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Al2O3 / ZnOナノラミネートの形態的、光学的、および電気的特性に及ぼす二重層の厚さの影響

要約

このレポートは、主にAl 2 の形態的、光学的、および電気的特性の調査に焦点を当てています。 O 3 / ZnOナノラミネートは、二重層の厚さを変えることによって調整されます。原子層堆積とZnO層へのAl浸透に基づくナノラミネートの成長メカニズムを提案した。 Al 2 の表面粗さ O 3 / ZnOナノラミネートは、挿入されたAl 2 の滑らかな効果により制御できます。 O 3 レイヤー。ナノラミネートの厚さ、光学定数、およびバンドギャップ情報は、分光エリプソメトリー測定によって調査されています。バンドギャップと吸収端は、バースタイン-モス効果、量子閉じ込め効果、およびナノラミネートの特徴的な進化のために、二重層の厚さが減少するにつれて青方偏移します。また、キャリア濃度と抵抗率は、さまざまな二重層の厚さの間で大幅に変更されることがわかります。これらのプロパティの変調は、Al 2 にとって不可欠です。 O 3 / ZnOナノラミネートは、オプトエレクトロニクスアプリケーションで透明導体および高抵抗層として使用されます。

背景

ナノラミネートは、さまざまな材料のさまざまな積み重ねシーケンスによって形成された複合構造であり、層の厚さは一般にナノメートルスケールです[1,2,3,4]。この多層構造は、ナノラミネートに独自の特性を与えることができ、これらの特性は、構成材料の特性に依存するか、それよりも優れている可能性があります[5、6、7]。近年、ナノラミネートの構造に基づく新しい種類の材料が、エネルギー貯蔵装置[8]、革新的な光学素子[9]、およびバイオセンサー用の温度感受性基板[10]に利用され始めています。最近、Viter等。 1D PAN（ポリアクリロニトリル）ZnO / Al 2 の構造特性の調整と、電子的および光学的特性の向上について調査しました。 O 3 センサーやバイオセンサーなどのさまざまな分野でのアプリケーションを可能にするナノラミネート[11]。 Baitimirova etal。また、グラフェン/ ZnOナノラミネートの構造的および光学的特性の調整についても調査しました。これは、光学、生物、および化学センサーに応用できる可能性があります[12]。

透明導電性酸化物（TCO）材料の最も有望な候補の1つとして、AlドープZnO（AZO）フィルムには、豊富な資源、低コスト、無毒性、水素プラズマでの優れた安定性など、多くの利点があります。一般的な調査では、Alドーピングレベルの制御は、AZO材料の光学的および電気的挙動を改善および変更するための一般的な方法です[13、14]。これは、TCOベースのデバイスの機能化と調整可能性を実現するために重要です[15、16]。ただし、Al 2 の構造を変更することによるAZOのパフォーマンス変調に関するレポートはほとんどありません。 O 3 / ZnOナノラミネートは、半導体製造プロセスでよりシンプルで効果的です。

原子層堆積（ALD）技術は、さまざまな目的や用途のナノラミネート構造を製造するのに適しています[17、18、19]。この手法は、優れた堆積効果を備えた自己制限的な表面化学反応に基づいており、複合スタックに対して個々のナノレイヤーの厚さを適切に制御できます。さらに、異なるサブレイヤー間では、表面反応を設計することにより、良好な核形成と接着を実現できます。したがって、ALD技術により、均一で滑らかな表面を備えた高品質のナノラミネートを実現でき、厚さも正確に制御できます。

この作品では、Al 2 O 3 Al 2 の二重層の厚さを変えることによってAZOの調整可能な特性を調査するために、ナノラミネート構造を実現するためにZnO材料が採用されました。 O 3 / ZnOナノラミネート。それらの形態的、光学的、および電気的特性を調査します。ナノラミネートの成長メカニズムとZnO層へのAlの浸透が提案され議論されています。二重層Al 2 が減少すると O 3 ナノラミネートの/ ZnOの厚さ、バンドギャップの青方偏移が観察され、Burstein-Moss（BM）効果、量子閉じ込め効果、およびナノラミネートの特徴的な進化に基づいて説明されています。ホール効果に基づく測定システムを使用することにより、調整可能な電気的特性が明らかになります。ナノラミネートの二重層の厚さを変えることで、透明な導体と高抵抗層を実現できるという貴重な参考資料とアイデアが得られます。

