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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 16/2017

29.04.2017

Thickness, annealing and substrate effects on structural, morphological, optical and waveguiding properties of RF sputtered ZnO thin films

verfasst von: A. Namoune, T. Touam, A. Chelouche

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 16/2017

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Abstract

In this work, nanostructured ZnO thin films were grown at room temperature by RF magnetron sputtering technique on glass and silica-on-silicon (SiO2/Si(100)) substrates for two deposition times (60 and 120 min). The as-grown ZnO thin films were then annealed in air for 60 min at various temperatures, ranging from 300 to 500 °C. Effects of film thickness, thermal annealing and substrate type on the structural, morphological, optical and waveguiding properties were investigated using several characterization techniques. X-ray diffraction study indicated that all ZnO thin films have a hexagonal wurtzite structure and the films deposited on SiO2/Si substrates exhibit a better crystalline quality, higher c-axis orientation, larger crystallite size and lower compressive stress than those grown on glass substrates. Furthermore, it is found that the structural properties are enhanced with increasing film thickness and annealing temperature. Scanning electron microscopy micrographs and atomic force microscopy images reveal that the morphology and surface roughness of the ZnO samples depend on the film thickness and heat treatment temperature. From the analysis of the UV–Visible spectroscopy results, the as-grown films prepared on glass substrates show an average transmittance ranging from 63 to 74% in the visible region. In addition, the optical transmission and the band gap are found to increase with increasing annealing temperature. M-lines spectroscopy measurements at a 632.8 nm wavelength put into evidence that as-grown ZnO planar waveguides support single and multi-well confined transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) guided modes. The measured refractive indices of these films are found to be independent of film thickness and substrate type for both TE and TM polarizations. Moreover, moderate propagation losses of 1.3 ± 0.2 dB/cm were observed in the ZnO planar waveguide grown for 60 min on SiO2/Si substrate.

