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【2h】

The Effects of Zr Doping on the Optical Electrical and Microstructural Properties of Thin ZnO Films Deposited by Atomic Layer Deposition

机译：Zr掺杂对原子层沉积ZnO薄膜光学电学和微结构性质的影响

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Transparent conducting oxides (TCOs), with high optical transparency (≥85%) and low electrical resistivity (10−4 Ω·cm) are used in a wide variety of commercial devices. There is growing interest in replacing conventional TCOs such as indium tin oxide with lower cost, earth abundant materials. In the current study, we dope Zr into thin ZnO films grown by atomic layer deposition (ALD) to target properties of an efficient TCO. The effects of doping (0–10 at.% Zr) were investigated for ~100 nm thick films and the effect of thickness on the properties was investigated for 50–250 nm thick films. The addition of Zr4+ ions acting as electron donors showed reduced resistivity (1.44 × 10−3 Ω·cm), increased carrier density (3.81 × 1020 cm−3), and increased optical gap (3.5 eV) with 4.8 at.% doping. The increase of film thickness to 250 nm reduced the electron carrier/photon scattering leading to a further reduction of resistivity to 7.5 × 10−4 Ω·cm and an average optical transparency in the visibleear infrared (IR) range up to 91%. The improved n-type properties of ZnO: Zr films are promising for TCO applications after reaching the targets for high carrier density (>1020 cm−3), low resistivity in the order of 10−4 Ω·cm and high optical transparency (≥85%).
机译：具有高的光学透明度（≥85％）和低的电阻率（10 −4 Ω·cm）的透明导电氧化物（TCO）被用于各种商业设备中。用低成本，富含土的材料代替常规的TCO（例如氧化铟锡）的兴趣日益浓厚。在当前的研究中，我们将Zr掺杂到通过原子层沉积（ALD）生长的ZnO薄膜中，以实现高效TCO的特性。对于〜100 nm厚的膜，研究了掺杂（0-10 at。％Zr）的影响，对于50-250 nm的膜，研究了膜厚度对性能的影响。添加作为电子给体的Zr 4 + 离子显示出电阻率降低（1.44×10 -3 Ω·cm），载流子密度增加（3.81×10 20） cm −3 ），并以4.8 at。％的掺杂增加了光学间隙（3.5 eV）。膜厚增加到250 nm减少了电子载流子/光子的散射，从而导致电阻率进一步降低到7.5×10 -4 Ω·cm，并且可见/近红外的平均光学透明度（ IR）范围高达91％。达到高载流子密度（> 10 20 cm -3 ）和低电阻率的目标后，改进的ZnO：Zr膜的n型性能有望用于TCO。 10 −4 Ω·cm的量级和高光学透明性（≥85％）。

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