phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2310-7251-2022-3-58-73phmath-120Research ArticleФИЗИКАPHYSICSСинтез многослойных структур на основе оксида цинка с периодической пространственной локализацией донорной примесиSynthesis of ZnO-based multylayer structures with periodic spatial localization of a donor impurityhttps://orcid.org/0000-0002-3948-1206АбдуевА. Х.AbduevA. Kh.

 Абдуев Аслан Хаджимуратович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники Инженерной академии; старший научный сотрудник учебно-научной лаборатории теоретической и прикладной нанотехнологии 117198, г. Москва, улица Миклухо-Маклая, д. 6 141014, Московская обл., г. Мытищи, ул. Веры Волошиной, д. 24 

Spin-код 3515-1520

   Aslan Kh. Abduev – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Assoc. Prof., Department of Nanotechnologies and Microsystem Technology, Engineering Academy; Senior Researcher, Educational and Scientific Laboratory of Theoretical and Applied Nanotechnology 

ul. Miklukho-Maklaya 6, Moscow 117198 ul. Very Voloshinoi 24, Mytishchi 141014, Moscow Region 

a_abduev@mail.ruАхмедовА. К.AkhmedovA. K.

 Ахмедов Ахмед Кадиевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник 

367015, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, д. 94 

 Akhmed K. Akhmedov – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Leading Researcher 

ul. M. Yaragskogo 94, Makhachkala 367015 

a-akhmed@mail.ruМурлиевЭ. К.MurlievE. K.

  Мурлиев Эльдар Камильевич – младший научный сотрудник 

367015, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, д. 94 

  Eldar K. Murliev – Research Assistant 

ul. M. Yaragskogo 94, Makhachkala 367015 

cht-if-ran@mail.ruБеляевВ. В.BelyevV. V.

 Беляев Виктор Васильевич – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры фундаментальной физики и нанотехнологии; профессор кафедры нанотехнологий и микросистемной техники Инженерной академии

117198, г. Москва, улица Миклухо-Маклая, д. 6 141014, Московская обл., г. Мытищи, ул. Веры Волошиной, д. 24 

  Victor V. Belyaev – Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Department of Fundamental Physics and Nanotechnology,  Prof., Department of Nanotechnologies and Microsystem Technology, Engineering Academy 

ul. Miklukho-Maklaya 6, Moscow 117198 ul. Very Voloshinoi 24, Mytishchi 141014, Moscow Region 

vv.belyaev@mgou.ruАсваровА. Ш.AsvarovA. Sh.

  Асваров Абил Шамсудинович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник 

367015, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, д. 94 

  Abil Sh. Asvarov – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Leading Researcher 

ul. M. Yaragskogo 94, Makhachkala 367015 

abil-as@list.ruФрахМ. А. А.FrahM. A. A.

  Фрах Махасин Али Абделрахман – аспирант кафедры нанотехнологий и микросистемной техники 

117198, г. Москва, улица Миклухо-Маклая, д. 6 

 Mahasin Ali Abdelrahman Frah – Postgraduate Student, Department of Nanotechnologies and Microsystem Technology 

ul. Miklukho-Maklaya 6, Moscow 117198 

sounak_ali@yahoo.comМосковский государственный областной университет; Российский университет дружбы народовРоссияMoscow Region State University; RUDN University (Peoples' Friendship University of Russia)Russian FederationИнститут физики им. Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра Российской академии наукRussian FederationInstitute of Physics of the Daghestan Federal Scientific Center of the Russian Academy of ScienceRussian FederationМосковский государственный областной университет; Российский университет дружбы народовRussian FederationMoscow Region State University; RUDN University (Peoples' Friendship University of Russia)Russian FederationРоссийский университет дружбы народовRussian FederationRUDN University (Peoples' Friendship University of Russia)Russian Federation202204102022035873Copyright © Абдуев А.Х., Ахмедов А.К., Мурлиев Э.К., Беляев В.В., Асваров А.Ш., Фрах М.А., 20222022Абдуев А.Х., Ахмедов А.К., Мурлиев Э.К., Беляев В.В., Асваров А.Ш., Фрах М.А.Abduev A.K., Akhmedov A.K., Murliev E.K., Belyev V.V., Asvarov A.S., Frah M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/120Цель

Цель. Изучение процессов формирования, электрических и оптических свойств многослойных тонкопленочных периодических структур на основе чередующихся слоев нелегированного и легированного алюминием оксида цинка в зависимости от толщины единичных слоев и температуры синтеза.

Процедура и методы

Процедура и методы. Синтез периодических структур выполнен в едином вакуумном цикле путем последовательного осаждения слоев из двух магнетронных источников. Проведено сравнительное исследование структуры и функциональных свойств одиночных слоев нелегированного и легированного алюминием оксида цинка, а также многослойных структур на их основе с использованием методов рентгеновской дифракции, растровой электронной микроскопии, оптической спектроскопии.

Результаты

Результаты. Установлены механизмы трансформации многослойных тонкопленочных структур n×(AZO/ZnO) с изменением толщины элементарных слоев и температур синтеза.

