Caracterização de filmes finos de ZnO dopados com Al e Mn depositados em substrato vítreo pelo método de Spray Pirólise

Abstract

Neste trabalho foram depositados em substrato vítreo, filmes finos de Óxido de Zinco puro (ZnO) e dopados com alumínio (ZnO:Al) e manganês (ZnO:Mn), utilizando a técnica spray-pirólise. Foram investigadas as propriedades estruturais, ópticas e elétricas dos filmes, assim como, a dependência com a temperatura de deposição e concentração. As temperaturas utilizadas para deposição dos filmes finos foram 400 ºC e 450 ºC, e a concentração de dopantes variaram de 1 a 5 átomo por cento (at%). As técnicas de difração de raios-X e espectroscopia por refletância no infravermelho foram utilizadas para avaliar as características estruturais dos filmes. A Espectroscopia de transmitância na região do UV-Vis foi utilizada como uma das técnicas no estudo das propriedades ópticas, fornecendo valores da banda proibida. A técnica do ângulo de Brewster, foi utilizada com o intuito de avaliar o índice de refração e a espessura dos filmes finos. A avaliação da resistividade foi realizada com a finalidade de estudar a propriedade elétrica, e medidas do efeito Hall para investigar a densidade dos portadores de carga e mobilidade dos filmes semicondutores. A análise dos difratogramas de raio-X, revela picos de difração típicos de uma estrutura policristalina tipo wurtzita. As medidas de refletância especular por FTIR identificam ligações de estiramento do Zn-O na região de 450 cm-1. A técnica do ângulo de Brewster fornece resultados das espessuras dos filmes finos na faixa de 150 a 240 nm. As medidas de espectroscopia de transmitância na região UV-vis é avaliada em torno de 85%. Com os resultados da espessura dos filmes pelo ângulo de Brewster e medidas de transmitância foi calculado na região de forte absorção o coeficiente de absorção destes filmes. O valor do coeficiente de absorção é um parâmetro fundamental para determinação da banda de energia proibida...

In this work were deposited in glass substrate, thin films of pure zinc oxide (ZnO) and doped with aluminum (ZnO: Al) and manganese (ZnO: Mn) used the spray-pyrolysis technique. The structural, electrical and optical properties of thin films were investigated in dependence the concentration and temperatures deposition. The thin films temperatures deposition were 400 °C and 450 º C, and the doping concentration were from 1 at% to 5 at% range. The deposition technique used aims to obtain good adhesion to the substrate and uniformity of the films. The X-ray diffraction spectroscopy and infrared reflectance were used to evaluate the structural characteristics of the films. The UV-Vis transmittance spectroscopy was used in the study of optical properties, providing values of band gap. The other technique for this purpose is the Brewster angle technique in order to evaluate the refractive index and thickness of thin films deposited on a glass substrate. The resistivity and Hall Effect measurements were used for to investigate the charge carriers density and mobility in semiconductor films. The analysis of the X-ray diffraction shows typical peaks of polycrystalline wurtzite structure. Measurements the FTIR specular reflectances identify bond stretching of Zn-O in the region of 450 cm-1. The Brewster angle technique provides results the thin films thickness in the 150 to 240 nm range. The thin films UV/VIS transmittance measurements are valued around 85%. With the results of the thin film thickness by Brewster angle and measures transmittance were calculated the absorption coefficient data values in strong absorption region. The absorption coefficient is an important parameter for determination the band gap energy. These values, for the ZnO semiconductor is in 3.2 eV range. The resistivity’s measurements by Van der Pauw method showed the resistivity of ZnO thin films doped with... (Complete abstract click electronic access below)