Eletrodos transparentes de filmes finos de AZO depositados por magnetron sputtering a temperatura ambiente

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Ramos, Raul
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: ZnO:Al thin films; AZO; Diagrama de estrutura de zonas; Temperatura ambiente; Filmes finos; Óxido de zinco; Óxido de alumínio; Magnetron sputtering
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/217296

Filmes finos de óxido de zinco e alumínio (AZO) foram sintetizados em substratos de vidro por magnetron sputtering com rádio frequência a partir de um alvo metálico de Zn-Al (5 %at.) em temperatura ambiente. As propriedades morfológicas, estruturais, elétricas e ópticas dos filmes foram estudadas em função da pressão de sputtering, que variou de 0,1 a 6,7 Pa. As análises por difração de raios X (DRX) revelaram que os filmes obtidos eram policristalinos, possuindo um formato hexagonal estrutura wurtzita com orientação preferencial no plano (002). Além disso, o tamanho do cristalito aumentou em função da pressão de sputtering. Devido ao re-sputtering dos átomos de Zn do filme em crescimento, a concentração de alumínio apresentou um valor máximo de 13 % at. Em pressões próximas a 0,16 Pa, obtivemos filmes com valores de resistividade elétrica e mobilidade de 2,8x10-3 Ωcm e 17 cm2/Vs, respectivamente. Finalmente, nossos resultados indicam que o diagrama de strutura de zona proposto por Thornton e posteriormente modificado por Kluth não prevê totalmente o comportamento estrutural/morfológico dos filmes AZO, uma vez que as interações de plasma também devem ser levadas em consideração. Filmes finos de AZO também foram cultivados por RF magnetron sputtering para diferentes tempos de deposição em plasmas de argônio com alvo cerâmico. Propriedades ópticas, estruturais e morfológicas, juntamente com a composição elementar, foram estudadas e correlacionadas com os efeitos observados nas propriedades elétricas e comparadas com dois modelos de espalhamento de mobilidade (impurezas ionizadas e contornos de grão). Os resultados sugerem que a densidade de portadores no caso estudado é limitada a menos de 15% devido à baixa eficiência de ionização causada pela formação de impurezas neutras como fases homólogas. Enquanto a propagação na mobilidade durante os estágios iniciais de crescimento do filme é fortemente influenciada pelos contornos de grão, em filmes mais espessos a limitação na eficiência iônica se torna mais significativa. Em estudo posterior, filmes finos de AZO (cerca de 200 nm de espessura) foram cultivados em tereftalato de polietileno (PET) à temperatura ambiente. O plasma foi ativado usando uma fonte de 13,56 MHz (RF) ou pulsada de 15 kHz (PMS) a uma potência de 60 W com distância alvo-substrato de 4 e 5 cm. A reflexão óptica e a transmitância foram medidas usando um espectrômetro UV-Vis-NIR ao longo dos comprimentos de onda de 190 nm a 2500 nm. Todas as amostras mostram transmitâncias médias superiores a 83% na região visível. A resistividade elétrica foi medida pelo método de 4-pontas linear, alcançando cerca de 0,001 Ωcm para filmes de AZO de 200 nm crescidos por PMS. Os resultados de DRX indicaram que os filmes apresentavam estrutura hexagonal tipo wurtzita com orientação preferencial no plano (002). A morfologia da superfície dos filmes finos de AZO foi caracterizada por Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM); a composição química do filme foi estudada usando Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS). Apenas para filmes crescidos por PMS não foram observadas rachaduras. A síntese à temperatura ambiente de uma bicamada SnO2/ZnO por magnetron sputtering foi investigada. Propriedades morfológicas, ópticas e elétricas da bicamada foram aferidas para diferentes espessuras de SnO2. A morfologia foi estudada usando perfilometria e microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo. As transmitâncias ópticas dos filmes de ZnO e da combinação SnO2/ZnO foram altas (cerca de 80%) no visível, e o filme de SnO2 não alterou as propriedades ópticas do ZnO, que atuaria como um eletrodo de contato transparente em uma célula solar de perovskita.