On the optoelectronic properties of sputtered aluminium doped zinc oxide: a critical assessment

Abstract

En este trabajo, películas delgadas de óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) con diferentes concentraciones de aluminio (Al) fueron crecidas por pulverización catódica de radiofrecuencia y luego fueron calentadas a 400°C en una atmósfera de Argón. El espectro de absorción del óxido de zinc (ZnO) exhibe una contribución de la absorción excitónica a la absorción fundamental que típicamente no es considerada en ZnO dopado con Al. No obstante, se muestra que la banda de excitones libres es aún visible en AZO con bajas concentraciones de Al. Adicionalmente, los estados de defectos, inducidos por el dopaje, incrementan el tamaño de los estados de cola. Estos dos factores, estados de cola y bandas de excitones libres, tienen un efecto substancial en los valores del ancho de banda óptico determinado a partir de la absorción fundamental y deben ser tomados en cuenta con modelos adecuados. En este trabajo, usamos un modelo recientemente desarrollado basado en el modelo de dispersión óptico de Elliot para determinar con precisión el ancho de banda óptico, la energía de ligadura de los excitones y la energía de Urbach de películas delgadas de AZO. Por otro lado, analizamos la absorción de portadores de carga libres, la cual es típicamente modelada por el modelo de dispersión de Drude. Sin embargo, este último no toma en cuenta el hecho de que los centros de dispersión también interactúan con el campo eléctrico externo. Para considerar este efecto, varios modelos han sido propuestos para analizar la resistividad dinámica del material. Típicamente, la resistividad dinámica tiene una dependencia exponencial y un valor de -1.5 es asumido para semiconductores altamente dopados. En este trabajo, dejamos este parámetro libre obteniendo una mejor descripción de los portadores de carga libres y su variación con el dopaje de aluminio.