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Literatur
1.
2.
Zurück zum Zitat B. Kulyk, Z. Essaidi, V. Kapustianyk, B. Turko, V. Rudyk, M. Partyka, M. Addou, B. Sahraoui, Opt. Commun. 281, 6107 (2008)CrossRef B. Kulyk, Z. Essaidi, V. Kapustianyk, B. Turko, V. Rudyk, M. Partyka, M. Addou, B. Sahraoui, Opt. Commun. 281, 6107 (2008)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat A. Khan, M. Hussain, O. Nur, M. Willander, J. Phys. D 47, 345102 (2014)CrossRef A. Khan, M. Hussain, O. Nur, M. Willander, J. Phys. D 47, 345102 (2014)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat H. Huang, G. Fang, X. Mo, H. Long, L. Yuan, B. Dong, X. Meng, X. Zhao, IEEE Electron Dev. Lett. 30, 106 (2009)CrossRef H. Huang, G. Fang, X. Mo, H. Long, L. Yuan, B. Dong, X. Meng, X. Zhao, IEEE Electron Dev. Lett. 30, 106 (2009)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat E.B. Magnusson, B.H. Williams, R. Manenti, M.-S. Nam, A. Nersisyan, M.J. Peterer, A. Ardavan, P.J. Leek, Appl. Phys. Lett. 106, 063509 (2015)CrossRef E.B. Magnusson, B.H. Williams, R. Manenti, M.-S. Nam, A. Nersisyan, M.J. Peterer, A. Ardavan, P.J. Leek, Appl. Phys. Lett. 106, 063509 (2015)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat B. Mereu, O. Caglar, J.S. Cashmore, P.A. Losio, A. Salabas, I. Sinicco, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 152,147 (2016)CrossRef B. Mereu, O. Caglar, J.S. Cashmore, P.A. Losio, A. Salabas, I. Sinicco, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 152,147 (2016)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat V. Galstyan, E. Comini, C. Baratto, G. Faglia, G. Sberveglieri, Ceram. Int. 41, 14239 (2015)CrossRef V. Galstyan, E. Comini, C. Baratto, G. Faglia, G. Sberveglieri, Ceram. Int. 41, 14239 (2015)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat E. Dilonardo, M. Penza, M. Alvisi, C. Di Franco, F. Palmisano, L. Torsi, N. Cioffi, Beilstein J. Nanotechnol. 7, 22 (2016)CrossRef E. Dilonardo, M. Penza, M. Alvisi, C. Di Franco, F. Palmisano, L. Torsi, N. Cioffi, Beilstein J. Nanotechnol. 7, 22 (2016)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Y.-C. Hu, T.-H. Lee, P.-Z. Chang, P.-C. Su, Thin Solid Films 584, 112 (2015)CrossRef Y.-C. Hu, T.-H. Lee, P.-Z. Chang, P.-C. Su, Thin Solid Films 584, 112 (2015)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat J. Molarius, J. Kaitila, T. Pensala, M. Ylialammi, J. Mater. Sci. 14, 431 (2003) J. Molarius, J. Kaitila, T. Pensala, M. Ylialammi, J. Mater. Sci. 14, 431 (2003)
11.
Zurück zum Zitat B.D. Ngom, O. Sakho, S. Ndiaye, R. Bartali, A. Diallo, M.B. Gaye, S. Bady, N. Manyala, M. Maaza, A.C. Beye, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 55, 20501 (2011)CrossRef B.D. Ngom, O. Sakho, S. Ndiaye, R. Bartali, A. Diallo, M.B. Gaye, S. Bady, N. Manyala, M. Maaza, A.C. Beye, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 55, 20501 (2011)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat C.-L. Jia, K.-M. Wang, X.-L. Wang, X.-J. Zhang, F. Lu, Opt. Express 3, 5093 (2005)CrossRef C.-L. Jia, K.-M. Wang, X.-L. Wang, X.-J. Zhang, F. Lu, Opt. Express 3, 5093 (2005)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat R.G. Heideman, P.V. Lambeck, J.G.E. Gardeniers, Opt. Mater. 4, 741 (1995)CrossRef R.G. Heideman, P.V. Lambeck, J.G.E. Gardeniers, Opt. Mater. 4, 741 (1995)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat F. Meriche, T. Touam, A. Chelouche, M. Dehimi, J. Solard, A. Fischer, A. Boudrioua, L.H. Peng, Electron. Mater. Lett. 115, 862 (2015)CrossRef F. Meriche, T. Touam, A. Chelouche, M. Dehimi, J. Solard, A. Fischer, A. Boudrioua, L.H. Peng, Electron. Mater. Lett. 115, 862 (2015)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Y. Zhao, C. Li, M. Chen, X. Yu, Y. Chang, A. Chen, H. Zhu, Z. Tang, Phys. Lett. A 380, 3993 (2016)CrossRef Y. Zhao, C. Li, M. Chen, X. Yu, Y. Chang, A. Chen, H. Zhu, Z. Tang, Phys. Lett. A 380, 3993 (2016)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat W. Zhang, P. Wang, X. Fei, Y. Xiu, G. Jia, Int. J. Electrochem. Sci. 10, 4688 (2015) W. Zhang, P. Wang, X. Fei, Y. Xiu, G. Jia, Int. J. Electrochem. Sci. 10, 4688 (2015)
