Distorsion de réseau, intervalle de bande et queue de bande dans des films minces d'In2O3:Sn et ZnO:Al fortement dopés recuits à différentes températures dans l'azote

Les films minces d'oxyde métallique fortement dopés alliant une haute transparence visible et une faible résistance électrique sont utilisés dans une multitude de dispositifs optoélectroniques, où leur performance dépend fortement des défauts structurels et de la densité des états électroniques associés au dopage. Cette étude explore les propriétés structurelles, optiques et électroniques des films minces d'oxyde d'indium dopés au Sn (In2O3:Sn) et d'oxyde de zinc dopés à l'Al (ZnO:Al), qui ont été préparés par pulvérisation sur des substrats en verre non chauffés puis recuits dans de l'N2 à différentes températures entre 250 °C et 450 °C. Ces échantillons atteignent des densités d'électrons libres supérieures à 10^20 cm−3 en raison de la présence de donneurs extrinsèques (principalement des défauts substitutionnels de SnIn et AlZn) ainsi que de donneurs intrinsèques (vacances d'oxygène), qui varient avec la température de recuit en raison de la désorption d'oxygène et/ou des processus de migration de cation. Le volume du réseau cristallin s'étend (jusqu'à un maximum de 1,1 %) et l'intervalle de bande s'élargit (jusqu'à un maximum de 17,9 %) par rapport au matériau non dopé, augmentant avec la densité électronique. Une absorption supplémentaire est due à la queue de bande, à une énergie ~10 % en dessous de l'intervalle de bande non dopé, qui varie légèrement avec la concentration de porteurs. Le même comportement général est observé pour les deux matériaux, avec des particularités en termes de réseau cristallin et d'états électroniques, pouvant être ajustées par la température de chauffage.