Влияние кислорода и температуры подложки на электрические свойства тонких пленок ZnO, полученных ионно-лучевым напылением
Российский научный фонд, №24-29-20099
Макагонов В.А.
1, Габриельс К.С.
1, Калинин Ю.Е.
1, Лопатин А.Ю.
1, Окорочков В.А.
11Воронежский государственный технический университет, Воронеж, Россия

Email: vlad_makagonov@mail.ru, gabriels_k@mail.ru, kalinin48@mail.ru, lopatin-ayu@mail.ru, yamborghine@gmail.com
Поступила в редакцию: 29 октября 2025 г.
В окончательной редакции: 7 декабря 2025 г.
Принята к печати: 10 декабря 2025 г.
Выставление онлайн: 30 января 2026 г.
Исследовано влияние парциального давления реактивного газа (кислорода) в камере напыления и температуры подложки на электропроводность, подвижность носителей заряда и термоэдс тонких пленок оксида цинка (ZnO), полученных методом ионно-лучевого распыления. Синтезированные пленки являются нанокристаллическими и характеризуются гексагональной кристаллической решеткой вюрцита и текстурой с преобладающей осью <0001>, перпендикулярной плоскости пленки. Электронно-микроскопический анализ подтвердил формирование нанокристаллической структуры с характерной текстурой роста. Установлено, что в исследованных образцах доминирующим механизмом переноса заряда является прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка по локализованным состояниям вблизи уровня Ферми, что подтверждается: линейностью зависимостей ln(rho/rhoo)(T-1/4) и S(T1/2), а также низкими значениями плотности локализованных состояний на уровне Ферми g(EF)~1017 eV-1·cm-3. Проведены оценки основных модельных параметров исследованных пленок: характерной температуры B, плотности состояний на уровне Ферми g(EF), длины прыжка и радиуса локализации. Установлено, что увеличение парциального давления кислорода в газовой смеси приводит к уменьшению g(EF), а повышение температуры подложки способствует росту плотности электронных состояний. Ключевые слова: оксид цинка, электрические свойства, термоэдс, плотность электронных состояний.
- R. Ismail, M.T. Ahmadi, S. Anwar. Advanced Nanoelectronics. CRC Press, Boca Raton, FL (2013). 456 с
- Q. Zhang, F. Li, X. Chang, D. He. Mater. Manuf. Process. 29, 789 (2014)
- Л.В. Григорьев, А.А. Семенов, А.В. Михайлов. ФТП 55, 12, 1180 (2021)
- D. Tainoff, B. Masenelli, O. Boisron, G. Guiraud, P. Melinon. J. Phys. Chem. C 112, 33, 12623 (2008)
- K. Ellmer. Transparent Conductive Zinc Oxide and Its Derivatives. Springer, N.-Y. (2010). P. 193
- Н.В. Лянгузов. Синтез наноструктур на основе оксида цинка и их физические свойства: автореф. канд. дисс. (Ростов н/Д, 2014)
- О.А. Новодворский, Л.С. Горбатенко, В.Я. Панченко, О.Д. Храмова, Е.А. Черебыло, К. Венцель, Й.В. Барта, В.Т. Бублик, К.Д. Щербачев. ФТП 43, 4, 439 (2009)
- Н.А. Лашкова, А.И. Максимов, А.А. Рябко, А.А. Бобков, В.А. Мошников, Е.И. Теруков. ФТП 50, 9, 1276 (2016)
- S.I. Rembeza, N.N. Kosheleva, E.S. Rembeza, T.V. Svistova, A.A. Vinokurov. Lett. Mater. 10, 4, 469 (2020)
- С.И. Рембеза, Е.С. Рембеза, Т.В. Свистова, Н.Н. Кошелева. Синтез и свойства металлооксидных пленок: монография. ВГТУ, Воронеж, (2017)
- Y. W.Heo, D.P. Norton, S.J. Pearton. J. Appl. Phys. 98, 073502 (2005)
- S. Besleaga, G.E. Stan, A.C. Galka, L. Ion, S. Antohe. Appl. Surf. Sci. 258, 22, 8819 (2012)
- В.С. Бураков, Н.В. Тарасенко, Е.А. Невар, М.И. Неделько. ЖТФ 81, 2, 89 (2011)
- J.L. Zhao, X.M. Li, J.M. Bian. J. Cryst. Growth 276, 507 (2005)
- D. Fang, K. Lin, T. Xue, C. Cui. J. Alloys Compd. 589, 346 (2014)
- D. Kim, H. Kim, I. Yun. Curr. Appl. Phys. 10, 3, 459 (2010)
- А.Э. Муслимов, М.Х. Рабаданов, А.М. Исмаилов. Прикл. физ. 3, 72 (2017)
- А.Р. Юсупов, А.Н. Лачинов, Л.Р. Калимуллина, Р.М. Гадиев, Д.В. Никитина. ФТТ 61, 3, 585 (2019)
- В.А. Нурмухамедов, И.А. Чернышов. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук 10-1, 125 (2015)
- С.А. Гриднев, Ю.Е. Калинин, А.В. Ситников, О.В. Стогней. Нелинейные явления в нано- и микро-гетерогенных системах. Бином. Лаборатория знаний, М. (2012). 352 с
- V.V. Rylkov, S.N. Nikolaev, K.Yu. Chernoglazov, V.A. Demin, M.Yu. Presnyakov. Phys. Rev. B 95, 144202 (2017)
- Ю.Е. Калинин, А.В. Ситников, В.А. Макагонов, В.А. Фошин, М.Н. Волочаев. ФТТ 66, 11, 1941 (2024)
- В.А. Юрьев, А.Г. Чуйко, Ю.Е. Калинин, А.А. Гребенников, М.А. Каширин. Неорг. Материалы 60, 8, 909 (2024)
- L.J. Van der Pauw. Phil. Res. Rep. 13, 1, 1 (1958)
- А.В. Пашкевич, А.К. Федотов, Ю.В. Касюк, Л.А. Близнюк, Ю.А. Федотова, Н.А. Басов, А.С. Федотов, И.А. Свито, Е.Н. Подденежный. Изв. выс. уч. зав. Мат. эл. техн. 21, 3, 133 (2018).
- Y. Guo, X.W. Yu, Y.X. Li. J. Appl. Phys. 98, 053902 (2005)
- В.В. Каминский, Л.Н. Васильев, М.В. Романова, С.М. Соловьев. ФТТ 43, 6, 997 (2001)
- S.V. Vegesna, V.J. Bhat, D. Burger, J. Dellith, I. Skorupa, O.G. Schmidt, H. Schmidt. Sci. Rep. 10, 6698 (2020)
- W.S. Baer. Phys. Rev. 154, 785 (1967)
- Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристаллических веществах. Мир, М. (1982). Т. 1. 473 с.