Published February 24, 2023 | Version v1
Publication Open

Resistive switching behavior in ZnO:Ca thin films deposited by a pulsed laser deposition technique

Creators

  • 1. University of Gabès
  • 2. Imam Mohammad ibn Saud Islamic University
  • 3. University of Minho

Description

Abstract Calcium-doped ZnO (CZO) nanopowders were synthesized using the sol–gel method. The structural characteristics were investigated by X-ray diffraction (XRD) and the analysis reveals that our samples are crystalized in a wurtzite hexagonal structure. The morphological properties and the chemical composition of the nanoparticles were studied by transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The obtained powders are stoichiometric with crystallites in a nanometric scale aggregated in micrometric particles. Then, pulsed laser deposition (PLD) technique was used to grow Ca-doped ZnO thin films with different doping concentrations (1, 3, and 5%), on p-type Si substrates. The Ca doping effect on the electrical properties of the CZO films was investigated by current–voltage characteristics. A resistive switching (RS) effect was observed in the ITO/ZnO:Ca/Au structures. The RS behavior is dependent on the Ca doping concentration. The charge transport mechanisms of the devices were studied. In the positive bias voltage region, the transport is dominated by Ohmic and space-charge limited conduction mechanisms under low and high electric fields, respectively.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم تصنيع المساحيق النانوية المستخرجة من أكسيد الزنك المشبع بالكالسيوم (CZO) باستخدام طريقة سول جل. تم فحص الخصائص الهيكلية بواسطة حيود الأشعة السينية (XRD) ويكشف التحليل أن عيناتنا متبلورة في بنية سداسية وورتزيت. تمت دراسة الخصائص المورفولوجية والتركيب الكيميائي للجسيمات النانوية عن طريق المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM)، والمجهر الإلكتروني للمسح الضوئي (SEM)، ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX). تكون المساحيق التي تم الحصول عليها متكافئة مع البلورات في مقياس نانومتري مجمعة في جزيئات دقيقة. بعد ذلك، تم استخدام تقنية الترسيب بالليزر النبضي (PLD) لزراعة أغشية رقيقة من أكسيد الزنك المشبع بالكالسيوم بتركيزات منشطات مختلفة (1 و 3 و 5 ٪)، على ركائز سي من النوع بي. تم فحص تأثير منشطات الكالسيوم على الخواص الكهربائية لأفلام تشيكوسلوفاكيا من خلال خصائص الجهد الكهربائي الحالي. لوحظ تأثير تبديل مقاوم (RS) في هياكل ITO/ZNO:Ca/Au. يعتمد سلوك RS على تركيز منشطات الكالسيوم. تمت دراسة آليات نقل الشحن للأجهزة. في منطقة جهد التحيز الإيجابي، تهيمن على النقل آليات التوصيل المحدودة للأوميك والشحن الفضائي تحت المجالات الكهربائية المنخفضة والعالية، على التوالي.

Translated Description (French)

