gadkari, S. C. (2020). Characterization and device application of indium doped ZnO homojunction prepared by RF magnetron sputtering. Optical Materials, 101, 109723.
Shi, Q., Zhou, K., Dai, M., Hou, H., Lin, S., Wei, C., & Hu, F. (2013). Room temperature preparation of high performance AZO films by MF sputtering. Ceramics International, 39(2), 1135–1141.
Singh, A., Chaudhary, S., & Pandya, D. K. (2014). On the temperature dependence of mobility in hydrogenated indium-doped ZnO thin films. Acta Materialia, 77, 125–132.
Singh, A., Chaudhary, S., & Pandya, D. K. (2016). High conductivity indium doped ZnO films by metal target reactive co-sputtering. Acta Materialia, 111, 1–9.
Singh, D., Singh, S., Kumar, U., Srinivasa, R. S., & Major, S. S. (2014). Transparent conducting Ga-doped ZnO thin films grown by reactive co-sputtering of Zn and GaAs. Thin Solid Films, 555, 126–130.
Sun, H., Jen, S.-U., Chen, S.-C., Ye, S.-S., & Wang, X. (2016). The electrical stability of In-doped ZnO thin films deposited by RF sputtering. Journal of Physics D: Applied Physics, 50(4), 45102.
Zhu, H., Hüpkes, J., Bunte, E., & Huang, S. M. (2010). Oxygen influence on sputtered high rate ZnO: Al films from dual rotatable ceramic targets. Applied Surface Science, 256(14), 4601–4605.
Zhu, H., Wang, H., Wan, W., Yu, S., & Feng, X. (2014). Influence of oxygen and argon flow on properties of aluminum-doped zinc oxide thin films prepared by magnetron sputtering. Thin Solid Films, 566, 32–37.

Các bài báo được đọc nhiều nhất của cùng tác giả