مقاله پژوهشی: بررسی تاثیر کاشت یون نیتروژن بر خواص لایه نازک اکسید روی (ZnO)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ملایر

چکیده

در این پژوهش، اثر کاشت یون +N در نیم‌رسانای ZnO (اکسید روی) جهت بررسی تغییرات خواص لایۀ نازک ZnO  بررسی شده است. بدین منظور لایۀ نازکی از ZnO به ضخامت nm ١٢۰ با استفاده از روش کندوپاش تهیه شد و سپس به وسیلۀ یون­های N+ با انرژی keV ۵۰ و شار ١۰١٤ (/cm2یون) به مدت زمان ۳ ثانیه بمباران شد. تأثیر کاشت یون+N در خواص بلوری ZnO توسط آنالیزXRD (پراش پرتو X) و تغییرات ریخت­شناسی سطح به وسیلۀ آنالیزهای AFM و SEM بررسی شد. در ادامه، رسانندگی الکتریکی و مقاومت الکتریکی نیز توسط دستگاه کاوندۀ نقطه­ای بررسی شد. از مقایسۀ الگوی پراش XRD از نمونه، قبل و بعد از کاشت یون، دریافتیم که خواص بلوری دستخوش تغییرات خاصی نشده است و تنها انتقال بسیار کوچکی به سمت زاویای کوچک‌تر وجود دارد. در تحلیل نتایج به‌دست‌آمده از AFM قبل و بعد از کاشت یون کاهش دوبرابری در مقدار ناهمواری‌های سطح اکسید روی به چشم می‌خورد که اثر مثبت کاشت یون نیتروژن را در این لایه­ها نشان می­دهد. همچنین در بررسی تصاویر SEM مشاهده شد که پس از کاشت یونِ نیتروژن، یکنواختی ذرات بیشتر شده است. مقایسۀ داده­های حاصل از رسانندگی هم نشان داد که کاشت یون نیتروژن سبب افزایش مقاومت در ساختار اکسید روی جهت استفاده در عایق­سازی نواحی مشخص می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Nitrogen’s ion Implantation on Properties of ZnO Thin Films

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Azimi
  • Ebrahim Gholami Hatam
Physics department, Science faculty, Malayer uinversity, Malayer
چکیده [English]

The effect of nitrogen ion implantation on the zinc oxide semiconductor have been investigated. To this end, a thin layer of ZnO with thickness of 120 nm was bombarded with N+ ion with energy of 50 keV at a dose rate of 1014 (ion/cm2) with duration of 3 seconds. The effect of the N+ implantation on the crystalline structure was investigated by XRD and the surface morphology was investigated by the AFM and SEM. Also, the electrical conductivity and electrical resistance were measured by the point probe devices. Comparison of XRD diffraction patterns before and after ion implantation reveals that the crystalline structures show no specific changes, but only a very small shift to smaller angles. By comparison of AFM results before and after ion implantation, it is shown that the decrease in the roughness parameters doubled, which confirms the effectiveness of nitrogen ion implantation. The SEM images show that the uniformity of distribution of the particle sizes increases in nano scale after nitrogen implantation. In addition, it was found that the hardness of the zinc oxide structure was increased and the conductivity was decreased after nitrogen implanting.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ZnO
  • Ion Implantation
  • Thin Film
1] Ogata K., Maejima K., Fujita S., Fujita S., ZnO growth toward optical devices by MOVPE using N2O, J. Electron. Mater., 30, 659-661, 2001.
[2] Zhang Z., Kang Z., Liao Q., Zhang X., Zhang Y., One-dimensional ZnO nanostructure-based optoelectronics, Chinese Physics B, 26, 118102, 2017.
[3] Yakimova R., Selegard L., Khranovskyy V., Pearce R., Spetz A.L., Uvdal K., ZnO materials and surface tailoring for biosensing, Front Biosci (Elite Ed), 4, 254-278, 2012.
[4] Mughal A.J., Carberry B., Oh S.H., Myzaferi A., Speck J.S., Nakamura S., DenBaars S.P., Optoelectronic properties of doped hydrothermal ZnO thin films, physica status solidi (a), 214, 1600941, 2017.
[5] Tagliente M.A., Massaro M., Mattei G., Mazzoldi P., Pellegrini G., Bello V., Carbone D., On the Structural and Optical Properties of ZnO Nanoparticles Formed in Silica by Ion Implantation, MRS Proceedings, 942, 2011.
[6] Ham Y.J., Park J.K., Lee W., Lee C.E., Park W., Modification of the optical properties of ZnO thin films by proton implantation, Mater. Res. Bull., 47, 2403-2406, 2012.
[7] Munder I., Helbig R., Lagois J., The influence of ion implantation on the excitonic reflectance of ZnO, Solid State Commun., 41, 553-556, 1982.
 [8] Jeong T.S., Han M.S., Youn C.J., Park Y.S., Raman scattering and photoluminescence of As ion-implanted ZnO single crystal, J. Appl. Phys., 96, 175-179, 2004.
[9] Look D.C., Claflin B., Electrical and Optical Properties of n-type and p-type ZnO, MRS Proceedings, 829 (2011).
[10] Chen Z.Q., Sekiguchi T., Yuan X.L., Maekawa M., Kawasuso A., N+ion-implantation-induced defects in ZnO studied with a slow positron beam, J. Phys.: Condens. Matter, 16, S293-S299, 2004.
[11] Yaqoob F., Huang M., Effects of Hydrogen Ion Implantation on Structural Properties of Silver Implantation in ZnO Crystals, MRS Proceedings, 1394, 2012.
 [12] Wang H., Gao X., Duan Q., Lu J., Variation of surface properties of ZnO films by the implantation of N+ ions, Thin Solid Films, 492, 236-239, 2005.
[13] Zhou Z., Kato K., Komaki T., Yoshino M., Yukawa H., Morinaga M., Morita K., Electrical Conductivity of Cu-Doped ZnO and its Change with Hydrogen Implantation, J. Electroceram., 11, 73-79, 2003.
[14] Ziegler J.F., Ziegler M.D., Biersack J.P., SRIM – The stopping and range of ions in matter (2010), Nucl. Instrum. Meth. Phys. B, 268, 1818-1823, 2010.
[15] Zhou Z. , Effects of hydrogen doping through ion implantation on the electrical conductivity of ZnO, Int. J. Hydrogen Energy, 29, 323-327, 2004.