メソッド

ALDによるナノラミネートの合成

Al 2 O 3 Al 2 に基づく/ ZnOナノラミネート O 3 -ZnO二重層スタックがSiO 2 上に堆積されました / SiおよびALD技術による石英基板。堆積手順中、反応器（PICOSUN）の温度は150°Cでした。 Zn、Al、およびOの前駆体はジエチル亜鉛[DEZ; Zn（C 2 H 5 ） 2 ]、トリメチルアルミニウム[TMA; Al（CH 3 ） 3 ]、および脱イオン水（H 2 O）、それぞれ。前駆体キャリアとパージガスは高純度窒素（N 2 、流量50 sccm）。前駆体をチャンバーに運び、不要な製品をチャンバーから取り出すために使用されました。

Al 2 を成長させるために O 3 レイヤー、TMAおよびH 2 あるいは、OはTMA-H 2 を介して反応器チャンバーに持ち込まれた。 Oサイクル（TMA /露出/ N 2 / H 2 O /露出/ N 2 ）パルス時間0.03 / 3/15 / 0.03 / 5/15秒。 ALD Al 2 の表面反応 O 3 層は、次のように2つの自己制限反応によって定義できます[20]：

$$ {\ mathrm {AlOH}} ^ {\ ast} + \ kern0.5em \ mathrm {Al} {\ left（{\ mathrm {CH}} _3 \ right）} _3 \ to \ mathrm {AlOAl} {{ \ left（{\ mathrm {CH}} _ 3 \ right）} _ 2} ^ {\ ast} + \ kern0.5em {\ mathrm {CH}} _ 4 $$（1）$$ A \ mathrm {lOAl} {{ \ left（{\ mathrm {CH}} _3 \ right）} _ 2} ^ {\ ast} + \ kern0.5em {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ to A {\ mathrm {lOAlOH}} ^ {\ kern0.5em \ ast} + \ kern0.5em {\ mathrm {CH}} _ 4 $$（2）

ここで、アスタリスクは表面の種を示します。 ZnO層については、DEZ-H 2 ZnOのOサイクルはTMA-H 2 と同じでした O. ALDZnO層の表面反応は[20]

で与えられます。 $$ {\ mathrm {ZnOH}} ^ {\ kern0.5em \ ast} + \ kern0.5em \ mathrm {Zn} {\ left（{\ mathrm {C}} _​​ 2 {\ mathrm {H}} _ 5 \ right ）} _ 2 \ to {\ mathrm {ZnOZnC}} _​​ 2 {{\ mathrm {H}} _ 5} ^ {\ ast} + \ kern0.5em {\ mathrm {C}} _​​ 2 {\ mathrm {H}} _ 6 $ $（3）$$ {\ mathrm {ZnOZnC}} _​​ 2 {{\ mathrm {H}} _ 5} ^ {\ ast} + \ kern0.5em {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ to { \ mathrm {ZnOZnOH}} ^ {\ ast} + \ kern0.5em {\ mathrm {C}} _​​ 2 {\ mathrm {H}} _ 6 $$（4）

ここで、アスタリスクは表面の種も示します。 ALD Al 2 の構造図 O 3 / ZnOナノラミネートを図1に示します。すべてのナノラミネートについて、基板との界面はAl 2 でした。 O 3 、一方、ZnOはナノラミネートの表面の最上層でした。二重層は、2つの個別の層、つまりAl 2 で構成されています。 O 3 と同じ厚さのZnO。全ナノラミネートの同じ厚さを保証するために、二重層の数は、二重層の厚さの減少とともに増加した。そこで、2（25/25 nm）、5（10/10 nm）、10（5/5 nm）、25（2/2 nm）、50（1/1 nm）という5種類のサンプルを用意しました。 。詳細は表1に記載されています。表1のパラメータは経験値であり、予備実験から要約されています。

