Modifications in electrical properties of ZnO:In/PS/Si (100) heterojunction by ZnO intermediate layer
Résumé
Nous utilisons une méthode sol-gel pour synthétiser des nano-poudres d’aérogel d’oxyde de zinc dopées à l’indium (IZO). Les produits obtenus sont utilisés dans la cible comme source pour le dépôt par pulvérisation rf cathodique de minces films de IZO sur des substrats de silicium poreux (PS) de type p. Nous déposons deux hétéro-structures avec, et sans couche intermédiaire ZnO, (IZO/ZnO/PS/Si) et (IZO)/PS/Si), de façon à étudier son rôle sur les propriétés électriques. Les films minces de IZO, d’épaisseur d’environ 400 nm et concentration d’indium de 4 %, sont poly-cristallins avec une structure wurtzite hexagonale et une orientation préférentielle dans la direction cristalline (002). Nous analysons systématiquement l’effet de la couche intermédiaire ZnO sur les propriétés des deux hétérojonctions, n-IZO/PS/p-Si et n-IZO/ZnO/PS/p-Si, en étudiant les caractéristiques courant–voltage (I–V), capacitance–voltage (C–V) et capacitance–fréquence (C–F). Nos mesures montrent que les propriétés de la jonction dépendent fortement de la température et que la couche intermédiaire ZnO a un impact significatif sur les propriétés de transport de l’hétéro-structure n-IZO/ZnO/PS/p-Si. La jonction fabriquée sans ZnO possède des propriétés rectificatrices idéales (IF/IR = 32 à 300 K et 6 × 103 à 80 K pour ±3 V). Par contre les propriétés rectificatrices se dégradent pour n-IZO/ZnO/PS/p-Si (IF/IR ∼ 8 à 300 K et 7 à 80 K pour ±3 V). Le comportement ambigu de IF/IR aux basses températures (80–140 K) pour n-IZO/ZnO/PS/p-Si s’explique par l’existence de trajectoires tunnels actives dans ce domaine de température. Les propriétés de transport des deux diodes s’expliquent à l’aide du modèle d’Anderson et du modèle de courant limité par charges d’espace. Les mesures C–V montrent un comportement électrique complexe des jonctions IZO/ZnO/PS/Si, attribué à la diffusion d’indium dans la couche intermédiaire de ZnO non dopée pendant le processus de croissance. [Traduit par la Rédaction]