Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Mar 2023)
Comparative study of Al-doped ZnO films deposited by sol–gel and by sputtering using a sintered target from ZnO nanoparticles synthesized by sol–gel
Abstract
Al-doped zinc oxide (ZnO) films were deposited on glass substrates by radio frequency magnetron sputtering using a sintered target of nanoparticles synthesized by sol–gel. The films were characterized using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, the four-point probe method for resistivity, energy dispersive X-ray spectroscopy and photoluminescence. The X-ray diffraction patterns showed a hexagonal structure corresponding to the wurtzite phase for all the films, nanoparticles, and sintered targets. The films deposited by sputtering showed a highly preferred orientation to the (002) plane. These films were compared structurally and electrically to those deposited by the sol–gel method. Photoluminescence spectra show a decrease in intensity due to the reduction of defects by the incorporation of Al as dopant in the ZnO films deposited by the both methods (sol–gel and sputtering). The Al-doped ZnO films deposited by sputtering reached resistivity of 0.1 Ω cm and those deposited by sol–gel reached a resistivity of 1.24 Ω cm. The physical properties of these films show potential for application in devices like sensors and biosensors. Resumen: Se depositaron películas de óxido de zinc (ZnO) dopadas con aluminio (Al) sobre sustratos de vidrio mediante erosión catódica de radiofrecuencia usando un blanco sinterizado de nanopartículas sintetizadas por sol-gel. Las películas fueron caracterizadas usando difracción de rayos-X, microscopía electrónica de barrido, método de cuatro puntas para la resistividad, espectroscopía de energía dispersiva de rayos-X y fotoluminiscencia. Los patrones de difracción de rayos-X mostraron una estructura hexagonal correspondiente a la fase wurtzita para todas las películas, nanopartículas y blancos sinterizados. Las películas depositadas por erosión catódica mostraron una alta orientación preferencial al plano (002). Estas películas fueron comparadas con las depositadas por el método sol-gel, estructural y eléctricamente. Los espectros de fotoluminiscencia muestran una reducción en intensidad debido a la reducción de defectos por la incorporación de Al como dopante en las películas depositadas por ambos métodos (sol-gel y sputtering). Las películas de ZnO dopadas con Al depositadas por erosión catódica alcanzaron resistividades de 0,1 Ω cm y 1,24 Ω cm para las películas de ZnO dopadas con Al depositadas por sol-gel. Las propiedades físicas de estas películas muestran potencial para la aplicación en dispositivos como sensores o biosensores.