Aim

Aim. We study the growth processes and electrical and optical properties of periodic multilayer structures based on alternating layers of undoped and Al-doped zinc oxide as functions of the thickness of single layers and synthesis temperature.

Methodology

Methodology. Periodic multilayer structures are deposited in a single vacuum cycle by sequential deposition of undoped and Al-doped ZnO layers from two magnetron sources. A comparative study of the structure and functional properties of single layers of undoped and Al-doped ZnO, as well as multilayer structures based on them, is performed using XRD, SEM, and optical spectroscopy.

Results

Results. The structural transformation in n×(AZO/ZnO) multilayers are studied depending on the thickness and number of elementary layers, as well as on the synthesis temperature.

Research implications

Research implications. The obtained results show ways to produce alternative transparent electrodes based on n×(AZO/ZnO) multilayer structures for new generation transparent electronic devices.

магнетронное распылениемногослойная периодическая структураоптическое пропусканиеэлектрическая проводимостьоксид цинкалегированиеmagnetron sputteringperiodic multilayerstransmittanceconductivityZnOdopingРоссийский научный фонд (грант № 22-19-00157)ReferencesPark J., Heo S., Park K., Song M.H., Kim J.-Y., Kyung G., Ruoff R.S., Park J.-U., Bien F. Research on flexible display at Ulsan National Institute of Science and Technology // npj Flex. Electron. 2017. Vol. 1. P. 9. https://doi.org/10.1038/s41528-017-0006-9Park J., Heo S., Park K., Song M.H., Kim J.-Y., Kyung G., Ruoff R.S., Park J.-U., Bien F. Research on flexible display at Ulsan National Institute of Science and Technology // npj Flex. Electron. 2017. Vol. 1. P. 9. https://doi.org/10.1038/s41528-017-0006-9Afre R.A., Sharma N., Sharon M., Sharon M. Transparent conducting oxide films for various applications: a review // Rev. Adv. Mater. Sci. 2018. Vol. 53. P. 79-89.Afre R.A., Sharma N., Sharon M., Sharon M. Transparent conducting oxide films for various applications: a review // Rev. Adv. Mater. Sci. 2018. Vol. 53. P. 79-89.Ginley D.S., Hosono H., Paine D.C. Handbook of Transparent Conductors. Springer Science & Business Media, 2010. 534 p.Ginley D.S., Hosono H., Paine D.C. Handbook of Transparent Conductors. Springer Science & Business Media, 2010. 534 p.Eluyemi M.S., Eleruja M.A., Adedeji A.V., Olofinjana B., Fasakin O., Akinwunmi O.O., Ilori O.O., Famojuro A.T., Ayinde S.A., Ajayi E.O.B. Synthesis and Characterization of Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide Thin Films Deposited by Spray Pyrolysis Method // Graphene 2016. Vol. 5. P. 143-154. http://dx.doi.org/10.4236/graphene.2016.53012Eluyemi M.S., Eleruja M.A., Adedeji A.V., Olofinjana B., Fasakin O., Akinwunmi O.O., Ilori O.O., Famojuro A.T., Ayinde S.A., Ajayi E.O.B. Synthesis and Characterization of Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide Thin Films Deposited by Spray Pyrolysis Method // Graphene 2016. Vol. 5. P. 143-154. http://dx.doi.org/10.4236/graphene.2016.53012Zhou Y., Azumi R. Carbon nanotube based transparent conductive films: progress, challenges, and perspectives // Science and Technology of Advanced Materials 2016. Vol. 17. № 1. P. 493–516. http://dx.doi.org/10.1080/14686996.2016.1214526Zhou Y., Azumi R. Carbon nanotube based transparent conductive films: progress, challenges, and perspectives // Science and Technology of Advanced Materials 2016. Vol. 17. № 1. P. 493–516. http://dx.doi.org/10.1080/14686996.2016.1214526Ma Q., Wang H.-H., Zhou L., Fan J., Liao C., Guo X., Zhang S. Robust Gate Driver on Array Based on Amorphous IGZO Thin-Film Transistor for Large Size High-Resolution Liquid Crystal Displays // IEEE Journal of the Electron Devices Society 2019. Vol. 7. P. 717-721.Ma Q., Wang H.-H., Zhou L., Fan J., Liao C., Guo X., Zhang S. Robust Gate Driver on Array Based on Amorphous IGZO Thin-Film Transistor for Large Size High-Resolution Liquid Crystal Displays // IEEE Journal of the Electron Devices Society 2019. Vol. 7. P. 717-721.Yang T.-T., Kuo D.-H., Tang K.-P. n-type Sn substitution in amorphous IGZO film by sol-gel method: A promoter of hall mobility up to 65 cm2/V·s // Journal of Non-Crystalline Solids 2021. Vol. 553. P. 120503.Yang T.-T., Kuo D.-H., Tang K.