Résumé Les nanopoudres de ZnO dopées au calcium (CZO) ont été synthétisées en utilisant la méthode sol–gel. Les caractéristiques structurelles ont été étudiées par diffraction des rayons X (DRX) et l'analyse révèle que nos échantillons sont cristallisés dans une structure hexagonale wurtzite. Les propriétés morphologiques et la composition chimique des nanoparticules ont été étudiées par microscopie électronique à transmission (met), microscopie électronique à balayage (MEB) et spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX). Les poudres obtenues sont stoechiométriques avec des cristallites à une échelle nanométrique agrégées en particules micrométriques. Ensuite, la technique de dépôt laser pulsé (PLD) a été utilisée pour faire croître des films minces de ZnO dopés au Ca avec différentes concentrations de dopage (1, 3 et 5%), sur des substrats de Si de type p. L'effet du dopage au Ca sur les propriétés électriques des films CZO a été étudié par des caractéristiques courant-tension. Un effet de commutation résistive (RS) a été observé dans les structures ITO/ZnO :Ca/Au. Le comportement RS dépend de la concentration de dopage en Ca. Les mécanismes de transport de charge des dispositifs ont été étudiés. Dans la région de tension de polarisation positive, le transport est dominé par des mécanismes de conduction ohmiques et à charge d'espace limitée sous des champs électriques faibles et élevés, respectivement.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los nanopolvos de ZnO (CZO) dopados con calcio se sintetizaron utilizando el método sol–gel. Las características estructurales se investigaron mediante difracción de rayos X (XRD) y el análisis revela que nuestras muestras se cristalizan en una estructura hexagonal de wurtzita. Las propiedades morfológicas y la composición química de las nanopartículas se estudiaron mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (edX). Los polvos obtenidos son estequiométricos con cristalitos en escala nanométrica agregados en partículas micrométricas. Luego, se utilizó la técnica de deposición por láser pulsado (PLD) para hacer crecer películas delgadas de ZnO dopadas con Ca con diferentes concentraciones de dopaje (1, 3 y 5%), en sustratos de Si tipo p. El efecto de dopaje de Ca sobre las propiedades eléctricas de las películas de CZO se investigó mediante las características de corriente-voltaje. Se observó un efecto de cambio resistivo (RS) en las estructuras Ito/ZnO:Ca/Au. El comportamiento de RS depende de la concentración de dopaje de Ca. Se estudiaron los mecanismos de transporte de carga de los dispositivos. En la región de voltaje de polarización positiva, el transporte está dominado por mecanismos de conducción óhmica y de carga espacial limitada bajo campos eléctricos bajos y altos, respectivamente.

Files

s00339-023-06508-1.pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:67a5523d0f39bed509a4af2b2ac5ccbe
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سلوك التبديل المقاوم في أكسيد الزنك: ترسب أغشية رقيقة من الكالسيوم بواسطة تقنية الترسيب بالليزر النبضي
Translated title (French)
Comportement de commutation résistive dans les films minces de ZnO :Ca déposés par une technique de dépôt laser pulsé
Translated title (Spanish)
Comportamiento de conmutación resistiva en películas delgadas de ZnO:Ca depositadas mediante una técnica de deposición por láser pulsado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4321791215
DOI
10.1007/s00339-023-06508-1

Is supplement to
https://openalex.org/W3140321863 (Other)
https://openalex.org/W3139552065 (Other)
https://openalex.org/W3001313400 (Other)
https://openalex.org/W2789379454 (Other)
https://openalex.org/W2742691014 (Other)
https://openalex.org/W2617514895 (Other)
https://openalex.org/W2565730635 (Other)
https://openalex.org/W2306055044 (Other)
https://openalex.org/W2077973134 (Other)
https://openalex.org/W1981431347 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Tunisia

References

  • https://openalex.org/W1197349760
  • https://openalex.org/W1565682507
  • https://openalex.org/W1964647750
  • https://openalex.org/W1967652077
  • https://openalex.org/W1976863855
  • https://openalex.org/W1984328395
  • https://openalex.org/W1988349795
  • https://openalex.org/W1991821708
  • https://openalex.org/W1992105565
  • https://openalex.org/W2007911996
  • https://openalex.org/W2012161112
  • https://openalex.org/W2014348668
  • https://openalex.org/W2020861667
  • https://openalex.org/W2022250006
  • https://openalex.org/W2050390954
  • https://openalex.org/W2053506079
  • https://openalex.org/W2058643915
  • https://openalex.org/W2100907981
  • https://openalex.org/W2121761828
  • https://openalex.org/W2132853105
  • https://openalex.org/W2265522727
  • https://openalex.org/W2282993846
  • https://openalex.org/W2316220544
  • https://openalex.org/W2472755714
  • https://openalex.org/W2587378491
  • https://openalex.org/W2588068972
  • https://openalex.org/W2742636873
  • https://openalex.org/W2749935104
  • https://openalex.org/W2899700708
  • https://openalex.org/W2911497939
  • https://openalex.org/W2914114330
  • https://openalex.org/W2933179938
  • https://openalex.org/W2936341275
  • https://openalex.org/W2967449942
  • https://openalex.org/W2979128018
  • https://openalex.org/W2981281828
  • https://openalex.org/W3094004235
  • https://openalex.org/W4306177075