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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6518(2023) 이 기사 인용

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투명 전도성 산화물(TCO)의 산업적 적용 사례가 많기 때문에 본 연구에서는 가장 중요한 금속 산화물 중 하나에 중점을 둡니다. RF-마그네트론 스퍼터링 방법은 아르곤과 산소의 흐름 하에서 실온에서 석영과 실리콘 기판 모두에 NiO 박막을 제조하는 데 사용되었습니다. 스퍼터링된 샘플은 N2 분위기에서 400, 500 및 600°C에서 2시간 동안 어닐링되었습니다. AFM 현미경 사진과 WSXM 4.0 소프트웨어를 사용하여 제곱 평균 제곱근 거칠기, 평균 거칠기, 첨도, 왜도 등을 포함한 기본 표면 매개변수를 계산했습니다. 개발된 알고리즘을 통해 Shannon 엔트로피에 의해 고급 표면 매개변수를 얻었으며, 관련 방법을 통해 전력 스펙트럼 밀도와 프랙탈 당도를 추출했습니다. 광학 밴드갭, 흡수 계수, Urbach 에너지 및 기타 광학 매개변수를 얻기 위해 투과 스펙트럼을 사용하여 광학 특성을 연구했습니다. 광발광 특성 역시 광학 특성에 따라 흥미로운 결과를 보여주었다. 마지막으로, NiO/Si 이종접합 장치의 전기적 특성화 및 I-V 측정을 통해 이것이 우수한 다이오드 장치로 사용될 수 있음이 입증되었습니다.

높은 자유 캐리어 밀도, 우수한 전기 전도도 및 UV-VIS-NIR 스펙트럼에서 높은 광 투과율을 갖는 금속 산화물인 투명 전도성 산화물(TCO)이 소개됩니다1. 전기 전도도 값에 따라 다양한 용도로 사용됩니다. 현재 가장 널리 연구되고 상업적으로 널리 사용되는 TCO는 ITO(Sn:In2O3), FTO(F:SnO2), ZnO 기반 물질2이며 모두 n형 전도성을 갖습니다. 투명한 pn 접합 제조와 유기 태양전지에서 TCO가 널리 사용되기 때문에 TCO의 p형을 연구하는 것이 매우 중요합니다3.

3.6~4eV 범위의 특수 밴드 갭 에너지를 갖는 기술적으로 중요한 p형 반도체 재료 중에서 산화니켈(NiO)을 특히 고려해야 합니다4,5,6 p형 TCO는 매우 중요하고 NiO가 얇습니다. 우수한 안정성과 같은 특정 기능으로 인해 필름이 최근 많은 주목을 받고 있습니다. 이들은 반강자성 재료7, 전기 변색 디스플레이 장치용 재료8, 광전지 장치, 전기화학적 슈퍼커패시터, 열 반사판, 광전기화학 전지, 태양 전지 및 많은 광전자 장치9 및 화학 센서용 기능성 층 재료10로 사용되었습니다.

나노입자와 박막의 특성은 벌크 재료 특성11에 비해 매우 흥미로운 특징을 나타냅니다. 따라서 분무 열분해12, 플라즈마 강화 화학 기상 증착13 및 반응성 스퍼터링10과 같은 NiO의 박막 및 나노구조 합성을 위해 여러 가지 기술이 특별히 사용되었습니다. 그 중 반응성 스퍼터링(Reactive Sputtering)이 가장 많이 사용되어 왔다. 다양한 방법 중에서 RF 반응성 마그네트론 스퍼터링은 간단한 공정이지만 전력 산소 분압 및 기판 온도와 같은 다양한 매개변수를 더 쉽게 제어할 수 있기 때문에 NiO 박막을 준비하는 데 매우 효과적인 방법입니다. NiO 박막은 나노와이어 및 나노섬유18, 나노튜브19, 속이 빈 반구20, 나노꽃21, 선인장 유사 구조22 및 나노시트23 등 다양한 형태로 제조될 수 있습니다.

일반적으로 표면의 형태와 관련된 연구에서는 기술 응용을 위해 표면의 물리적 특성을 높은 정밀도로 평가할 수 있는 원자력 현미경(AFM)이 사용됩니다. 따라서 감도와 정밀도로 인해 AFM 기술은 스캔이 생성하는 지형도를 통해 형태학적 연구를 제공하고 여러 형태학적 매개변수24,25,26 및 전력 스펙트럼 밀도(PSD)26를 제공하여 마이크로 또는 나노규모 표면의 특성화를 용이하게 합니다. 기술적으로 관심 있는 표면의 지형적 높이 분포와 공간적 복잡성에 대한 연구는 마찰, 접착, 습윤성, 표면 다공성 등과 같은 향상된 물리적 특성을 갖춘 표면의 최적화 및 제작에 큰 지원을 제공했습니다. 박막 제조 공정의 최적화 및 기술적으로 관심 있는 박막 표면 연구에 널리 사용되었습니다. 우리 원고에서는 결정 크기가 감소하면 표면이 더 거칠어지고 공간 패턴이 더 균질해 장거리 상관 관계가 있음이 관찰되었습니다. 이 사실은 다른 연구에서 보다 균질한 분포를 갖는 공간 패턴을 가진 표면이 마모 및 균열과 같은 파손 가능성이 적다는 것을 보여주었기 때문에 중요합니다. 또한, 고급 프랙탈 및 프랙탈 매개변수를 통해 가장 거친 표면이 보다 균일한 공간 패턴과 대략 이상적인 표면 삼투를 가짐을 확인하여 어닐링 온도 증가에 따른 지형 균질성이 증가함을 확인했습니다.

0)40. Despite this, both distributions exhibit a value of Ssk ~ 0 revealing that the distributions are almost symmetric (Table 3). Additionally, the #2 as prepared thin film exposes a height distribution with quasi platykurtic behavior (kurtosis (Sku) ~ 3)31,41, which is well supported by the height distribution displayed in the inset of the Fig. 3b. Furthermore, the Abbott-Firestone curves (AFC's) displayed in Fig. 4 show that the AFC of #1 quickly approaches its maximum, while for #2 the increase is slower, confirming that the height distribution of the film deposited on quartz substrate is more centralized42./p> 3) of #3 and #5 may be associated with a strongly anisotropic behavior linked to the organization of NiO grains along the film./p> 5, indicating that their height distributions are homogeneous and with probability > 50% of repetition of the height values43. As can also be seen, the value of HC increases from 0.511 to 0.728, showing that the annealing temperature plays a critical role on the formation of topographic height distributions more homogeneous. Therefore, the decrease in crystallite size promoted by the increase in annealing temperature dictated the thinning of the grains to generate rougher surfaces with more homogeneous 3D spatial patterns./p>