ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Методом золь-гель з наступним центрифугуванням одержано плівки ZnO:Al на поруватих підкладинках Si (1 1 1). Розглянуто вплив температури відпалу та кількості нанесення і сушіння шарів золю на шорсткість поверхні, структурну стійкість плівки ZnO:Al, усадку й ущільнення плівки, фізичну стабільність і відшаровування.

Розмір пор підкладинки становить 500 нм. Глибина поруватого шару 6 мкм. Прекурсор містить 0.3 М ацетат цинку Zn(CH₃COO)₂∙12H₂O, абсолютний ізопропіловий спирт, диметилформамід, 2-метоксіетанол та AlCl₃∙6H₂O. Суміш поміщається в ультразвукову ванну. Процес перемішування триває 30 хв. Одержаний розчин витримується 52 год при 22±2 °С. Золь наноситься за допомогою відпалу (3000 об/хв, 30 с). Далі процес відпалу проводиться з кроком 10 хв і температурним інтервалом 20 °С. Температура обробки досягає 350 °С. Потім зразки охолоджуються до кімнатної температури. Процес нанесення та сушіння повторюється до одержання необхідної товщини. На останньому етапі діапазон температур становить 20 °С; кінцева температура відпалу доводиться до 500 і 550 °С.

Морфологію поверхні і поперечного перерізу одержаної структури охарактеризовано за допомогою скануючої електронної мікроскопії. Хімічний склад поверхні вивчено за допомогою рентгеноспектрального мікроаналізу. Фазовий аналіз визначався за допомогою рентгенівської установки ДРОН-3М.

Було встановлено, що при багаторазовому нанесенні шарів золю (8 і більше) відбувається заліковування тріщин у нижніх шарах отриманих покриттів. Доведено, що при температурі відпалу 550 °C поверхня плівки є гладенькою, однорідною, менш шорсткою та має більшу адгезію до кремнієвої підкладинки. Одержані в результаті плівки ZnO:Al мають товщину ~ 1 мкм. Плівки мають шестигранну будову вюрциту. EDAX-спектри демонструють стехіометричний склад поверхні гетероструктури ZnO:Al/porous-Si/Si.

1. Ismail R.A., Al-Naimi A., Al-Ani A.A. Preparation and characteristics study of ZnO: (Al, Cu, I) thin films by chemical spray pyrolysis. e-J. Surf. Sci. Nanotechnol. 2006. 4: 636. https://doi.org/10.1380/ejssnt.2006.636

2. Ma J.G., Liu Y.C., Mu R., Zhang J.Y., Lu Y.M., Shen D.Z., Fan X.W. Method of control of nitrogen content in ZnO films: structural and photoluminescence properties. J. Vac. Sci. Technol. B. 2003. 22(1): 94. https://doi.org/10.1116/1.1641057

3. Yusta F.J., Hitsman M.L., Shamlian S.H. CVD preparation and characterization on thin dioxide films for electrochemical application. J. Mater. Chem. 1997. 7(8): 1421. https://doi.org/10.1039/a608525c

4. Ye J.D., Gu S.L., Qin F., Zhu S.M., Liu S.M., Zhou X., Liu W., Hu L.Q., Zhang R., Shi Y., Zheng Y.D., Ye Y.D. MOCVD growth and properties of ZnO films using dimethylzinc and oxygen. Appl. Phys. A. 2005. 81: 809. https://doi.org/10.1007/s00339-004-2865-x

5. Kidalov V., Dyadenchuk A., Bacherikov Yu., Zhuk A., Gorbaniuk T., Rogozin I., Kidalov V. Structural and optical properties of ZnO films obtained on mesoporous Si substrates by the method of HF magnetron sputtering. Turkish J. Phys. 2020. 44: 57. https://doi.org/10.3906/fiz-1909-10

6. Diadenchuk A.F., Kidalov V.V. n-ZnO:Al/porous-CdTe/p-CdTe Heterostructures as Photoelectric Converters. Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii. 2017. 15(3): 487. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/nnn.15.03.0487

7. Kidalov V.V., Dyadenchuk A.F., Khrypko S.L., Khrypko O.S. Investigation the Structures ZnO:Al/SiOx/PorSi/p-Si/Al. Phys. Chem. Solid State. 2017. 18(2): 180. https://doi.org/10.15330/pcss.18.2.180-183

8. Dyadenchuk A.F., Kidalov V.V. Obtaining porous semiconductors by electrochemical etching. Monograph. (Berdyansk: BSPU, 2017). [in Ukrainian].