Лекция 5: Электрохимический синтез Zn. O в

Лекция 5: Электрохимический синтез Zn. O в пористом кремнии Что такое оксид цинка ? • неорганическое соединение, • химическая формула Zn. O • относится к группе соединений АIIBVI • широкозонный полупроводник (прямозонный !!!) В природе: в виде редкого минерала цинкита Основной метод получения: окисление паров Zn на воздухе Объем производства: 105 тонн в год Применяется в: • производстве пластмасс, бетона, резины, пигментов и красок, антикоррозионных покрытий (в т. ч. для ядерных реакторов), батареек • пищевой промышленности • медицине • микроэлектронике

Zn. O - полупроводник O Zn Параметр Zn. O Ga. N Si Тип кристаллической решетки гекс. куб. 3, 24 3, 19 Постоянные решетки а 0 и с0, Å 5, 43 5, 21 5, 19 ΔEg (300 К), э. В 3, 3 - 3, 4 3, 45 1, 12 Тип проводимости n, p (? ) n, p Показатель преломления 2, 67 3, 4 Коэффициент терм. расширения, 6, 51 5, 59 2, 6 мкм·м− 1·K− 1 3, 02 7, 75 http: //en. wikipedia. org/wiki/Wurtzite_(crystal_structure), Y. Liu et al. / Journal of Crystal Growth 290 406 (2006) 405– 409

Ограничения технологии Zn. O Размер Осаждение на кремниевые и стоимость подложек подложки проблема решение Si (100 мм) – 15$ Zn. O (25 мм) – 3500$

Интеграция Zn. O и Si приборов Локальное осаждение:

Получение Zn. O в микроэлектронике Высокотемпературные методы (>200°C): • химическое осаждение из паровой фазы (CVD) • молекулярно лучевая эпитаксия • послойное атомное осаждение • импульсное лазерное осаждение Низкотемпературные методы (<200°C): • магнетронное напыление • электрохимическое осаждение • химическое (гидротермальное) осаждение

Электрохимический метод Катодное осаждение Анодирование Преимущества метода: • низкая стоимость технологического оборудования • одновременная обработка больших площадей • конформное осаждение материала на структурированные поверхности • возможность формирования наноразмерных объектов: столбиков, нитей, призм, трубок

Катодное осаждение Электролит 0, 05 М водный раствор Zn(NO 3)2 p. H = 3 - 4, Т = 65 – 75°С Механизм формирования Zn. O 1: NO 3– + H 2 O + 2 e– → NO 2– + 2 OH– (E 0 = – 0, 24 В отн. Ag/Ag. Cl) 2: Zn 2+ + 2 OH– → Zn(OH)2 → Zn. O + H 2 O Zn 2+ + NO 3– + 2 e– → Zn. O + NO 2– T. Yoshida et al. / Thin Solid Films 451 – 452 (2004) 166– 169

Установка для электрохимического осаждения Zn. O

Катодное осаждение Zn. O на металлы Потенциостатический режим: при Econst = - 0, 8 В средняя плотность тока составляет jср = 1 -5 м. А/см 2 Гальваностатический режим

Структура пленок Zn. O на Ni j = 2, 5 м. А/см 2 j = 5 м. А/см 2 j = 7 м. А/см 2

Катодное осаждение Zn. O в пористый кремний (ПК) Электролит безводный раствор на основе ДМСО (диметилсульфоксида) 0, 03 М Zn. Cl 2 0, 1 M KCl Т = 90 – 100°С Исходная матрица пористого кремния: КЭС-0, 01 (111) Анодная обработка в 9% растворе HF Пористость 70% при толщине 6 мкм

Структура материала Zn. O/ПК t = 25 минут Кристаллы Zn. O Поперечный скол Сплошной слой Поверхность кристаллов Zn. O t = 45 минут

Осаждение Zn. O в пористый Al 2 O 3 Поверхность Al 2 O 3 c Zn. O на кремниевой подложке

Фотолюминесценция Zn. O

Спектры возбуждения фотолюминесценции Zn. O:

Перспективы применения Zn. O Zn. O Объемные слои Пористый Наноструктуры • контакты в ЖК дисплеях • газовые сенсоры • светодиоды • пьезоэлектрические датчики • аккумуляторы • солнечные элементы • тонкопленочные транзисторы • пьезоэлектрические генераторы энергии • оптоэлектронные приборы (светодиоды, УФ лазеры) • приборы на ПАВ