ZnO박막과 Al 도핑한 ZnO박막의 PL, 홀계수, 엘립소미터 측정 및 분석

소개글

ZnO 박막과 Al을 각각 5at%, 10at% 도핑한 ZnO박막을 PL(Photoluminescence)를 측정하여 밴드갭과 방출파장에너지의 변화와 크기를 계산, 비교하고, 홀 계수를 측정하여 세 시편의 캐리어 농도와 캐리어 모빌리티를 계산하였다. 또한 엘립소 미터 측정으로 시편의 굴절률 변화를 측정하였다.

목차

1. 소개
2. 실험
2.1 PL 분광법(Photoluminescence spectroscopy)
2.2 홀 측정
2.3 엘립소미터(Ellipsometry)
2.3..1 밴드갭 이하의 광자 에너지의 광학 상수 결정
3. 결론

본문내용

1. 소개
순수한 ZnO 박막은 n-type 반도체 물질로 Zn과 내부에 다양한 결함들이 존재한다. ZnO 박막의 결함 종류로는 Zn과 O의 공공과 침입형 불순물 자리에 위치하는 Zn과 O등이 있다.
-중략-
2. 실험
2.1 PL 분광법(Photoluminescence spectroscopy)
PL 분광법은 레이저와 같은 단색광의 에너지를 이용하여 시편의 전자를 여기 시켰다가 전자가 안정화 되면서 에너지를 방출할 때 발생하는 빛의 파장을 분석하는 방법이다.
-중략-
2.2 홀 측정
홀 효과는 전류와 자기장에 의해 반도체 물질에 나타나는 효과이다. 시료에 인가된 전계(Ex)에 수직한 방향으로 자기장(Bx)을 인가하면, 자기장의 방향에 수직하게 걸리는 전압을 홀 전압(VH)이라 하며, 이 효과를 홀 효과라 한다.
-중략-
2.3 엘립소미터(Ellipsometry)
엘립소미트리는 in situ 측정이 가능하다는 장점이 있다. 때문에 시편에 손상이나 인위적인 변형을 발생시키지 않고 광학적 측정이 가능하다. 박막의 두께 변화에 대해 매우 민감하기 때문에 옹스트롬 단위의 두께 변화도 감지하여 스펙트럼에 변화가 생긴다.
-중략-



3. 결론
PL 측정을 통해 도핑 농도가 증가함에 따라 밴드갭이 증가하는 것을 확인하였고, 홀 계수 측정을 통하여 도핑농도가 높을수록 캐리어 수는 증가하는 것을 확인하여 미지의 시편이 어떤 시편이 결론을 내렸다. 도핑한 시편과 하지 않은 시편의 모빌리티는 도핑 양에 반비례 하는 것을 확인하였지만 도핑농도의 증가에 따른 모빌리티 변화는 비선형적인 결과로 인해 결론을 내릴 수 없었다. 마지막으로 엘립소미터 측정은 굴절률과 박막의 두께를 계산하는 데에 필요한 각 요소들을 얻지 못해 계산이

참고 자료

전자재료물성 및 소자공학 | 박정호 외 | Mc Graw Hill
PL(광발광, photoluminescence) 분광기 | 귀금속과 시계 연재 | 김영출
RF마그네트론 스퍼터 방법으로 제조한 Al 도핑된 ZnO 박막의 구조 및 광학적 특성에 미치는 산소 분압비의 영향 | 신승욱 외 | 대한금속재료학회지
Optical constants and band edge of amorphous zinc oxide thin films | Jebreel M. Khoshman 외 |
Influence of Al-doping on the structure and optical properties of ZnO films | J.J. Ding 외 |
Electrical properties of ZnO thin films grown by MOCVD |
Optical and electrical properties of aluminum-doped ZnO thin films grown by pulsed laser deposition | Yaodong Liu 외
Extraction of optical constants of ZnO thin films by ellipsometry with various models | Y.C. liu 외
Effect of alumina doping on structural, electrical, and optical properties of sputtered ZnO thin films | S.N. Bai 외