CARACTERIZACIÓN OPTO-ELÉCTRICA DE BICAPAS n+-ZnO/i-ZnO CRECIDAS IN SITU POR EVAPORACIÓN REACTIVA SIN USAR DOPAJE EXTRÍNSECO

OPTO-ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF n+-ZnO/i-ZnO BILAYERS GROWN IN SITU BY REACTIVE EVAPORATION WITHOUT USING EXTRINSIC DOPING

Este trabajo describe un procedimiento para crecer in situ películas delgadas de n⁺-ZnO e i-ZnO altamente transparentes, depositadas secuencialmente por evaporación reactiva asistido por plasma sin usar dopaje extrínseco. Se logró una buena reproducibilidad del espesor y de las propiedades opto-eléctricas de las películas a través de un control electrónico novedoso desarrollado usando el concepto de instrumentación virtual. Para lo cual se implementó un instrumento virtual (VI) que controlaba el proceso usando PID (proportional integral differential) y PWM (pulse width modulation) como algoritmos de control. Optimizando el diseño del reactor y los parámetros de deposición se obtuvieron con este método películas n⁺-ZnO e i-ZnO con resistividades alrededor de 6 x 10^-4 cm y 10⁴ cm respectivamente y transmitancias mayores al 85% (en la región visible). A partir de medidas de energía Urbach encontramos que las películas n⁺-ZnO depositadas controlando apropiadamente la cantidad de zinc que llega al reactor tienen una cantidad baja de defectos estructurales. También se reportan resultados relacionados con propiedades de transporte eléctrico de las películas de ZnO, obtenidas de medidas de conductividad y movilidad dependientes de la temperatura.

This work describes a procedure to grow in situ highly transparent n⁺-ZnO and i-ZnO thin films sequentially deposited by plasma assisted reactive evaporation without using extrinsic doping. Good reproducibility of the thickness and opto-electrical properties of the films was achieved through a novel electronic control developed using the virtual instrumentation concept. For that, a virtual instrument (VI) was implemented to control the process using PID (proportional integral differential) and PWM (pulse width modulation) as control algorithms.

By optimizing the design of the reactor and deposition parameters, n⁺-ZnO and i-ZnO films with resistivities around 6 x10^-4 cm and 10⁴ cm respectively and transmittances greater than 85% (in the visible region) were obtained with this method. From Urbach energy measures we have found that n⁺-ZnO films deposited controlling the quantity of zinc that arrives to the reactor appropriately, have a low density of structural defects. Results regarding electrical transport properties of the ZnO films, obtained from temperature dependent measurements of both conductivity and mobility, are also reported.