17.
Zurück zum Zitat F. Boudjouan, A. Chelouche, T. Touam, D. Djouadi, R. Mahiou, G. Chadeyron, A. Fischer, A. Boudrioua, J. Mater. Sci. 27, 8040 (2016) F. Boudjouan, A. Chelouche, T. Touam, D. Djouadi, R. Mahiou, G. Chadeyron, A. Fischer, A. Boudrioua, J. Mater. Sci. 27, 8040 (2016)
18.
Zurück zum Zitat T. Sechogela, L. Kotsedi, M. Nkosi, C. Sandt, R. Madjoe, W. Przybylowicz, K. bharuthram, M. Maaza, Surf. Rev. Lett. 21, 1450012 (2014)CrossRef T. Sechogela, L. Kotsedi, M. Nkosi, C. Sandt, R. Madjoe, W. Przybylowicz, K. bharuthram, M. Maaza, Surf. Rev. Lett. 21, 1450012 (2014)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat G. Torrisi, A. Di Mauro, M. Scuderi, G. Nicotra, G. Impellizzeri, RSC Adv. 6, 88886 (2016)CrossRef G. Torrisi, A. Di Mauro, M. Scuderi, G. Nicotra, G. Impellizzeri, RSC Adv. 6, 88886 (2016)CrossRef
20.
21.
Zurück zum Zitat B.D. Ngoma, T. Mpahane, N. Manyala, O. Nemraoui, U. Buttner, J.B. Kana, A.Y. Fasasi, M. Maaza, A.C. Beye, Appl. Surf. Sci. 255, 4153 (2009)CrossRef B.D. Ngoma, T. Mpahane, N. Manyala, O. Nemraoui, U. Buttner, J.B. Kana, A.Y. Fasasi, M. Maaza, A.C. Beye, Appl. Surf. Sci. 255, 4153 (2009)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat B.D. Ngoma, O. Sakho, N. Manyala, J.B. Kana, N. Mlungisi, L. Guerbous, A.Y. Fasasi, M. Maaza, A.C. Beye, Appl. Surf. Sci. 255, 7314 (2009)CrossRef B.D. Ngoma, O. Sakho, N. Manyala, J.B. Kana, N. Mlungisi, L. Guerbous, A.Y. Fasasi, M. Maaza, A.C. Beye, Appl. Surf. Sci. 255, 7314 (2009)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat B.D. Ngoma, M. Chaker, N. Manyala, B. Lo, M. Maaza, A.C. Beye, Appl. Surf. Sci. 257, 6226 (2011)CrossRef B.D. Ngoma, M. Chaker, N. Manyala, B. Lo, M. Maaza, A.C. Beye, Appl. Surf. Sci. 257, 6226 (2011)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat C. Periasamy, R. Prakash, P. Chakrabarti, J. Mater. Sci. 21, 309 (2009) C. Periasamy, R. Prakash, P. Chakrabarti, J. Mater. Sci. 21, 309 (2009)
25.
Zurück zum Zitat M.A. Vasquez-A, O. Goiz, R. Baca-Arroyo, J.A. Andraca-Adame, G. Romero-Paredes, R. Peña-Sierra, J. Nanosci. Nanotechnol. 12, 234 (2012)CrossRef M.A. Vasquez-A, O. Goiz, R. Baca-Arroyo, J.A. Andraca-Adame, G. Romero-Paredes, R. Peña-Sierra, J. Nanosci. Nanotechnol. 12, 234 (2012)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat R.S. Reddy, A. Sreedhar, A.S. Reddy, S. Uthanna, Adv. Mater. Lett. 3, 239 (2012)CrossRef R.S. Reddy, A. Sreedhar, A.S. Reddy, S. Uthanna, Adv. Mater. Lett. 3, 239 (2012)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat R.S. Reddy, A. Sreedhar, A.S. Reddy, S. Uthanna, Cryst. Res. Technol. 47, 1095 (2012)CrossRef R.S. Reddy, A. Sreedhar, A.S. Reddy, S. Uthanna, Cryst. Res. Technol. 47, 1095 (2012)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat P.Y. Dave, K.H. Patel, K.V. Chauhan, A.K. Chawla, S.K. Rawal, Procedia Technol. 23, 328 (2016)CrossRef P.Y. Dave, K.H. Patel, K.V. Chauhan, A.K. Chawla, S.K. Rawal, Procedia Technol. 23, 328 (2016)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat C. Besleaga, G.E. Stan, A.C. Galca, L. Ion, S. Antohe, Appl. Surf. Sci. 258, 8819 (2012)CrossRef C. Besleaga, G.E. Stan, A.C. Galca, L. Ion, S. Antohe, Appl. Surf. Sci. 258, 8819 (2012)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat C. Li, M. Furuta, T. Matsuda, T. Hiramatsu, H. Furuta, T. Hirao, Thin Solid Films 517, 3265 (2009)CrossRef C. Li, M. Furuta, T. Matsuda, T. Hiramatsu, H. Furuta, T. Hirao, Thin Solid Films 517, 3265 (2009)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat W. Yang, Z. Wu, Z. Liu, A. Pang, Y.-L. Tu, Z.-C. Feng, Thin Solid Films 519, 31 (2010)CrossRef W. Yang, Z. Wu, Z. Liu, A. Pang, Y.-L. Tu, Z.-C. Feng, Thin Solid Films 519, 31 (2010)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat X.P. Peng, Z.G. Wang, Y. Song, T. Ji, H. Zang, Y.H. Yang, Y.F. Jin, Sci. China Phys. Mech. Astron. 50, 281 (2007)CrossRef X.P. Peng, Z.G. Wang, Y. Song, T. Ji, H. Zang, Y.H. Yang, Y.F. Jin, Sci. China Phys. Mech. Astron. 50, 281 (2007)CrossRef
