Effect of Annealing Temperature on Structural, Optical and Electrical Properties of ZnO Thin Films Prepared by Sol-Gel Method

A transparent semiconductor ZnO thin film was prepared on glass substrates using spin coating sol-gel method. The coated ZnO films were annealed in air for 2 hours at different temperatures of 0, 450, 500, 550 and 600 °C. The films were obtained at a concentration of sol-gel solution is 0.5 M. In present paper, the structural, optical and electrical properties of the ZnO thin films were studied as a function of the annealing temperature. The DRX analyses indicated that the coated ZnO films exhibit an hexagonal structure wurtzite and (002) oriented with the maximum value of crystallite size G = 69.32 nm is measured of ZnO film annealed at 600 °C. The crystallinity of the thin films improved at high annealing temperature which was depends too few defects. Spectrophotometer (UV-vis) of a ZnO films deposited at different annealing temperatures shows an average transmittance of about 88 %. The band gap energy decreased after annealing temperature from Eg = 3.359 to 3.117 eV for without annealing and annealed films at 450 °C, respectively, than increased at 600 °C to reaching the maximum value 3.251 eV. The minimum value of the sheet resistance Rsh of the films is 107635 Ω was obtained for ZnO thin film annealed at 600 °C. The best estimated structure, optical and electrical results are achieved in annealed ZnO film at 600 °C

Influence of Urbach Energy with Solution Molarity on the Electrical Conductivity in Undoped ZnO Thin Films

This paper presents the results concerning the new correlation between electrical conductivity and Urbach energy was investigated as a function of solution molaritie in ZnO thin films. The model proposals were based on experimental data as discussed in our published paper. ZnO thin films were prepared into the ultrasonic spray method with different solution molarities on glass substrate at 350 °C. The measurement data's showing that the electrical conductivity of undoped ZnO thin films can be estimated by varying the Urbach energy and the concentration of ZnO solution, which were found that the correlate values of electrical conductivities are in qualitative agreements with experimental data's. Because, it was in high correlation coefficient can be varied in the range between 0.97-0.99 %. The high agreement was found in the calculation and achieved in Eq. (4) with maximum relative errors values were limited to zero %, due to the sign plus was found between parameters correlates

Кристалічна структура, оптичні та провідні властивості наночастинок ZnO, легованих фтором

У роботі вивчений вплив легування фтором на властивості тонких плівок ZnO. Нелеговані і леговані плівки осаджували методом спрей-піролізу на нагріті скляні підкладки при 380 °С з різними концентраціями фтору (0-15 ат. %). Рентгенівські дифрактограми показують полікристалічну природу плівок з переважною орієнтацією вздовж осі с. Ніякі інші кластери та домішкові фази не спостерігалися при легуванні фтором. Розмір кристалітів осаджених тонких плівок розраховувався за допомогою формули Дебая-Шеррера і знаходився в діапазоні від 13,7 до 37,3 нм. Оптичне пропускання тонких плівок ZnO, легованих фтором, зменшується до 79 % порівняно з нелегованою тонкою плівкою ZnO у видимій області. Встановлено, що ширина забороненої зони зменшується в діапазоні 3,38- 3,26 еВ при легуванні фтором і збільшується для більш високої концентрації фтору з 7-15 ат. %. Енергія Урбаха (розупорядкування) зменшується із 120 до 90 меВ, що дозволяє реалізувати кращу організацію плівки ZnO, тобто шари стають однорідними і добре кристалізуються. Чотириточкові методи вимірювання електропровідності показують, що усі зразки мають n-тип, а найкраще значення електропровідності 9,24·10 – 5 (Ω·см) – 1 отримано за концентрації фтору 5 ат. %. Збільшення електропровідності можна пояснити збільшенням концентрації носіїв у плівках. FZO може бути застосований в різних електронних і оптоелектронних додатках завдяки великій забороненій зоні, високій прозорості і гарній електропровідності.This paper reports the effect of fluorine doping on ZnO thin films. Undoped and doped films were deposited by spray pyrolysis method on heated glass substrates at 380 °C with different concentrations of fluorine (0-15 at. %). X-ray diffraction patterns show the polycrystalline nature of the films with the preferred orientation along the c-axis. No other fluorine metal cluster and impurity phases have been observed with F doping. The crystalline size of the deposited thin films was calculated using Debye- Scherrer formula and found in the range between 13.7 and 37.3 nm. The optical transmittance of F doped ZnO thin films reduces up to 79 % as compared to undoped ZnO thin film in the visible region. The band gap was found to be decreasing in the range of 3.38-3.26 eV with F doping whereas it increases for higher doping of F concentration from 7-15 at. %. The Urbach energy (disorder) decreases from 120 to 90 meV that allows the atoms find a good site that is to say a better organization of the ZnO film, i.e. layers become homogeneous and well crystallized. The four-point techniques for measuring electrical conductivity show that all samples are n-type, and the best value of the electrical conductivity 9.24 10 – 5 (Ω·cm) – 1 was obtained for 5 at. % F. The increase of the electrical conductivity can be explained by the increase in carrier concentration of the films. FZO can be applied in different electronic and optoelectronic applications due to its high band gap, high transparency and good electrical conductivity

