Syntese og karakterisering av p-type transparente ledende oksider

Abstract

Mangel på gode transparente p-ledende oksider hindrer realisering av transparent elektronikk. Dette regnes derfor som et viktig forskningsmål internasjonalt. Hovedfokuset i denne oppgaven har vært å syntetisere og karakterisere transparente p-ledende oksidmaterialer ved hjelp av våtkjemiske lavtemperatursynteser. I oppgaven p-ledningsevnen i ZnCo2O4 og CuYO2 studert. Det er tidligere er vist sammenheng mellom inversjonsgrad og p-type ledningsevne i ZnCo2O4 -spinellstrukturen. I denne oppgaven er nanopartikler av ZnCo2O4 syntetisert gjennom utfelling av Zn-Co-oksalater med påfølgende kalsinering. Ved hjelp av nøytrondiffraksjon og in situ synkrotrondiffraksjon er det blitt påvist en korrelasjon mellom kalsineringstemperatur og inversjonsgrad, og mellom partikkelstørrelse og inversjonsgrad.

Nanopartikler av den ikke-støkiometriske forbindelsen Zn1,15Co1,85O4-δ er preparert med samme metode og er ved nøytrondiffraksjon og synkrotrondiffraksjon påvist å være faseren opp til 400 °C. Dette resulterte i en økt andel Zn2+ på oktaederplass i spinellstrukturen. ZnCo2O4 er ikke stabil ved høyere temperaturer og dekomponerer til to faser bestående av ZnO og koboltrik spinell. Den termiske stabiliteten til ZnCo2O4 er studert med termogravimetriske analyser og ex situ pulverrøntgendiffraksjon for å finne akselengder og partikkelvekst som funksjon av varmebehandlingstemperatur og -tid. Årsaken til at ZnCo2O4 dekomponerer til et tofaseprodukt, er kobolt sin evne til å stabiliseres som treverdig ved høye temperaturer under fravær av sterkt basiske kationer.

En ny fase av ZnCo-LDH ble fremstilt ved samfelling av kationer i basisk miljø. Fasen er bare stabil i vann, noe som kan forklare at den tidligere ikke er rapportert. Under in situ SXRD ble dekomponeringsforløpet av ZnCo-LDH studert. ZnCo-LDH dekomponerer til en ZnO-fase og en spinellfase rundt 180 °C. Ved 300 °C dekomponerer prøven til nesten faseren spinell.

Det har vist seg vanskelig å fremstille faserene prøver av CuYO2 fra yttriumoksid og kobberoksid. I denne oppgaven er det vist at yttrium og kobberoksid vil forekomme i sluttproduktet dersom disse ikke blir løst fullstendig før kompleksbinding med sitronsyre i syntesen.