[論文レビュー] Characterization techniques of Fe-doped CuO thin films deposited by the Spray Pyrolysis method

Fatima Zahra Chafi, L. Bahmad+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Copper-based nanomaterials and applications参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、スプレー焼成法を用いて合成された鉄ドープCuO薄膜の構造的、光学的および電気的特性に焦点を当てた。XRD、ラマン分光法およびFTIRは単相のモノクロイン酸化銅酸化物構造を確認した。光学透過率は80%に達し、鉄ドーピングによりバンドギャップはわずかに1.29 eVに増加した。ホール効果測定により、測定可能なキャリア濃度および移動度を示すp型半導体特性が確認された。

ABSTRACT

The Fe-doped CuO thin films were deposited onto glass substrates by Spray pyrolysis technique. The structural, micro-structural, optical and electrical properties of the synthesized samples were investigated in details. The X-Ray diffraction (XRD), Raman and Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, confirmed that the studied samples exhibit single phase monoclinic structure of CuO. The UV-VIS spectrophotometer mentioned that the transmittance increases to 80 % when increasing the Fe concentration. Furthermore, the band gap energy of the obtained CuO was 1.29 eV. This value was slightly increased by the Fe substitution. In addition, the electrical properties of the films such as the conductivity, the mobility, the resistivity and the carrier concentration have been studied. The Hall Effect measurements confirmed the p-type conductivity of the studied films.

研究の動機と目的

• スプレー焼成法を用いて鉄ドーピングCuO薄膜を合成し、光エレクトロニクス応用の可能性を検討すること。
• 薄膜の構造的・微細構造的・光学的および電気的特性を詳細に特徴づけること。
• 鉄ドーピングが結晶相、光学的透過率、バンドギャップおよび電気的伝導度に与える影響を評価すること。
• ドーピングされた薄膜にp型半導体特性が確認され、透明p型酸化物半導体への応用可能性を検証すること。

提案手法

• 鉄ドーピングCuO薄膜は、制御された温度でガラス基板上にスプレー焼成法を用いて堆積された。
• X線回折（XRD）、ラマン分光法およびフーリエ変換赤外分光法（FTIR）を用いて結晶構造および相純度を分析した。
• 紫外可視分光法を用いて光学的透過率を測定し、バンドギャップエネルギーを計算した。
• ホール効果測定を実施し、キャリア濃度、移動度、抵抗率および電気伝導度を含む電気的特性を決定した。
• ドーピング濃度を変化させた系統的な分析により、ドーピング効果を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スプレー焼成法で作製された薄膜において、鉄ドーピングはモノクロイン相のCuOを安定化させるか？
• RQ2 鉄ドーピングは、CuO薄膜の光学的透過率およびバンドギャップエネルギーにどのように影響を与えるか？
• RQ3 鉄ドーピングCuO薄膜の電気的性質（n型またはp型）は何か？ドーピングはキャリア濃度および移動度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 XRD、ラマン分光法およびFTIRによる確認において、鉄の導入が薄膜の品質および構造的整合性をどの程度向上させるか？

主な発見

• XRD、ラマン分光法およびFTIR分析により、二次相を示さない単相のモノクロイン酸化銅酸化物構造の形成が確認された。
• 鉄濃度が高くなるにつれて光学的透過率が80%に上昇し、薄膜の品質が向上し、透明導電材料への応用可能性が示された。
• 鉄ドーピングCuOのバンドギャップエネルギーは1.29 eVで測定され、鉄置換に起因するわずかな増加が確認された。
• ホール効果測定によりp型半導体特性が確認され、測定可能なキャリア濃度、移動度および抵抗率の値が報告された。
• 電気的特性から、鉄ドーピングが半導体的挙動を強化し、p型透明酸化物半導体への応用可能性を裏付けた。
• 高い透過率、安定したモノクロイン構造およびp型特性を併せ持つことから、鉄ドーピングCuOは光エレクトロニクス素子の有望な候補である。