Fabrication, Characterization and Simulation of Sputtered Pt/In-Ga-Zn-O Schottky Diodes for Low-Frequency Half-Wave Rectifier Circuits

Amorphous In-Ga-Zn-O (IGZO) is a high-mobility semiconductor employed in modern thin-film transistors for displays and it is considered as a promising material for Schottky diode-based rectifiers. Properties of the electronic components based on IGZO strongly depend on the manufacturing parameters such as the oxygen partial pressure during IGZO sputtering and post-deposition thermal annealing. In this study, we investigate the combined effect of sputtering conditions of amorphous IGZO (In:Ga:Zn=1:1:1) and post-deposition thermal annealing on the properties of vertical thin-film Pt-IGZO-Cu Schottky diodes, and evaluated the applicability of the fabricated Schottky diodes for low-frequency half-wave rectifier circuits. The change of the oxygen content in the gas mixture from 1.64% to 6.25%, and post-deposition annealing is shown to increase the current rectification ratio from 10 5 to 10 7 at ±1 V, Schottky barrier height from 0.64 eV to 0.75 eV, and the ideality factor from 1.11 to 1.39. Half-wave rectifier circuits based on the fabricated Schottky diodes were simulated using parameters extracted from measured current-voltage and capacitance-voltage characteristics. The half-wave rectifier circuits were realized at 100 kHz and 300 kHz on as-fabricated Schottky diodes with active area of 200 μm × 200 μm, which is relevant for the near-field communication (125 kHz - 134 kHz), and provided the output voltage amplitude of 0.87 V for 2 V supply voltage. The simulation results matched with the measurement data, verifying the model accuracy for circuit level simulation

Особливості синтезу зародкового шару та морфометричні характеристики нанострижнів ZnO

The obtained new results of ZnO hexagonal nanorods synthesis by hydrothermal method on the lithium niobate substrate with synthesized seed-layer from sol-gel were presented. Optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffractometry were used to examine the morphometric and structural characteristics of the formed structures. The “oriented channels” for deposited by sol-gel method ZnO seed-layers was detected after annealing for the first time. It could be evidence of crystalline structure formation of the layer and wasn’t caused by the process on the interface between the layer and the substrate. It was established that the roughness of the ZnO seed-layer had significant influence on ZnO nanorods structure and caused its tilting. The diameter of single seeds had defined the diameter of nanorods obtained by hydrothermal method and was about 50 nm, the length of nanorods was about 0,5 µm. Average aspect ratio was equal to 9.3. The ZnO rod structures were regularly situated all over the substrate surface and had single-crystal structure. It is expected that vertically oriented ZnO structures can be obtained on smooth seed-layer, formed at adjusted process parameters such as sol-gel concentration and annealing temperature. The synthesized nanostructures could be applied as single functional material of nanoscale devices, such as sensing element of surface acoustic wave sensors and energy storage cells for energy harvesting due to having unique properties.Представлены оригинальные результаты синтеза наностержней ZnO с помощью низкотемпературных методов на подложках ниобата лития. Впервые продемонстрированы «ориентированные каналы», которые возникают после отжига зародышевого слоя при температуре 400°С и свидетельствуют о начале процесса кристаллизации. Проанализировано влияние свойств зародышевого слоя ZnO, сформированного золь-гель методом, на морфометрические характеристики синтезированных гидротермальным методом наностержней.Представлено оригінальні результати синтезу нанострижнів ZnO за допомогою низькотемпературних методів на підкладках ніобату літію. Вперше продемонстровано «орієнтовані канали», які виникають після відпалу зародкового шару при температурі 400°С і свідчать про початок процесу кристалізації. Проаналізовано вплив властивостей зародкового шару ZnO, сформованого золь-гель методом, на морфометричні характеристики синтезованих гідротермальним методом нанострижнів

