[논문 리뷰] Characterization techniques of Fe-doped CuO thin films deposited by the Spray Pyrolysis method

Fatima Zahra Chafi, L. Bahmad외 4명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 13.

Copper-based nanomaterials and applications참고 문헌 1인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 스프레이 피로리시스를 통해 합성된 철 도핑된 CuO 박막의 구조적, 광학적 및 전기적 성질을 조사한다. XRD, 라만 및 FTIR 분석을 통해 단일 상의 단세립계 CuO 구조가 확인되었으며, 광학적 투과도는 80%에 도달했고, 철 도핑으로 인해 밴드 갭은 약간 증가하여 1.29 eV로 측정되었으며, 홀 효과 측정을 통해 측정 가능한 실리콘 농도와 이동도를 갖는 수형 도핑 전도성이 확인되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 스프레이 피로리시스 방법을 이용하여 철 도핑된 CuO 박막을 합성하여 잠재적인 광전기적 응용을 목적으로 한다.
• 박막의 구조적, 미세구조적, 광학적 및 전기적 성질을 상세히 특성화한다.
• 철 도핑이 결정상, 광학적 투과도, 밴드 갭 및 전기적 전도도에 미치는 영향을 평가한다.
• 도핑된 박막에서 수형 전도성을 확인하여 투명 수형 산화물 반도체에의 잠재적 응용을 위해 기초 자료를 확보한다.

제안 방법

• 철 도핑된 CuO 박막은 제어된 온도에서 유리 기판에 스프레이 피로리시스 기법을 사용하여 증착되었다.
• X선 회절(XRD), 라만 분광법 및 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광법을 이용하여 결정 구조 및 상 순도를 분석하였다.
• 자외선-가시광선 분광법을 사용하여 광학적 투과도를 측정하고 밴드 갭 에너지를 계산하였다.
• 홀 효과 측정을 통해 실리콘 농도, 이동도, 저항률 및 전도도를 포함한 전기적 성질을 결정하였다.
• 도핑 농도를 다양하게 변화시켜 도핑 효과를 평가하기 위해 박막을 체계적으로 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스프레이 피로리시스로 제조된 박막에서 철 도핑이 단세립계 상의 안정성을 증가시키는가?
• RQ2 철 도핑이 CuO 박막의 광학적 투과도 및 밴드 갭 에너지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 철 도핑된 CuO 박막의 전기적 성질(음형 또는 양형)은 어떠한가? 도핑은 실리콘 농도와 이동도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 XRD, 라만 및 FTIR 분석을 통해 확인된 바와 같이 철 도핑이 박막 품질 및 구조적 안정성에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• XRD, 라만 및 FTIR 분석을 통해 보조 상이 없는 단일 상의 단세립계 CuO 구조 형성이 확인되었다.
• 철 농도가 높아짐에 따라 광학적 투과도가 80%로 증가하여 박막 품질 향상 및 투명 전도성 응용 가능성을 시사한다.
• 철 도핑된 CuO의 밴드 갭 에너지는 1.29 eV로 측정되었으며, 철 치환으로 인해 약간 증가한 것으로 나타났다.
• 홀 효과 측정을 통해 수형 전도성이 확인되었으며, 측정 가능한 실리콘 농도, 이동도 및 저항률 값이 보고되었다.
• 전기적 성질 분석 결과 철 도핑이 반도체 행동을 향상시켜 수형 투명 산화물 반도체에의 잠재적 응용을 뒷받침한다.
• 고투과도, 안정된 단세립계 구조 및 수형 특성의 조합은 Fe-doped CuO가 광전기적 장치에 있어 유망한 후보임을 시사한다.