Sol-Gel Fabricated CuO Thin Film: Characterization for Device Application

Abstract

Широкозонний напівпровідник CuO є перспективним матеріалом, придатним для високотемпературних, високочастотних та високопотужних застосувань в електроніці і оптоелектронних пристроях через свої виняткові характеристики. Зокрема, на основі плівки CuO реалізуються короткохвильові світловипромінювальні пристрої завдяки великій ширині забороненої зони. Плівки CuO широко використовуються для оптоелектронних застосувань у короткохвильовій частині видимого світла, особливо для лазерних діодів та світлодіодів. У роботі ми повідомляємо про властивості тонкої плівки з оксиду міді CuO, виготовленої дуже економічною технікою золь-гелю. Підготовлена плівка характеризується рентгенівською дифракцією (XRD) для структурного аналізу. Скануючий електронний мікроскоп визначає пористу морфологію, а елементний склад CuO підтверджується EDS. Спостерігається поява сильних і слабких раманівських піків у діапазоні 300-350 см – 1. Оптичне дослідження проводиться за допомогою поглинання в УФ та видимій областях з прямої забороненої зони, розрахованої для підготовленої плівки, яка становить 2,43 еВ. Вимірювання характеристик I-V виконуються за двозондовою технікою, а плівка CuO демонструє напівпровідникову поведінку з енергією активації 0,21 еВ. Таким чином, отримані результати вказують на можливість використання CuO в електронних пристроях та різних інших оптичних застосуваннях.

In this paper, a wide band gap semiconductor CuO has appeared as a promising material suitable for high-temperature, high-frequency, and high-power operations in electronics as well as optoelectronic devices because of its exceptional characteristics. In particular, CuO films have an outstanding ability to materialize short-wavelength light-emitting devices due to the large band gap energy. CuO films are widely used for optoelectronic applications in the short wavelength visible light region especially for laser diodes (LDs) and light-emitting diodes (LEDs). Here, we report the properties of a copper oxide thin film prepared by the sol-gel technique, which is very economical and involves a sophisticated method. The prepared film is characterized by X-ray diffraction (XRD) for structural analysis. The scanning electron microscope identifies porous morphology, and the elemental composition of CuO is confirmed by EDS. The appearance of strong and weak Raman peaks at 300-350 cm – 1 is observed. The optical study is carried out by UV-visible absorbance from the direct band gap calculated for the prepared film, that is 2.43 eV. The I-V measurements are performed using a two-probe technique, and the CuO film shows semiconductor behavior with an activation energy of 0.21 eV. Thus, the obtained results indicate the prepared sample for electronic devices and various other optical applications.