Наноструктури ZnO як чутливий елемент сенсора на акустичних хвилях

In spite of the wide application of SAW devices the investigation of novel sensitive materials, their synthesis methods is continuously carried out. For further quality and accuracy enhancement, simplification of manufacturing and improvement of applying the simulation of novel acoustic wave sensors operation should be performed. In ZnO nanorods-based sensors propagating surface wave imparts following motion to the ends of hydrothermally grown between two interdigitated transducers rod nanostructures: vertical displacement, horizontal displacement and rotations in plane. Thus, response of nanostructured elements to that displacements and kinematic characteristics of Relay waves are evaluated. During the simulation the frequency equation from which we can determine the velocity of propagation of a surface wave for a given geometrical parameters of the rod nanostructures, the values of the density of their distribution on the surface of the half-space and added masses is obtained. This model simplifies the development and analysis of the results from ZnO nanorods-based SAW sensors for biological and chemical agents, including molecules, cells and tissues. Performed simulation extends the range of tools for further development of nanorods-based SAW sensors due to comprehensive math-based explanation of their operating principlesПоказана возможность создания сенсора на акустических волнах с использованием наностержней ZnO. Получено частотное уравнение, которое позволит определять скорость распространения поверхностной волны при заданных геометрических параметрах стержневых наноструктур, известной плотности их размещения на поверхности, а также управлять этой скоростью, изменяя указанные параметры. Построенная модель упрощает процесс разработки сенсоров и анализ полученных с помощью сенсоров на акустических волнах результатовПоказано можливість створення сенсора на акустичних хвилях із застосуванням нанострижнів ZnO. Отримано частотне рівняння, що дозволить визначати швидкість поширення поверхневої хвилі при заданих геометричних параметрах стрижневих наноструктур, відомій густині їх розміщення на поверхні, а також керувати цією швидкістю, змінюючи указані параметри. Побудована модель спрощує процес розробки сенсорів та аналіз отриманих за допомогою сенсорів на акустичних хвилях результаті

ОсобливостІ синтезУ зарОдкОвОгО шарУ тА морфометричнІ характерИстИкИ нанострижніВ ZnO

Представлено оригінальні результати синтезу нанострижнів ZnO за допомогою низькотемпературних методів на підкладках ніобату літію. Вперше продемонстровано «орієнтовані канали», які виникають після відпалу зародкового шару при температурі 400°С і свідчать про початок процесу кристалізації. Проаналізовано вплив властивостей зародкового шару ZnO, сформованого золь-гель методом, на морфометричні характеристики синтезованих гідротермальним методом нанострижнів

СУЧАСНИЙ КОМПЛЕКС БЕЗПЕКИ ТА МОНІТОРИНГУ ДЛЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ БУДИНКОМ

A flexible and cost-effective platform for implementing the security and monitoring complex was developed including a set of intelligent energy-efficient sensors and complex management software. Due to open source software, transparency and modular design, the complex can be adapted for a specific requirements of the automated building management system in a short terms.Розроблено гнучку та економічну платформу для реалізації комплексу безпеки та моніторингу, що включає набір інтелектуальних енергоефективних датчиків та програмне забезпечення для управління комплексом. Завдяки відкритості програмного забезпечення, прозорості структури і модульному дизайну, комплекс може бути в короткий інтервал часу налаштований під умови конкретної автоматизованої системи управління будинком

КОМБІНОВАНА СИСТЕМА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ НА ОСНОВІ НАНОСТРУКТУРОВАНИХ МАТЕРІАЛІВ

The combined system of solar radiation and mechanical vibrations energy conversion based on nanostructured zinc oxide was developed. Experimental results of mechanical vibrations energy conversion cell design and testing were performed. It was shown that the developed cell based on nanostructured zinc oxide can be successfully applied for energy conversion system development with a wide range of applications in the power systems and management. Ref. 8, Fig. 2.Розроблено конструкцію комбінованої системи перетворення енергії сонячного випромінювання та енергії механічних коливань на основі наноструктурованого оксиду цинку. Представлено експериментальні результати створення комірки перетворення енергії механічних коливань та тестування. Показано, що розроблена комірка на основі наноструктурованого оксиду цинку може бути успішно використана для створення системи перетворення енергії з широкими потенційними можливостями застосування у системах енергоживлення та управління. Бібл. 8, рис. 2