33.
Zurück zum Zitat G.A. Kumar, M.V.R. Reddy, K.N. Reddy, Res. J. Phys. Sci. 1, 17 (2013) G.A. Kumar, M.V.R. Reddy, K.N. Reddy, Res. J. Phys. Sci. 1, 17 (2013)
34.
Zurück zum Zitat D. Nečas, P. Klapetek, Cent. Eur. J. Phys. 10, 181 (2012) D. Nečas, P. Klapetek, Cent. Eur. J. Phys. 10, 181 (2012)
35.
Zurück zum Zitat X.P. Peng, Z.G. Wang, Y. Song, T. Ji, H. Zang, Y.H. Yang, Y.F. Jin, Sci. China Phys. Mech. Astron. 50, 281 (2007)CrossRef X.P. Peng, Z.G. Wang, Y. Song, T. Ji, H. Zang, Y.H. Yang, Y.F. Jin, Sci. China Phys. Mech. Astron. 50, 281 (2007)CrossRef
36.
Zurück zum Zitat M.K. Puchert, P.Y. Timbrell, R.N. Lamb, J. Vac. Sci. Technol. 14, 2220 (1996)CrossRef M.K. Puchert, P.Y. Timbrell, R.N. Lamb, J. Vac. Sci. Technol. 14, 2220 (1996)CrossRef
37.
Zurück zum Zitat M. Chen, Z.L. Pei, C. Sun, L.S. Wen, X. Wang, J. Cryst. Growth 220, 254 (2000)CrossRef M. Chen, Z.L. Pei, C. Sun, L.S. Wen, X. Wang, J. Cryst. Growth 220, 254 (2000)CrossRef
38.
39.
Zurück zum Zitat A. Chelouche, T. Touam, M. Tazerout, F. Boudjouan, D. Djouadi, A. Doghmane, J. Lumin. 181, 448 (2017)CrossRef A. Chelouche, T. Touam, M. Tazerout, F. Boudjouan, D. Djouadi, A. Doghmane, J. Lumin. 181, 448 (2017)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat Z.B. Fang, Z.J. Yan, Y.S. Tan, X.Q. Liu, Y.Y. Wang, Appl. Surf. Sci. 241, 303 (2005)CrossRef Z.B. Fang, Z.J. Yan, Y.S. Tan, X.Q. Liu, Y.Y. Wang, Appl. Surf. Sci. 241, 303 (2005)CrossRef
41.
43.
Zurück zum Zitat M.G. Faraj, K. Ibrahim, Int. J. Polym. Sci. 2011, 302843 (2009) M.G. Faraj, K. Ibrahim, Int. J. Polym. Sci. 2011, 302843 (2009)
44.
Zurück zum Zitat T. Touam, M. Atoui, I. Hadjoub, A. Chelouche, B. Boudine, A. Fischer, A. Boudrioua, A. Doghmane, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 67, 30302 (2014)CrossRef T. Touam, M. Atoui, I. Hadjoub, A. Chelouche, B. Boudine, A. Fischer, A. Boudrioua, A. Doghmane, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 67, 30302 (2014)CrossRef
47.
Zurück zum Zitat M.F. Malek, M.H. Mamata, Z. Khusaimi, M.Z. Sahdan, M.Z. Musa, A.R. Zainun, A.B. Surianie, N.D.M. Sin, S.B. Abd Hamid, M. Rusop, J. Alloys Compd. 582, 12 (2014)CrossRef M.F. Malek, M.H. Mamata, Z. Khusaimi, M.Z. Sahdan, M.Z. Musa, A.R. Zainun, A.B. Surianie, N.D.M. Sin, S.B. Abd Hamid, M. Rusop, J. Alloys Compd. 582, 12 (2014)CrossRef
48.
Zurück zum Zitat B.D. Ngom, T. Mpahane, E. Manikandan, M. Maaza, J. Alloys Compd. 656, 758 (2016)CrossRef B.D. Ngom, T. Mpahane, E. Manikandan, M. Maaza, J. Alloys Compd. 656, 758 (2016)CrossRef
52.
53.
Zurück zum Zitat S. Khodja, T. Touam, A. Chelouche, F. Boudjouan, D. Djouadi, Z. Hadjoub, A. Fischer, A. Boudrioua, Superlattices Microstruct. 75, 485 (2014)CrossRef S. Khodja, T. Touam, A. Chelouche, F. Boudjouan, D. Djouadi, Z. Hadjoub, A. Fischer, A. Boudrioua, Superlattices Microstruct. 75, 485 (2014)CrossRef
54.
Zurück zum Zitat T. Touam, L. Znaidi, D. Vrel, I. Hadjoub, I.N. Kuznetsova, O. Brinza, A. Fischer, A. Boudrioua, Opt. Quant. Electron. 46, 23 (2014)CrossRef T. Touam, L. Znaidi, D. Vrel, I. Hadjoub, I.N. Kuznetsova, O. Brinza, A. Fischer, A. Boudrioua, Opt. Quant. Electron. 46, 23 (2014)CrossRef
55.
Zurück zum Zitat C. Duverger, S. Turrell, M. Bouazaoui, F. Tonelli, M. Montagna, M. Ferrari, Philos. Mag. B 77, 363 (1998)CrossRef C. Duverger, S. Turrell, M. Bouazaoui, F. Tonelli, M. Montagna, M. Ferrari, Philos. Mag. B 77, 363 (1998)CrossRef
Metadaten
Titel
Thickness, annealing and substrate effects on structural, morphological, optical and waveguiding properties of RF sputtered ZnO thin films
verfasst von
A. Namoune
T. Touam
A. Chelouche
Publikationsdatum
29.04.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 16/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-017-7036-x

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