بررسي تاثير كاشت يون نيتروژن بر خواص لايه نازك اكسيد روي (ZnO)

Effect of Nitrogen’s ion Implantation on Properties of ZnO Thin Films

در اين پژوهش، اثر كاشت يون +N در نيم‌رساناي ZnO (اكسيد روي) جهت بررسي تغييرات خواص لايۀ نازك ZnO بررسي شده است. بدين منظور لايۀ نازكي از ZnO به ضخامت nm 120 با استفاده از روش كندوپاش تهيه شد و سپس به وسيلۀ يون­هاي N+ با انرژي keV 50 و شار 1014 (/cm2يون) به مدت زمان 3 ثانيه بمباران شد. تأثير كاشت يون+N در خواص بلوري ZnO توسط آناليزXRD (پراش پرتو X) و تغييرات ريخت­شناسي سطح به وسيلۀ آناليزهاي AFM و SEM بررسي شد. در ادامه، رسانندگي الكتريكي و مقاومت الكتريكي نيز توسط دستگاه كاوندۀ نقطه ­اي بررسي شد. از مقايسۀ الگوي پراش XRD از نمونه، قبل و بعد از كاشت يون، دريافتيم كه خواص بلوري دستخوش تغييرات خاصي نشده است و تنها انتقال بسيار كوچكي به سمت زاوياي كوچك‌تر وجود دارد. در تحليل نتايج به‌دست‌آمده از AFM قبل و بعد از كاشت يون كاهش دوبرابري در مقدار ناهمواري‌هاي سطح اكسيد روي به چشم مي‌خورد كه اثر مثبت كاشت يون نيتروژن را در اين لايه­ ها نشان مي­ دهد. همچنين در بررسي تصاوير SEM مشاهده شد كه پس از كاشت يونِ نيتروژن، يكنواختي ذرات بيشتر شده است. مقايسۀ داده ­هاي حاصل از رسانندگي هم نشان داد كه كاشت يون نيتروژن سبب افزايش مقاومت در ساختار اكسيد روي جهت استفاده در عايق­ سازي نواحي مشخص مي­ شود.

The effect of nitrogen ion implantation on the zinc oxide semiconductor have been investigated. To this end, a thin layer of ZnO with thickness of 120 nm was bombarded with N⁺ ion with energy of 50 keV at a dose rate of 10¹⁴ (ion/cm²) with duration of 3 seconds. The effect of the N⁺ implantation on the crystalline structure was investigated by XRD and the surface morphology was investigated by the AFM and SEM. Also, the electrical conductivity and electrical resistance were measured by the point probe devices. Comparison of XRD diffraction patterns before and after ion implantation reveals that the crystalline structures show no specific changes, but only a very small shift to smaller angles. By comparison of AFM results before and after ion implantation, it is shown that the decrease in the roughness parameters doubled, which confirms the effectiveness of nitrogen ion implantation. The SEM images show that the uniformity of distribution of the particle sizes increases in nano scale after nitrogen implantation. In addition, it was found that the hardness of the zinc oxide structure was increased and the conductivity was decreased after nitrogen implanting