Strukturalne i optyczne właściwości wygrzewanych cienkich warstw ZnO

Tlenek cynku to półprzewodnik typu n o wysokiej przerwie energetycznej, który przy odpowiednim domieszkowa-niu może działać jako transparentny tlenek przewodzący w urządzeniach optycznych takich jak cienkowarstwowe ogniwa słoneczne. Powszechnie wiadomo, że wygrzewanie ZnO poprawia jego krystaliczność i właściwości elektrycz-ne. Pożądane jest osiągnięcie tego efektu przy możliwie niskiej temperaturze wygrzewania, ponieważ inne war-stwy w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych mogą nie być stabilne w wyższych temperaturach, np. materiały organiczne lub tlenek miedziawy. Ponadto, aby wykorzy-stać ten materiał w zastosowaniach kosmicznych, musi on wytrzymywać różne temperatury w zakresie od -150 °C do 150 °C, tutaj badaliśmy część wysokotemperaturo-wą. Cienkie warstwy ZnO osadzano metodą rozpylania magnetronowego DC przy użyciu tarczy ZnO. Aby zbadać jak temperatura wpływa na właściwości ZnO, próbki wygrzano w temperaturze 150 °C, 300 °C i 400 °C w at-mosferze powietrza. Strukturę krystaliczną analizowano metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Właściwości optyczne mierzono technikami elipsometrii spektroskopowej (SE) i spektrofotometrii. SE wykorzystano również do badania jednorodności powierzchni wyżarzanych próbek w postaci pomiarów mapowych. Badanie właściwości optycznych w temperaturze wzrastającej od 23 °C do 150 °C przepro-wadzono przy użyciu SE.

---

Zinc oxide is an n-type semiconductor with high energy band gap, which with appropriate doping can function as transparent conductive oxide in optical devices such as thin film solar cells. It is well known that annealing of ZnO improves its crystallinity and electrical properties, while it is desired to achieve it with possibly low anneal-ing temperature, as other layers in thin film solar cells might not be stable in higher temperatures, e.g., organic materials or cuprous oxide. Moreover, to use this material in space applications it must endure different tempera-tures in range of -150 °C to 150°C, here we studied the high temperature part. Thin films of ZnO were deposited with DC magnetron sputtering method using ZnO target and to see how temperature affects the properties of ZnO, samples were annealed in 150 °C, 300°C and 400°C in air atmosphere. Crystal structure was analysed with X-ray dif-fraction method. Optical properties were measured with spectroscopic ellipsometry (SE) and spectrophotometry techniques. SE was also used to study homogeneity of annealed samples’ surface in the form of map measure-ments. A study of optical properties in rising temperature from 23 °C to 150°C was performed using SE.