Al 2 の構造図 O 3 / ZnOナノラミネート

<図>

特性評価

Al 2 の形態的特徴 O 3 / ZnOナノラミネートは、透過型電子顕微鏡（TEM; FEI Tecnai G2 F20）および原子間力顕微鏡（AFM; Bruker Dimension Icon VT-1000、サンタバーバラ、カリフォルニア州）によって実施されました。厚さ、光学定数、およびバンドギャップ情報は、65°の入射角で200〜1000 nmの波長範囲で分光エリプソメトリー（SE; J.A. Woollam、Inc.、M2000X-FB-300XTF）測定によって決定されました。ナノラミネートの光透過率も、デュアルビーム分光光度計（島津UV-3600）を使用して、200〜1000nmの波長範囲で研究されています。ホール効果測定システム（Ecopia HMS3000）を使用して、4点プローブでサンプルの電気的特性を取得しました。

結果と考察

形態的特徴

SiO 2 上で成長した異なる二重層の厚さのナノラミネート / Si基板は、TEMを使用して断面で測定されました。図2に、二重層の厚さが50、10、2 nmのナノラミネートの3つの実例を示します。これには、50nmと10nmのサンプルの高倍率画像が含まれています。 Al 2 の間に明確な境界が見られます O 3 およびＺｎＯ層、および全ナノラミネートの厚さが示されている。事前のX線回折（Bruker D8 ADVANCE）測定（ここには記載されていません）の助けを借りて、Al 2 の特徴的なピークは見つかりません。 O 3 およびＺｎＯ、したがって、成長したままのナノラミネートのすべてがアモルファス状態を有すること。このステートメントは、高倍率のTEM画像で確認できます。 Al 2 O 3 / ZnO 2（25/25 nm）サンプルは、この作業で最も厚い二重層を持っており、結晶化プロセスは存在しません。

Al 2 のTEM画像 O 3 異なる二重層の厚さの/ ZnOナノラミネート： a 50 nm、 b 10 nm、および c 2nm。そして高倍率の画像： d 50nmおよび e 10 nm

他の場所で報告されているように[6、21]、Al 2 O 3 Al 2 のレイヤー O 3 ALD法で調製された/ ZnOナノラミネートは常にアモルファス相であり、ZnOがAl 2 で再核化するため、ZnO結晶成長をブロックする可能性があります。 O 3 水面。超薄層の結晶化プロセスは非常に複雑であり、界面エネルギー、層の厚さ、システムの融点、バルクアモルファス結晶化温度など、多くの要因を考慮する必要があります[6、22]。 Viter etal。 Al 2 が O 3 二重層の厚さが20nm（比率1：1）の/ ZnOナノラミネートはアモルファスであり、この結果は結晶化を可能にするために必要な最小の厚さに起因すると考えられています[22]。 Lópezetal。同様の現象を発見し、彼らは、成長手順のパルスとパージ期間が短すぎて、いくつかの秩序化といくつかの結晶相を生成するのに十分な時間をフィルムに与えることができないと考えました[23]。一方、バルクZnOのボーア半径は23Åです[4]。 Al 2 O 3 / ZnO 25（2/2 nm）およびAl 2 O 3 / ZnO 50（1/1 nm）ナノラミネートのZnOの厚さは、ボーア半径よりも小さくなっています。したがって、量子閉じ込め効果を考慮に入れる必要があります。特に半導体サブレイヤーZnOの場合、この効果により誘電挙動が劇的に変化する可能性があると考えられており[21]、以下の内容で説明します。

