Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Прозрачные проводящие слои с высокой подвижностью свободных носителей заряда на основе оксида индия, легированного вольфрамом

А.К. Ахмедов1, А.Ш. Асваров2, Э.К. Мурлиев1, З.В. Шомахов3

1 Институт физики им. Х.И. Амирханова – обособленное подразделение ФГБУН «Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук»
2 Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт»
3 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.565

Оригинальная статья

Аннотация: Повышение проводимости прозрачных проводящих слоев за счет увеличения подвижности свободных носителей заряда является одной из важнейших задач прозрачной электроники, так как ее решение способствует не только снижению тепловых потерь в слоях, но и расширению спектра используемого излучения в сторону ближней инфракрасной области. В настоящее время работы в этой области идут по нескольким направлениям, одним из которых является поиск новых составов слоев, позволяющих уменьшить количество вносимой примеси одновременно с увеличениемэффективности ее ионизации. В настоящей работе исследовано влияние содержания кислорода в составе рабочего газа и температуры синтеза на морфологию и микроструктуру, электрические и оптические характеристики слоев, полученных при высокочастотном магнетронном распылениикерамической мишени In2O3 с добавлением WO3 на уровне 1 вес.%. Установлено, что максимальная подвижность (59 см2/В٠с) и минимальное удельное сопротивление (7,8×10–4 Ом٠см) достигаются вслоях, синтезированных при 300°С в атмосфере чистого аргона. Для сравнения, в идентичных условиях, были получены слои на основе твердого раствора оксидов индия и олова, широко используемого при формировании прозрачных электродов в различных оптоэлектронных приложениях. Показано, что слои на основе оксида индия, легированного вольфрамом, сохраняют приемлемую прозрачность в широком диапазоне спектра, вплоть до 2000 нм и поэтому предпочтительнее для использования в устройствах, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне, например, в преобразователях солнечной энергии или приборах ночного видения.

Ключевые слова: прозрачный электрод, оксид индия, легирование, магнетронное распыление, прозрачность, электропроводность

  • Ахмедов Ахмед Кадиевич – к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник Центра высоких технологий, Институт физики им. Х.И. Амирханова – обособленное подразделение ФГБУН «Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук»
  • Асваров Абил Шамсудинович – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории роста тонких пленок и неорганических наноструктур, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт»
  • Мурлиев Эльдар Камильевич – младший научный сотрудник Центра высоких технологий, Институт физики им. Х.И. Амирханова – обособленное подразделение ФГБУН «Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук»
  • Шомахов Замир Валериевич – к.ф.-м.н., директор института искусственного интеллекта и цифровых технологий, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

Ссылка на статью:

Ахмедов, А.К. Прозрачные проводящие слои с высокой подвижностью свободных носителей заряда на основе оксида индия, легированного вольфрамом / А.К. Ахмедов, А.Ш. Асваров, Э.К. Мурлиев, З.В. Шомахов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 565-574. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.565.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Шомахов, З.В. Улучшение сенсорных характеристик бинарных и тройных оксидных наносистем / З.В. Шомахов, С.С. Налимова, А.А. Рыбина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 879-887. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.879.
2. Налимова, С.С. Газочувствительные композитные наноструктуры на основе оксида цинка для детектирования паров органических растворителей / С.С. Налимова, З.В. Шомахов, К.В. Герасимова, К.Н. Пунегова, А.М. Гукетлов, Р.М. Калмыков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 678-687. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.678.
3. Шомахов, З.В. Наноструктуры станната цинка для газовых сенсоров с высоким быстродействием / З.В. Шомахов, С.С. Налимова, Б.З. Шурдумов, А.И. Максимов, В.А. Мошников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 726-735. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.726.
4. Minami, T. Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes / T. Minami // Semiconductors Science and Technology. – 2005. – V. 20. – № 4. – P. S35-S44. DOI: 10.1088/0268-1242/20/4/004.
5. Liu, H. Transparent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices / H. Liu, V. Avrutin, N. Izyumskaya, Ü. Özgür, H. Morkoç // Superlattices and Microstructures. – 2010. – V. 48. – I. 5. – P. 458-484. DOI: 10.1016/j.spmi.2010.08.011.
6. Stadler, A. Transparent conducting oxides – an up-to-date overview / A. Stadler // Materials. – 2012. – V. 5. – I. 4. – P. 661-683. DOI: 10.3390/ma5040661.
7. Calnan, S. High mobility transparent conducting oxides for thin film solar cells / S. Calnan, A.N. Tiwari // Thin Solid Films. – 2010. – V. 518. – I. 7. – P. 1839-1849. DOI: 10.1016/j.tsf.2009.09.044.
8. Holman, Z.C. Infrared light management in high-efficiency silicon heterojunction and rear-passivated solar cells // Z.C. Holman, M. Filipic, A. Descoeudres et al. // Journal of Applied Physics. – 2013. – V. 113. – I. 1 – P. 013107-1-013107-13. DOI: 10.1063/1.4772975.
9. Bikowski, A. Analytical model of electron transport in polycrystalline, degenerately doped ZnO films / A. Bikowski, K. Ellmer // Journal of Applied Physics. – 2014. – V. 116. – I. 14. – P. 143704-1-143704-11. DOI: 10.1063/1.4896839.
10. Hosono, H. Ionic amorphous oxide semiconductors: Material design, carrier transport, and device application / H. Hosono // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2003. – V. 352. – I. 9-20. – P. 851-858. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2006.01.073.
11. Akhmedov, A.K. Transparent conductive indium zinc oxide films: temperature and oxygen dependences of the electrical and optical properties // A.K. Akhmedov, E.K. Murliev, A.S. Asvarov, A.E. Muslimov, V.M. Kanevsky // Coatings. – 2022. – V. 12. – I. 10. – Art. № 1583. – 12 p. DOI: 10.3390/coatings12101583.
12. Morales-Masis, M. Low-temperature high-mobility amorphous izo for silicon heterojunction solar cells / M. Morales-Masis, S.M. De Nicolas, J. Holovsky, S. De Wolf, C. Ballif // IEEE Journal of Photovoltaics. – 2015. – V. 5. – I. 5. – P. 1340-1347. DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2450993.
13. Swallow, J.E.N. Resonant doping for high mobility transparent conductors: the case of Mo-doped In2O3 / J.E.N. Swallow, B.A.D. Williamson, S. Sathasivam, et al. // Materials Horizons. – 2020. – V. 7. – I. 1. – P. 236-243. DOI: 10.1039/C9MH01014A.
14. Koida, T. High-mobility transparent conductive Zr-doped In2O3 / T. Koida, M. Kondo // Applied Physics Letters. – 2006. – V. 89. – I. 8. – P. 082104-1-082104-3. DOI: 10.1063/1.2337281.
15. Hashimoto, R. High mobility titanium-doped In2O3 thin films prepared by sputtering/post-annealing technique / R. Hashimoto, Y. Abe, T. Nakada //Applied Physics Express. – 2008. – V. 1. – № 1. – P. 015002-1-015002-3. DOI: 10.1143/APEX.1.015002.
16. Warmsingh, C. High-mobility transparent conducting Mo-doped In2O3 thin films by pulsed laser deposition / C. Warmsingh, Y. Yoshida, D.W. Readey et al. // Journal of Applied Physics. – 2004. – V. 95. – I. 7. – P. 3831-3833. DOI: 10.1063/1.1646468.
17. Akhmedov, A.K. A multi-position drum-type assembly for simulaneos film deposition at different temperatures in a single sputter cicle – application to ITO thin films / A.K. Akhmedov, A. Sh. Asvarov, A.E. Muslimov, V.M. Kanevsky // Coatings. – 2020. – V. 10. – I. 11. – Art. № 1076. – 9 p. DOI: 10.3390/coatings10111076.
18. Txintxurreta, J. Indium tin oxide thin film deposition by magnetron sputtering at room temperature for the manufacturing of efficient transparent heaters / J. Txintxurreta, E. G-Berasategui, R. Ortiz et al. // Coatings. – 2021. – V. 11. – I. 1. – Art. № 92. – 14 p. DOI: 10.3390/coatings11010092.
19. Kim, J.H. Rapid thermal annealed WO3 - doped In2O3 films for transparent electrodes in organic photovoltaics / J.H. Kim, Y.-H. Shin, T.-Y. Seong, S.-I. Na, H.-K. Kim // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2012. – V. 45. – № 39. – Art. № 395104. – 6 p. DOI: 10.1088/0022-3727/45/39/395104.
20. Newhouse, P.F. High electron mobility W-doped In2O3 thin films by pulsed laser deposition / P.F. Newhouse, C.-H. Park, D.A. Keszler, J. Tate, P.S. Nyholm // Applied Physics Letters. – 2005. – V. 87. – I. 11. – P. 112108-1-112108-3. DOI: 10.1063/1.2048829.
21. Sommer, N. Field emission at grain boundaries: modeling the conductivity in highly doped polycrystalline semiconductors / N. Sommer, J. Hüpkes, U. Rau // Physical Review Applied. – 2016. – V. 5. – I. 2. – P. 024009-1-024009-22. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.5.024009.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