Fabrication, Characterization and Simulation of Sputtered Pt/In-Ga-Zn-O Schottky Diodes for Low-Frequency Half-Wave Rectifier Circuit

Amorphous In-Ga-Zn-O (IGZO) is a high-mobility semiconductor employed in modern thin-film transistors for displays and it is considered as a promising material for Schottky diode-based rectifiers. Properties of the electronic components based on IGZO strongly depend on the manufacturing parameters such as the oxygen partial pressure during IGZO sputtering and post-deposition thermal annealing. In this study, we investigate the combined effect of sputtering conditions of amorphous IGZO (In:Ga:Zn=1:1:1) and post-deposition thermal annealing on the properties of vertical thin-film Pt-IGZO-Cu Schottky diodes, and evaluated the applicability of the fabricated Schottky diodes for low-frequency half-wave rectifier circuits. The change of the oxygen content in the gas mixture from 1.64% to 6.25%, and post-deposition annealing is shown to increase the current rectification ratio from 10 5 to 10 7 at ±1 V, Schottky barrier height from 0.64 eV to 0.75 eV, and the ideality factor from 1.11 to 1.39. Half-wave rectifier circuits based on the fabricated Schottky diodes were simulated using parameters extracted from measured current-voltage and capacitance-voltage characteristics. The half-wave rectifier circuits were realized at 100 kHz and 300 kHz on as-fabricated Schottky diodes with active area of 200 μm × 200 μm, which is relevant for the near-field communication (125 kHz - 134 kHz), and provided the output voltage amplitude of 0.87 V for 2 V supply voltage. The simulation results matched with the measurement data, verifying the model accuracy for circuit level simulation

Active elements on a basis of ZnO nanorods for energy harvesting devices

Полный текст доступен на сайте издания по подписке: http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347016020023It is represented the research of piezoelectric properties of nanorods and their application in energy harvesting devices. According to the simulation results with method of finite elements the value of electromechanic coupling coefficient of monolayer from ZnO nanorods is greater than one in compare to uniform film application. The sample manufacturing method consists of application of traditional microelectronic technique for shaping of top and bottom electrodes and also application of two-steps low-temperature chemical synthesis for ZnO nanorods. To provide acoustic perturbation of the sample the piezoceramic element is used in multilayer structure fixed on the glassceramic substrate. The results are obtained for two measurement modes, providing oscillations perturbation by rectangular pulses source and by harmonic generator. Obtained results demonstrate high efficiency of piezoelectric transformation for monolayer, which consists of ZnO nanorods that is possible to be used in different self-powered devices.Представлено исследование пьезоэлектрических свойств наностержней ZnO и их применение в устройствах сбора энергии. Согласно результатам моделирования методом конечных элементов, значение коэффициента электромеханической связи монослоя, состоящего из наностержней ZnO, возрастает по сравнению с однородной пленкой. Изготовление образца предполагает применение традиционной микроэлектронной технологии для получения верхнего и нижнего электродов, а также двухстадийного низкотемпературного химического синтеза наностержней ZnO. Для возбуждения акустических колебаний в образце применена пьезокерамическая пластина в составе многослойной структуры, закрепленная на подложке ситалла. Результаты получены в двух режимах измерения, предполагающих возбуждение колебаний от источника прямоугольных импульсов и от генератора гармонических колебаний звуковой частоты. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность пьезоэлектрического преобразования для монослоя, состоящего из наностержней ZnO, что возможно использовать для создания различных устройств с автономным питанием