ナノラミネートの表面形態を調査するために、AFM測定がSiO 2 に堆積されたサンプルに適用されます。 / Si基板、および3D結果を図3に示します。丘の形をした特徴がサンプル表面で支配的であり、表面の高さは二重層の厚さが薄くなるにつれて減少することが観察できます。二重層の厚さが薄いサンプル、つまりAl 2 O 3 / ZnO 25（2/2 nm）およびAl 2 O 3 / ZnO 50（1/1 nm）、表面粗さがわずかな滑らかな表面を示します。二乗平均平方根粗さ R q 各ナノラミネートのはAFMデータから推定され、およそ0.81〜1.30nmの範囲です。さらに、二重層の厚さと R の関係 q 図4に示されています。最初は、 R の値です。 q 他の研究の場合のように、線形挙動対二重層の厚さの増加を示し、その後、二重層の厚さが特定の値に増加しても安定したままです[23、24]。 Al 2 O 3 この研究では、上記の成長条件下でアモルファス相にあります。これは、以前のレポートでも証明されています[25]。アモルファスAl 2 O 3 層は非常に滑らかで、下にあるZnO層のトポグラフィーに適合しています[26]。上記のように、Al 2 が挿入されているため O 3 その結果、ZnOの結晶成長が中断されます。 ZnOナノ結晶のサイズを制限することにより、介在するAl 2 O 3 層はAl 2 を防ぎます O 3 粗面化による/ ZnOナノラミネート[24]。この滑らかな効果は、Al 2 とはほとんど関係がないことが証明されています。 O 3 層の厚さであり、挿入されたAl 2 の数にのみ関係します O 3 レイヤー[24]。したがって、二重層の厚さが減少すると、より多くのAl 2 O 3 層をナノラミネートに挿入して粗さを滑らかにし、ナノラミネートをより滑らかにしました。二重層の厚さが特定の値に増加すると、この滑らかな効果はもはや明らかではありません。

異なる二重層の厚さのナノラミネートのAFM3D画像： a 2（25/25 nm）、 b 5（10/10 nm）、 c 10（5/5 nm）、 d 25（2/2 nm）、および e 50（1/1 nm）

異なる二重層の厚さのナノラミネートの表面粗さ

光学特性

サンプル表面からの反射直線偏光の変化を記録・計算するSE測定[17、27、28]を行うことで、生データからナノラミネートの光学定数や膜厚を推定することができます。より正確な詳細を取得するために、SiO 2 上で成長したナノラミネート / Si基板は、SE測定中は光に対して不透明であるため、テスト対象として選択されています。生データの取得後、半無限Si基板、SiO 2 を含む多層モデルが構築されます 図5に示すように、層、およびAZO層。ナノラミネート、つまりモデル内のAZO層は、全体として適合していると見なされます。 Si基板の酸化層は約330nmであり、フィッティングせずにモデルに直接置換されます。さらに、AFMの結果に基づくサンプルの表面粗さは無視できるため、この光学モデルにはBruggemanの有効な媒体近似は導入されていません。この光学モデルのために、Forouhi-Bloomer（FB）分散モデルを使用して、エリプソメトリースペクトル（Ψ）を適合させます。 ナノラミネートのΔ（200〜1000 nmの範囲）[29、30]。次の二乗平均平方根誤差（RMSE）を最小化するために、最終的な厚さと光学特性が適合および評価されます。

$$ \ mathrm {RMSE} =\ sqrt {\ frac {1} {2N-M-1} {\ sum} _ {i =1} ^ N \ left [{\ left（{\ psi} _i ^ {\ mathrm {cal}}-{\ psi} _i ^ {\ mathrm {exp}} \ right）} ^ 2 + {\ left（{\ varDelta} _i ^ {\ mathrm {cal}}-{\ varDelta} _i ^ {\ mathrm {exp}} \ right）} ^ 2 \ right]} $$（5）

SiO 2 上で成長したサンプルの光学モデル SE分析用の/ Si基板

ここでは、 N 、 M 、exp、およびcalは、それぞれ、スペクトル内のデータポイントの数、モデル内の変数パラメーターの数、実験データ、および計算されたデータを表します。

