Продвинутый нано

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6518 (2023) Цитировать эту статью

496 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В связи с большим количеством промышленных применений прозрачных проводящих оксидов (ТСО), данное исследование сосредоточено на одном из наиболее важных оксидов металлов. Методом ВЧ-магнетронного распыления были изготовлены тонкие пленки NiO на кварцевой и кремниевой подложках при комнатной температуре в токе аргона и кислорода. Напыленные образцы отжигались в атмосфере N2 при температурах 400, 500 и 600 °С в течение 2 часов. Используя микрофотографии АСМ и программное обеспечение WSXM 4.0, были рассчитаны основные параметры поверхности, включая среднеквадратическую шероховатость, среднюю шероховатость, эксцесс, асимметрию и т. д. Расширенные параметры поверхности были получены с помощью энтропии Шеннона с помощью разработанного алгоритма, а спектральная плотность мощности и фрактальная сукколярность были получены с помощью соответствующих методов. Оптические свойства изучались с использованием спектра пропускания для определения ширины запрещенной зоны, коэффициента поглощения, энергии Урбаха и других оптических параметров. Свойства фотолюминесценции также показали интересные результаты в соответствии с оптическими свойствами. Наконец, электрические характеристики и измерения ВАХ гетероперехода NiO/Si показали, что его можно использовать в качестве хорошего диодного устройства.

В качестве оксидов металлов с высокой плотностью свободных носителей, превосходной электропроводностью и высоким оптическим пропусканием в УФ-ВИД-БИК-спектре представлены прозрачные проводящие оксиды (ТСО)1. Они имеют множество применений в зависимости от значений их электропроводности. В настоящее время наиболее широко изученными и коммерчески используемыми материалами TCO являются ITO (Sn:In2O3), FTO (F:SnO2) и материалы на основе ZnO2, все они обладают проводимостью n-типа. В связи с широким использованием ТСО при изготовлении прозрачных pn-переходов и в органических солнечных элементах изучение их p-типа очень важно3.

Среди важных с технологической точки зрения полупроводниковых материалов p-типа с особой энергией запрещенной зоны в диапазоне 3,6–4 эВ следует рассматривать, в частности, оксид никеля (NiO)4,5,6. ТСО p-типа очень важны, а NiO - тонкий. Фильмы из-за своих особенностей, таких как превосходная стабильность, в последнее время привлекли большое внимание. Они использовались в качестве антиферромагнитного материала7, материала для электрохромных дисплеев8, фотоэлектрических устройств, электрохимических суперконденсаторов, теплоотражателей, фотоэлектрохимических элементов, солнечных элементов и многих оптоэлектронных устройств9, а также материала функционального слоя для химических сенсоров10.

Свойства наночастиц и тонких пленок представляют собой очень интересные особенности по сравнению со свойствами объемного материала11. Поэтому для синтеза тонких пленок и наноструктур NiO специально использовались несколько методов, таких как распылительный пиролиз12, химическое осаждение из паровой фазы с плазменным усилением13 и реактивное распыление10. Среди них наибольшее применение получило реактивное распыление. ВЧ-реактивное магнетронное распыление, среди множества методов, представляет собой простой процесс14, но очень эффективный метод получения тонких пленок NiO благодаря более легкому контролю различных параметров, таких как мощность15, парциальное давление кислорода16 и температура подложки17. Тонкая пленка NiO может быть изготовлена ​​в различных формах, таких как нанопроволоки и нановолокна18, нанотрубки19, полые полусферы20, наноцветы21, кактусоподобные структуры22 и нанолисты23.

В целом при исследованиях морфологии поверхностей присутствует атомно-силовая микроскопия (АСМ), так как она позволяет с высокой точностью оценивать физические свойства поверхностей для технологических приложений. Таким образом, благодаря своей чувствительности и точности метод АСМ обеспечивает морфологические исследования с помощью топографических карт, генерируемых сканированием, предоставляя несколько морфологических параметров24,25,26 и спектральную плотность мощности (PSD)26, что облегчает определение характеристик микро- или наноразмерных поверхностей. Изучение распределения топографических высот и их пространственной сложности на поверхностях, представляющих технологический интерес, оказало большую поддержку в оптимизации и изготовлении поверхностей с улучшенными физическими свойствами, например, трением, адгезией, смачиваемостью, поверхностной пористостью и т. д. Такой анализ позволяет оптимизации процесса изготовления тонких пленок и широко используются при исследовании поверхности тонких пленок, представляющих технологический интерес. В нашей рукописи было замечено, что уменьшение размера кристаллитов приводит к образованию более шероховатых поверхностей, однако с более однородными пространственными структурами, что указывает на долгосрочные корреляции. Этот факт важен, поскольку другие работы показали, что поверхности с пространственным рисунком и более однородным распределением менее склонны к отказам, например, износу и трещинам. Кроме того, с помощью расширенных фрактальных и фрактальных параметров было проверено, что самые шероховатые поверхности имеют более однородные пространственные структуры и приблизительно идеальную перколяцию поверхности, что подтверждает увеличение топографической однородности в зависимости от повышения температуры отжига.