-P. n-type Sn substitution in amorphous IGZO film by sol-gel method: A promoter of hall mobility up to 65 cm2/V·s // Journal of Non-Crystalline Solids 2021. Vol. 553. P. 120503.Jiang H.X., Lin J.Y. Semiconductor superlattices with periodic disorder // Journal of Applied Physics 1984. Vol. 63. P. 1988. P. 1984-1989. doi: 10.1063/1.341098Jiang H.X., Lin J.Y. Semiconductor superlattices with periodic disorder // Journal of Applied Physics 1984. Vol. 63. P. 1988. P. 1984-1989. doi: 10.1063/1.341098Lee H.B., Jin W.Y., Ovhal M.M., Kumar N., Kang J.W. Flexible transparent conducting electrodes based on metal meshes for organic optoelectronic device applications: a review // J. Mater. Chem. С. 2019. Vol. 7. № 5. P. 1087-1110. DOI: 10.1039/c8tc04423fLee H.B., Jin W.Y., Ovhal M.M., Kumar N., Kang J.W. Flexible transparent conducting electrodes based on metal meshes for organic optoelectronic device applications: a review // J. Mater. Chem. С. 2019. Vol. 7. № 5. P. 1087-1110. DOI: 10.1039/c8tc04423fLee J.H., Woo K.Y., Kim K.H., Kim H.-D., Kim Т.G. ITO/Ag/ITO multilayer-based transparent conductive // Optics Letters 2013. Vol. 23. № 1. P. 5055-5058. DOI: 10.1364/OL.38.005055Lee J.H., Woo K.Y., Kim K.H., Kim H.-D., Kim Т.G. ITO/Ag/ITO multilayer-based transparent conductive // Optics Letters 2013. Vol. 23. № 1. P. 5055-5058. DOI: 10.1364/OL.38.005055Asvarov A.Sh., Muslimov A.E., Akhmedov A.K., Abduev A.Kh., Kanevsky V.M. A Laboratory Apparatus for Spark Plasma Sintering of Ceramic and Composite Materials // Instruments and Experimental Techniques 2019. Vol. 62. P.726–730.Asvarov A.Sh., Muslimov A.E., Akhmedov A.K., Abduev A.Kh., Kanevsky V.M. A Laboratory Apparatus for Spark Plasma Sintering of Ceramic and Composite Materials // Instruments and Experimental Techniques 2019. Vol. 62. P.726–730.Akhmedov A.K., Asvarov A.S., Muslimov A.E., Kanevsky V.M. A Multi-Position Drum-Type Assembly for Simultaneous Film Deposition at Different Temperatures in a Single Sputter Cycle–Application to ITO Thin Films // Coatings 2020. Vol. 10. № 11. P. 1076. https://doi.org/10.3390/coatings10111076Akhmedov A.K., Asvarov A.S., Muslimov A.E., Kanevsky V.M. A Multi-Position Drum-Type Assembly for Simultaneous Film Deposition at Different Temperatures in a Single Sputter Cycle–Application to ITO Thin Films // Coatings 2020. Vol. 10. № 11. P. 1076. https://doi.org/10.3390/coatings10111076Maldonado F., Stashans A. Al-doped ZnO: Electronic, electrical and structural properties // Journal of Physics and Chemistry of Solids 2010. Vol. 71. № 5. P. 784-787. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2010.02.001Maldonado F., Stashans A. Al-doped ZnO: Electronic, electrical and structural properties // Journal of Physics and Chemistry of Solids 2010. Vol. 71. № 5. P. 784-787. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2010.02.001Abduev A., Akmedov A., Asvarov A., Chiolerio A. A Revised Growth Model for Transparent Conducting Ga Doped ZnO Films: Improving Crystallinity by Means of Buffer Layers // Plasma Process. Polym. 2015. Vol. 12. P. 725-733. https://doi.org/10.1002/ppap.201400230Abduev A., Akmedov A., Asvarov A., Chiolerio A. A Revised Growth Model for Transparent Conducting Ga Doped ZnO Films: Improving Crystallinity by Means of Buffer Layers // Plasma Process. Polym. 2015. Vol. 12. P. 725-733. https://doi.org/10.1002/ppap.201400230Gultepe O., Atay F. The effect of Al element on structural, optical, electrical, surface and photocatalytic properties of Sol-gel derived ZnO films // Appl. Phys. A 2022. V. 128. P. 25. https://doi.org/10.1007/s00339-021-05173-6Gultepe O., Atay F. The effect of Al element on structural, optical, electrical, surface and photocatalytic properties of Sol-gel derived ZnO films // Appl. Phys. A 2022. V. 128. P. 25. https://doi.org/10.1007/s00339-021-05173-6Aydemir S., Karakaya S. The effect of Al on structure, morphology and optical properties of network texture ZnO thin films synthesized using the sol–gel method //Optik 2015. Vol. 126. № 18. P. 1735-1739. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.04.055Aydemir S., Karakaya S. The effect of Al on structure, morphology and optical properties of network texture ZnO thin films synthesized using the sol–gel method //Optik 2015. Vol. 126. № 18. P. 1735-1739. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.04.055

The authors declare that there are no conflicts of interest present.