ナノラミネートのフィッティングされた厚さを表2に示します。これらは、TEM測定から得られた値に非常に近く、フィッティングプロセスの精度を示しています。適合誤差RMSEも表2に示され、値は許容範囲内であり、適合結果の信頼性を示しています。サンプル2（25/25 nm）、5（10/10 nm）、および10（5/5 nm）の厚さは滑らかな傾向を示しており、ALD表面の化学反応の程度が異なるために小さな変動が生じます。対照的に、サンプル25（2/2 nm）と50（1/1 nm）の厚さは、二重層の厚さが減少するにつれて明らかに減少します。したがって、Al 2 O 3 / ZnOナノラミネートは、堆積プロセスでサイクル数が同じままであっても、薄い二重層の厚さで異なる厚さを示します。表3は、Al 2 の成長率をまとめたものです。 O 3 表2にリストされている厚さを使用して、ZnOサブレイヤー（厚さ比1：1）。値は最初に増加し、サブレイヤーのサイクルが増加すると最終的に飽和します。膜厚と成長速度の変動は、Al 2 間の界面反応に起因する可能性があります。 O 3 以下の内容で導入されるZnO層、およびより薄い二重層の厚さのサンプルは、より影響を受けます。 Karvonen etal。同様の説明があり、成長速度の変動は、Al 2 中のZnOのTMAエッチングに起因すると考えられました。 O 3 成長[7]。 Elam etal。 Al 2 の成長率が O 3 とZnOはALDサイクルの数とともに増加します[24]。彼らは、初期のALDサイクルの成長速度の低下は、Al 2 からの移行時に発生する核形成プロセスに起因する可能性があると結論付けました。 O 3 ZnOへおよびZnOからAl 2 O 3 。新しい結晶が形成された場合にのみ、成長速度は定常状態の値に達します。

<図> <図>

Al 2 の光学定数 O 3 / ZnOナノラミネートを図6に示します。さまざまな屈折率 n を示しています。 および吸光係数 k 異なる二重層の厚さで。図6aは、二重層の厚さが異なるナノラミネートの屈折率分散スペクトルを示しています。 n の値 成長の変化とAlの浸透により、50〜2 nmの範囲で二重層の厚さが減少するにつれて徐々に減少します[21、31]。 n （λ ）ZnOの特性は、二重層の厚さが50、20、および10nmのナノラミネートで観察できます。そして、この線の形状は、二重層の厚さが4 nm未満になると、ゆっくりと縮退して消えます。したがって、 n （λ ）特性はAl 2 のように動作する傾向があります O 3 示されているサンプル50（1/1 nm）のように。 k 分散スペクトルは図6bにあります。異なる曲線は、さまざまな二重層の厚さの異なるサンプルを表しています。 430〜1000 nmの領域では、吸光係数はほぼ0に等しくなります。つまり、ナノラミネートはその波長領域でほぼ透明になります。一方、二重層の厚さが減少すると、吸収端で青方偏移が発生します。サンプル25（2/2 nm）と50（1/1 nm）のシフト距離が大きいため、吸収端は徐々にスペクトル領域から移動し、Al 2 の特性を示します。 O 3 。全体として、光学定数の特性はZnOからAl 2 に移行します。 O 3 。観察された n の変化 および k 2つの物理現象によって決定できます。一方では、それらは量子閉じ込め効果の影響を受けます。サンプル25（2/2 nm）と50（1/1 nm）のサブレイヤーの厚さは、バルクZnOのボーア半径よりも小さいため、誘電挙動は他のサンプルよりも劇的に変化することがわかります。一方、それは、ZnO層へのAlの浸透をもたらす成長メカニズムに基づいています[22、24]。成長メカニズムによれば、ZnとAlの置換反応は、ZnOとAl 2 の間の界面で発生する可能性があります。 O 3 レイヤー：

$$ \ mathrm {Zn} \ hbox {-} {\ mathrm {OH}} ^ S + \ kern0.5em \ mathrm {Al} {{\ left（{\ mathrm {C}} _​​ 2 {\ mathrm {H}} _5 \ right）} _ 3} ^ g \ uparrow \ to \ mathrm {AlOH} \ hbox {-} {\ mathrm {C}} _​​ 2 {{\ mathrm {H}} _ 5} ^ s + \ kern0.5em \ mathrm { Zn} {{\ left（{\ mathrm {C}} _​​ 2 {\ mathrm {H}} _ 5 \ right）} _ 2} ^ g \ uparrow $$（6）

