Минобрнауки россии федеральное государственное бюджетное
 Скачать 2.05 Mb.
|
|
Рис.5.Вольт-амперные характеристики многослойной IAIв зависимости от температуры отжига. Агломерация увеличивает сопротивление листа многослойных пленок IAI. Чтобы определить наилучшие условия для изготовления многослойного IAI в качестве прозрачного p-электрода в ультрафиолетовых светодиодах, мы рассчитали добротность  из коэффициента пропускания 380 нм и сопротивления листа. Значения определяются следующим образом: (1)где T - коэффициент пропускания, а  - сопротивление листа для пленок. Величина добротности, измеренная для образца после нанесения и для отжигов при 300, 400, 500, 600 и 700°С, составляет  , , ,  , и  соответственно. Образцы, отожженные при 500 ° C, показали наивысшую добротность ( ), намного выше, чем у типичной тонкой пленки ITO ( ). На рис. 4 показаны спектры оптического пропускания, измеренные для многослойной IAI на кварцевых подложках в виде функции температуры отжига. Оптический коэффициент пропускания многослойного IAI при нанесении составляет около 79% при 380 нм. При 500 ° C его коэффициент пропускания увеличивается с 79% до 88%, увеличившись на 9% по сравнению с типичной тонкой пленкой ITO. Однако коэффициент пропускания может отличаться в зависимости от длины волны; это явление может быть связано с оптическими свойствами пленки Ag.  Рис.6. Изображение ПЭМ в поперечном сечении в области раздела многослойного IAI (а) до и после отжига при (b) 500 ° C и (c) 700 ° C.  Рис. 7. Спектры оптического пропускания для многослойной IAI в зависимости от температуры отжига. Коэффициент поглощения Ag определяется межзонными электронными переходами, которые являются возбуждением электронов из d-зоны на поверхность Ферми. Коэффициент поглощения Ag высок на большей длине волны вблизи красной части видимого спектра; следовательно, коэффициент пропускания многослойного IAI уменьшается после отжига. С другой стороны, в ближней ультрафиолетовой области пропускание многослойных IAI увеличивается после отжига, вероятно, из-за меньшего коэффициента поглощения Ag в ближней УФ-области. Однако при температурах выше 600 ° С коэффициент пропускания снова уменьшается, поскольку пленки Ag агломерируются для увеличения потерь на рассеяние. Кроме того, увеличение передачи наблюдается с уменьшением длины волны в более длинноволновых областях. Считается, что транспорт свободных носителей может быть ослаблен на длинах ультафиолетовых волн, что снижает коэффициент поглощения Ag. Здесь не показано, мы исследовали зависимость толщины Ag от электрических и оптических свойств структуры IAI, чтобы определить оптимальную толщину Ag. Перед отжигом коэффициент пропускания ITO 15 нмAg 7 нм ∕ ITO 15 нмсоставлял 79% при 380 нм, тогда как коэффициент пропускания ITO 15 нм∕Ag 5 нм ∕ ITO 15 нм и ITO 15 нм ∕ Ag 14 нм ∕ ITO 15 нм пленки были ∼67% при 380 нм. Это связано с тем, что каждый материал, из которого состоит многослойный слой IAI, имеет свой показатель преломления; соответственно, высокий коэффициент пропускания наблюдается при определенной толщине пленки.  Рис.8. График зависимости коэффициента поглощения от энергии фотона, показывающий эффект Бурштейна – Мосса в многослойной среде IAI в зависимости от температуры отжига. С другой стороны, после отжига при 600 ° C наибольший коэффициент пропускания 82% наблюдался также для пленки ITO 15 нмAg 7 нм ∕ ITO 15 нм на той же длине волны, тогда как ITO 15 нм ∕ Ag 5 нм_ ∕ Пленка ITO 15 нмпоказала сильный пик поглощения при 400 нм из-за агломерации металла. Пленка ITO 15 нм ∕ Ag 14 нм ∕ ITO 15 нм_ показала более низкий коэффициент пропускания, чем пленка ITO 15 нм ∕ Ag 7 нм ∕ ITO 15 нмиз-за повышенного поглощения света в слоях Ag. С другой стороны, сопротивление листа пленки ITO 15 нм ∕ Ag ∕ ITО15 нм_ уменьшился с 14,55 до 4,9 Ом ∕ кв при увеличении толщины Ag с 7 до 14 нм, но резко увеличился до 270 Ом ∕ кв для пленки Ag толщиной 5 нм из-за металла агломерация, после отжига. На основании этих результатов в этом эксперименте мы определили толщину Ag в 7 нм. На рисунке 5 показано изменение коэффициентов поглощения по отношению к энергиям падающего пучка, измеренных как для ITO, так и для многослойных слоев, нанесенных на кварцевые подложки, в зависимости от температуры отжига. Соотношение между коэффициентом поглощения и энергетической щелью Eg можно описать следующей формулой:  (2)где  - энергия фотона. Оптическая ширина запрещенной зоны ITO составляет .73.78–3.8 эВ. На рис. 5 рассчитанная энергия запрещенной зоны ITO составляет 3.8 эВ; однако энергия запрещенной зоны многослойного синего IAI сдвигается с ростом температуры отжига до 500 ° C. Это явление можно объяснить эффектом Бурштейна – Мосса. Другими словами, концентрация носителей в многослойных слоях увеличивается с температурой отжига, заполняя энергетические уровни в нижней зоне проводимости, тем самым смещая положение поглощениякрай к более высоким энергиям. Таким образом, многослойные ТВК IAI с высокой проводимостью и хорошим коэффициентом пропускания дляультрафиолетовых светодиодов были изготовлены методом магнетронного распыления и оптимизированы путем отжига. Оптимальная температура отжига была определена равной 500 ° C, где образец имел листовое сопротивление 9,21 Ом ∕ кв и удельное сопротивление Ом ⋅ см, в то время как коэффициент пропускания составлял 88% при 380 нм. Многослойность также показала показатель качества. Эти свойства с низким удельным сопротивлением и высоким коэффициентом пропускания, как полагают, являются результатом уменьшения рассеяния на границах зерен, оптического отражения, потерь в пленках ITO и качества непрерывных пленок Ag во время оптимизации процесса отжига. Ожидается, что эти многослойные прозрачные электроды на основе IAI увеличат внешнюю квантовую эффективность на основе GaN UV-A светодиоды. Эта работа была поддержана грантом Национального исследовательского фонда Кореи, финансируемым правительством Кореи. Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ В данной главе представлены результаты исследования влияния оптического возбуждения на электрофизические свойства пленок ПДФ в структурах ITO-ПДФ-Al и Au-ПДФ-Al. |