Filme sol-gel nanostructurate multifunctionale pe baza de ZnO NEW UNVERSITY of LISBON CENIMAT Filme sol-gel nanostructurate multifunctionale pe baza de ZnO V. Muşat1, B. Teixeira2 E. Fortunato2 si R. C. C. Monteiro2, 1 Universitatea "Dunărea de Jos" Galati, 2 New University of Lisbon Bucuresti, 2 Martie 2006

Filme Functionale si Inteligente Filme de Protectie Mecanica, Chimica, Termica MATERIALE STRUCTURALE PROPRIETATI MATERIALE MultiFUNCTIONALE FUNCTII SIMULTANE MATERIALE FUNCTIONALE FUNCTII T I M P MATERIALE INTELIGENTE FUNCTII INFORMATIE Evolutia materialelor avansate Functie Aplicatie 1. Conversie opto-electrica Fotorezistente, fotodiode, fototranzistoare, fototiristoare 2. Conversie electro-optica Laseri, diode electroluminiscente 3. Conversie termo-electica 4. Conversie magneto-electica 5.Biocompatibilitate Elemente de incalzire transparente Dispozitive de afisaj Implanturi si proteze. 6.. Conversie mecano-optica Dispozitive micro-electro-mecanice (MEMS) , piezoelectrice (SAW, BAW) 7. Transparenta optica in VIZ si conductibilitate electrica Electrozi transparenti (TCO) in dispozitive de afisare cu cristale lichide (LCD), dispozitive lectro-cromice (ECD), celule solare etc 8. Rezistor cu rezistenta variabila Senzori electrici de gaze, umiditate 9. Modificarea absorbantei optice Senzori optici de gaze si umiditate

Aplicatii actuale si potentiale ale filmelor functionale si inteligente pe baza de ZnO I.a. Filme ZnO materiale piezoelectrice I.b.Filme ZnO rezistor cu rezistenta variabila Senzori de gaze BAW SAW II. Filme ZnO:Li, Mg dielectrice, feroelectrice LED-uri LED Modulatoare dielectrice Amplificatoare dielectrice etc

III. Filme ZnO:Al, ZnO:Ga, ZnO:In (TCO) Proprietati Conductibilitate electrica Transparenta optica in ...VIZ-NIR Reflectarea radiatiei IR Rugozitate foarte redusa VIZ-NIR IR Electrozi Transparenti (pe substrat de sticla) A p l i c a t i i (inlocuitor de ITO) Panouri solare Display technology Ecrane plate Celula solara ROL Afisaj nocturn

transparent bleu Dispozitive electrocromice ET EL CE ET WO3 Principiul de functionare : baterii transparente Stare initiala ET: electrod transparent (TCO) WO3: material electrocromic EL : Electrolit (solvent + sare) CE : contra-electrod (-) WO3 (+) ET EL CE ET Li+ Stare finala (-) (+) ET WO3 EL CE ET Reactia electrochimica WVIO3 + x Li+ + x e- ↔ LixWVxWVIO3 transparent bleu Revenira la starea initiala Casti: viziere electrocromice Constructii: ferestre electrocromice Automobile : Automobile : oglinzi retrovizoare Aplicatii

Treatament Thermic 500 - 600oC Zn(CH3COO)2.2H2O AlCl3.6H2O/ InCl3 2-Metoxyethanol Agitare SOL Depunere Film “Dip-coating” Incalzire air, 300ºC FILM STABILIZAT N ori Treatament Thermic 500 - 600oC FILM GEL Corning Glass 7137 (SUBSTRAT) FILM CRISTALIN Etapele prepararii filmelor sol-gel Sol Film Stabilizat Film Cristalizat

Filme ln:ZnO ρ = 3,8 10-3 Ωcm N=8,44x1019cm-1 µH= 32 cm/Vs (002) T=80% ρ = 3,8 10-3 Ωcm N=8,44x1019cm-1 µH= 32 cm/Vs (100) (101) 600 nm 10µm (002) ρ = 7,3 10-3 Ωcm N=8,4x1018cm-1 µH= 21 cm/Vs (100) (101) 600 nm 600 nm

Filme Al:ZnO ρ = 2.9x 10-3 Ωcm N=4.67x 1019 µH= 35.1 ρ = 8.9x 10-3 Ωcm 270nm 600 nm (002) ρ = 2.9x 10-3 Ωcm N=4.67x 1019 µH= 35.1 180 nm 600 nm (002) ρ = 8.9x 10-3 Ωcm N=5.17x 1019 µH= 18.1

Filme Al:ZnO 600nm ρ = 3,9 10-2 Ωcm N=9,44x1018cm-1 µH= 18,5 cm/Vs

Filme Al:ZnO T2 T4 T1 T3 Proba Proba T(ºC) Aer Aer Aer N2 Aer H2 +N2 Time (h) T2 T(ºC) Aer 100 200 300 400 500 600 700 Time (h) T4 Aer 100 200 300 400 500 600 700 Time (h) T1 Aer N2 100 200 300 400 500 600 700 T Aer H2 +N2 100 200 300 400 500 600 700 Time (h) T3 Proba Electrical properties ρ (Ω·cm) N (cm-3) μH (cm2/Vs) D 2.4x103 2.87x 1014 9.03 E 6.2x102 5.84x 1014 17.4 F 7.8x102 1.76x 1014 4.53 Proba Electrical properties ρ (Ω·cm) N (cm-3) μH (cm2/Vs) D 3.2x 10-3 2.76x 1019 27.0 E 3.9x 10-3 4.67x 1019 34.1 F 2.9x 10-3 3.80x 1019 29.3

Filme Al:ZnO ρ = 3,3 10-1 Ωcm N=8,44x1017cm-1 µH= 19 cm/Vs 2 µm 20 µm T=80% 500 1000 nm

Concluzii Prin metoda sol-gel s-au obtinut filme Al:ZnO si In:ZnO (1-2%) transparente si cu proprietati electrice care variaza de la rezistiv la conductor, functie de porozitate si de tratamentul termic de stabilizare si cristalizare a filmelor. S-a urmarit obtinerea unor filme transparente si conductoare performante pentru a fi folosite ca electrozi transparenti. Cele mai bune filme Al:ZnO si ln:ZnO au prezentat o rezistivitate de 2.9x 10-3 si respectiv 3,8 10-3 Ωcm, si o foarte buna tranparenta (80-95%) in domeniul VIZ-NIR; sunt filme cu grosime ~ 250 nm, dense, uniforme, cu dimensiune medie a grauntilor de ~60 nm si cu o puternica orientare preferentiala a planelor cristalografice perpendicular pe suprafata substratului. Diferentele dintre proprietatile filmelor Al:ZnO si ln:ZnO nu au fost semnificative.

Calduroase salutari din orasul de la Dunare!

Filme ln:ZnO/Corning galss Filme Al:ZnO/Si Spin coating Dip coating