Синтез тонких плівок SnO2 для вимірювання газу органічними сонячними елементами

У роботі тонкі плівки SnO2 були синтезовані на скляній підкладці пневматичним методом розпилення з 0,1 М з використанням дегідрату хлориду олова при 450 °C органічними сонячними елементами. Досліджено вплив швидкості осадження (5, 10 і 15 мл) на структурні, оптичні та електричні властивості SnO2. Було виявлено, що розроблені тонкі плівки SnO2 мають полікристалічну структуру з максимальним розміром кристалітів 35,3 нм на 10 мл. Коефіцієнт пропускання тонких плівок SnO2 зменшувався і збільшувався зі збільшенням швидкості SnO2 у видимій області і становив близько 60%, оптична енергія забороненої зони збільшувалася зі збільшенням швидкості SnO2 від 3,2 еВ для 5 мл до 3,6 еВ для 15 мл. Електропровідність була збільшена з 0,01 (Ω∙см) – 1 для 05 мл SnO2 до 0,06 (Ω∙см) для 15 мл SnO2. Підготовлена тонка плівка SnO2 може бути використана для датчиків газу.In the present work, SnO2 thin films were successfully elaborated on a glass substrate by spray pneumatic method with 0.1 M using tin chloride dehydrate at 450 °C by organic solar cells. The effect of deposition rate (5, 10 and 15 ml) on structural, optical and electrical characterizations of SnO2 was investigated. After characterized, we have observed that the elaborated SnO2 thin films have a polycrystalline structure with maximum crystallite size is 35.3 nm for 10 ml. The transmittance of SnO2 thin films were decreased and increased with increasing SnO2 rate in the visible region, it about 60 %, the optical bandgap energy increased with increasing of SnO2 rate from 3.2 eV for 5 ml to 3.6 eV for 15 ml. The electrical conductivity was increased from 0.01 (Ω∙cm) –1 for 05 ml of SnO2 to 0.06 (Ω∙cm) for 15 ml of SnO2. The prepared SnO2 thin film was suitable for gas sensing applications due to the existing phase and higher electrical conductivity

Elaboration and characterisation of ZnO thin films

Highly transparent ZnO thin films have been prepared on microscope glass substrate using dip-coating technique. The films were obtained at a concentration of sol-gel solution is 0.5 M. The structural and optical properties of the ZnO thin films were studied as a function of the annealing temperature varying between 450 to 600 °C. From the XRD analysis, the whole obtained films have a hexagonal wurtzite structure with a strong (002) preferred c-axis orientation. The grain size increased with annealing temperature indicating an improvement in the crystallinity of the films. The average transmittance of all the films is about 70–80% as measured by UV-vis analyzer. The band gap increased with the increase of temperature from 3.25 to 3.42 eV. The decrease of the strain of ZnO films is probably due to an improvement of the crystallinity of the films. The best result is achieved at 600 °C