ここで、ZnO-OHとAl（C 2 H 5 ） 3 対応して、表面と気相の物質です。この界面反応のために、ZnO層へのAlドーピングが発生する可能性があり、ナノラミネートのZnO比を低下させることができます。したがって、二重層の厚さが減少すると、ZnOとAl 2 の間の界面が O 3 層が増加し、それに応じてナノラミネート中のZnOの比率が減少します。これは、図2dに示す高倍率のTEM画像で確認できます。二重層の厚さが減少すると、Al 2 間の境界 O 3 ZnO層はより広く、よりぼやけます。これにより、ナノラミネート全体の特性がAl 2 の特性に移行します。 O 3 。

SiO 2 上で成長したナノラミネートの光学定数 / Si基板。 a 屈折率 n 。 b 吸光係数 k

吸収端の青方偏移をよりよく理解するために、Tauc外挿を適用して、二重層の厚さが50、20、および10nmのナノラミネートのバンドギャップ情報を評価します。バンドギャップエネルギーを評価するために、ナノラミネートの吸光係数を使用しました。吸光係数、バンドギャップエネルギー、および吸収係数は、次の式[32]に従って関連付けられます。

$$ {\ left（\ alpha h \ upsilon \ right）} ^ 2 =A \ left（E- {E} _g \ right）$$（7）$$ \ alpha =\ frac {4 k \ pi} { \ lambda} $$（8）

ここでα は吸光係数、 A は定数であり、 E g は光学バンドギャップエネルギーです。式に基づいて。 （7）と（8）、（αhνのプロット ） 2 対hν 図7に示すように作成されています。バンドギャップエネルギーの値 E g x によってグラフィカルに決定できます 図7の挿入図に示されている、軸と吸収端の線形部分の線形フィッティング。サンプル25（2/2 nm）と50（1/1 nm）のバンドギャップ情報は図7では明らかにされていません。 。7、吸収端の線形部分が吸光係数のスペクトルから発生したスペクトル範囲を超えているため、不正確な結果につながる可能性があります。図7から、ナノラミネートのバンドギャップエネルギーは、二重層の厚さが減少するにつれて増加する傾向を示していることがわかります。これは、BM効果によって解釈できます[33、34、35]。挿入されたAl 3+ Zn 2+ の代わりになります Al 2 のインターフェースで O 3 / ZnO層と余分な電子を提供します。したがって、ナノラミネートでは、自由キャリアの濃度が増加し、バンドギャップエネルギーがより高いエネルギー領域に移動します。次の方程式は、この効果を正確に説明できます[35]：

$$ {E} _g ={E} _g ^ 0 + \ varDelta {E} _g ^ {\ mathrm {BM}} ={E} _g ^ 0 + \ frac {h ^ 2} {8 {m} _e ^ {\ ast}} {\ left（\ frac {3} {\ pi} \ right）} ^ {2/3} {n} _e ^ {2/3} $$（9）

ここで、Δ E g BM および E g 0 h が、BM効果と固有の禁止帯域幅によって引き起こされるバンドギャップの増分を表します。 、 m e * 、および n e は、それぞれ伝導帯におけるプランク定数の有効電子質量、および電子キャリア密度です。

異なる二重層の厚さのナノラミネートの評価された光学バンドギャップ

図8は、グループ全体の透過率と吸光度のスペクトルを示しています。鋭い吸収端が200〜400 nmの領域、つまり紫外線領域にあることがわかります。重要なことに、吸収端は二重層の厚さが減少するにつれてより短い波長（青方偏移）に移動し、この傾向はSE測定から計算された以前の結果に正確に近いものです。この青方偏移は、バンドギャップを増加させるBM効果によるものです。ただし、25（2/2 nm）と50（1/1 nm）のナノラミネートでは、量子閉じ込め効果が支配的になり、界面反応が強まり、ナノラミネートの特性を示すため、青方偏移は連続的ではありません。 Al 2 O 3 徐々に。この時点で、青方偏移は、BM効果、量子閉じ込め効果、およびナノラミネートの特徴的な進化の総合的な寄与です。つまり、これらの3つの要因により、吸収端が大きくシフトします。全体として、吸収端は紫外線領域（200〜400 nm）の二重層の厚さによって変調できます。これによると、紫外線検出器として適用することができます。その上、すべてのAl 2 O 3 / ZnOナノラミネートは、可視および近赤外領域で90％を超える透過率を示し、鋭い吸収帯のエッジを示します。ここでの透過率は、他の多くのTCO材料[36]とほぼ同様の値と傾向を示しており、TCO材料としての適用が可能です。

