Produção e caracterização de filmes finos de ZnO, intrínsecos e dopados com Al, para aplicação em eletrônica orgânica

Neste trabalho, filmes finos de Óxido de Zinco intrínsecos (ZnO) e dopados com Alumínio (AZO) foram crescidos em substratos de vidro pela técnica de Pulverização Catódica Assistida por um Campo Magnético Constante à temperatura ambiente, com o objetivo de estudar a influência dos parâmetros de depos...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2015
Main Author: Silva, Hálice de Oliveira Xavier lattes
Orientador/a: Legnani, Cristiano lattes
Banca: Maciel, Indhira Oliveira lattes, Roman, Lucimara Stolz lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Física
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Português:
ZnO
AZO
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/123456789/10156
Resumo Português:Neste trabalho, filmes finos de Óxido de Zinco intrínsecos (ZnO) e dopados com Alumínio (AZO) foram crescidos em substratos de vidro pela técnica de Pulverização Catódica Assistida por um Campo Magnético Constante à temperatura ambiente, com o objetivo de estudar a influência dos parâmetros de deposição e do tratamento térmico nas propriedades elétricas, ópticas e estruturais desses filmes. Para isso foram utilizados dois alvos diferentes, um de Óxido de Zinco puro e outro de Óxido de Zinco dopado com 2% de Alumínio. Caracterizações elétricas, ópticas e estruturais foram feitas, respectivamente, por medidas de Efeito Hall, espectroscopia óptica e difração de Raios-X. Foi observada uma forte influência da potência de pulverização catódica, da pressão de trabalho e do fluxo de argônio nas propriedades elétricas e estruturais dos filmes finos, não sendo esses parâmetros tão influentes nas propriedades ópticas, pois todos apresentaram alta transmitância óptica na região do visível, maior que 85% em 550 nm. A variação desses parâmetros permitiu reduzir a resistividade elétrica dos filmes por conta, principalmente, do aumento da concentração de portadores nos filmes finos de ZnO e do aumento da mobilidade de portadores nos filmes finos de AZO. Todos os filmes finos apresentaram estrutura hexagonal do tipo wurtzita orientados preferencialmente no plano (002) ao longo do eixo-c perpendicular à superfície do substrato. A melhora nas propriedades elétricas e a oscilação na intensidade dos picos (002), dependem, principalmente, da energia dos átomos quando ejetados do alvo durante o processo de pulverização catódica. Os melhores filmes finos foram obtidos com a potência de pulverização de 180 W, pressão de trabalho de 0,08 mbar e fluxo de argônio de 350 sccm, com baixa resistividade elétrica, e mobilidade e concentração de portadores elevadas de, respectivamente, 2.07 x 10-4 Ωcm, 15.87 cm2/Vs e 1.95 x 1020 cm-3 para os filmes de ZnO e de 4.9 x 10-4 Ωcm, 5.9 cm2/Vs e 2.18 x 1021 cm-3 para os filmes finos de AZO. A diferença nas propriedades elétricas é devida à presença de íons de Al dopantes na matriz do ZnO. Com a otimização dos parâmetros de deposição, foram depositados filmes finos de ZnO e AZO que foram submetidos ao tratamento térmico, o que aumentou a resistividade elétrica dos filmes finos de ZnO e melhorou em apenas 5% a dos filmes finos de AZO. Por fim, apresentamos os resultados da caracterização de um Dispositivo Orgânico Emissor de Luz (OLED), utilizando um substrato de AZO otimizado.
In this work, zinc oxide thin films intrinsic and doped with aluminum were grown onto glass substrates by RF magnetron sputtering technique at room temperature, aiming to study the influence of the deposition parameters and heat treatment in the electrical, optical and structural properties of these films. For this, two different targets were used: one of pure zinc oxide and other of zinc oxide doped with 2% of aluminum. The electrical, optical and structural characterization was made, respectively, by Hall effect, optical spectroscopy and X-ray diffraction measurements. It was observed that the deposition parameters – sputtering power, working pressure and argon flow – have a strong influence on the electrical and structural properties of the thin films. The optical properties, though, do not change with the above parameters, since all films had high optical transmittance in the visible region, which was more than 85% at 550 nm. The variation of these parameters allowed reducing the electrical resistivity of the films mainly because of the increasing of the carrier concentration of the ZnO thin films and the increasing of carrier mobility of the AZO thin films. All thin films exhibited hexagonal wurtzite structure preferably oriented in (002) plane along the c-axis perpendicular to the surface of the substrate. The improvement in the electrical properties and the fluctuation in the intensity of (002) peaks depend, mainly, on the energy of the atoms when ejected from the target during the sputtering process. Thin films with best electrical properties were obtained with sputtering power of 180 W, working pressure of 0.08 mbar and argon flow of 350 sccm. The best ZnO thin films had electrical resistivity of 2.07 x 10-4 Ωcm, mobility of 15.87 cm2/Vs, and carrier concentration of 1.95 x 1020 cm-3. The best parameters for the AZO film were 4.9 x 10-4 Ωcm, 5.9 cm2/Vs and 2.18 x 1021 cm-3 for resistivity, mobility and carrier concentration, respectively. The difference in the electrical properties is due to the presence of Al ions doping the ZnO matrix. With the optimization of the deposition parameters, ZnO and AZO films were then subjected to heat treatment, which increased electrical resistivity of the ZnO film and improved only in 5% the conductivity of the AZO film. Finally, we present the results on the characterization of an Organic Light Emitting Device (OLED) using an optimized AZO film as substrate.