a 透過率と b 異なる二重層の厚さの石英基板上に成長したナノラミネートの吸光度スペクトル

電気的特性

ホール効果測定は、分析をAl 2 の電気的特性と相関させるために実施されます。 O 3 / ZnOナノラミネート。空間抵抗率分布を除去するために、石英基板上に調製されたナノラミネートがテストサンプルとして選択されています。図9にテスト結果を示します。最初は、キャリア濃度と抵抗率はほとんど変化せず、約10 19 のままです。 cm -3 および10 −2 それぞれΩcm。二重層の厚さが減少すると、キャリア濃度が急激に低下し、抵抗率も増加します。これは、Al 2 の界面反応によって解釈できます。 O 3 ナノラミネートの特徴的な進化をもたらす/ ZnO層。ナノラミネートは、Al 2 の絶縁特性を示します O 3 徐々に、二重層の厚さを変えることで抵抗率の調整可能性を実現します。さらに、ナノラミネート2（25/25 nm）、5（10/10 nm）、および10（5/5 nm）のキャリア濃度の値は4.99×10 19 です。 、5.26×10 19 、および8.91×10 19 cm -3 、 それぞれ。バンドギャップの結果の説明によれば、成長は遅く、他の報告の結果からのTCO材料の値とほぼ同じです[25、37]。したがって、これらの3種類のナノラミネートは、良好な導電性だけでなく、可視および近赤外領域での優れた光透過率も備えています。 Al 2 にとって不可欠です O 3 / ZnOナノラミネートは透明導体の分野で役割を果たす。サンプル25（2/2 nm）と50（1/1 nm）は絶縁特性を示し、半導体デバイスの高抵抗層として適用できる抵抗率の調整可能性を実現します。

異なる二重層の厚さの石英基板上に成長したナノラミネートのキャリア濃度と抵抗率

結論

Al 2 の形態的、光学的、電気的特性を調査しました。 O 3 / ZnOナノラミネートは、2〜50nmの範囲のさまざまな二重層の厚さです。透明な層の境界と低い表面粗さは、ALD法によって調製されたナノラミネートの高品質の形態を示しています。二重層の厚さが減少するにつれて、Al 2 を挿入しました O 3 ナノラミネートの層が粗さを制限し始め、それがナノラミネートをより滑らかにします。二重層の厚さが特定の値に達すると、この粗さの制限は無視できます。ナノラミネートの厚さ、光学定数、およびバンドギャップ情報は、SE分析から抽出されました。二重層の厚さが減少すると、吸光係数の吸収端に青方偏移が生じ、BM効果、量子閉じ込め効果、およびナノラミネートの特徴的な進化がそれらに大きな影響を与えるため、光学バンドギャップエネルギーは増加傾向を示します。この青方偏移は、可視および近赤外領域で90％を超える高い透過率を持つ透過および吸光度スペクトルでも発生します。また、二重層の厚さを変えることにより、電気的特性も2種類の特性を示し、特性の変調を実現しています。ナノラミネート2（25/25 nm）、5（10/10 nm）、および10（5/5 nm）は、10 19 を超える高いキャリア濃度を示します。 cm -3 、透明導電性材料として適用することができます。また、高抵抗率を有するナノラミネート25（2/2 nm）および50（1/1 nm）は、半導体製造プロセスの高抵抗率層として使用できます。

略語

AFM：

原子間力顕微鏡

ALD：

原子層堆積

AZO：

AlドープZnO

BM:

Burstein-Moss

DEZ:

Diethylzinc

FB:

Forouhi-Bloomer

RMSE:

Root-mean-square error

SE:

Spectroscopic ellipsometry

TCO:

Transparent conductive oxide

TEM：

Transmission electron microscope

TMA:

Trimethylaluminum


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