Electron Spin Resonance of Lattice Defects in Zinc Oxide

Abstract

ZnO powder samples sized from 500 to 3 μm are annealed in reducing and oxidizing atmosphere, thus creating geometrical lattice defects which in the paramagnetic case can be detected with ESR. Predominantly oxygen vacancies, oxygen at interstitial sites, and the coupling of these two kinds of defects correlated to the observed ESR-lines at g1 = 1.955, g2 = 1.958, and g3 = 1.987 are discussed. The variation of the grain sizes allows to distinguish between the centres in the layer near the surface and the bulk centres; this is also possible by means of the photosensitivity of the ESR-singnals. The paramagnetic centres of the surface layer can be excluded, as their lines are broadened by the paramagnetic oxygen in the air, if the pressure is greater than 1330 Pa (10 Torr), and therefore not detectable by ESR. Durch reduzierendes und oxydierendes Glühen von ZnO-Pulvern der Korngrößen 500 bis 3 μm werden Eigenstörstellen erzeugt, die sich mit Hilfe der ESR nachweisen lassen, sofern sie paramagnetisch sind. Insbesondere Sauerstofflücken und Sauerstoff im Zwischengitter sowie Kopplungen dieser Störstellen werden als Ursache der gefundenen ESR-Signale bei g1 = 1,955, g2 = 1,958 und g3 = 1,987 diskutiert. Die Variation der Korngröße gestattet es, zwischen oberflächennahen Randschichtzentren und Volumenzentren zu unterscheiden; dies wird auch durch die Photoempfindlichkeit der ESR-Signale ermöglicht, da ihre Linien durch den paramagnetischen Sauerstoff der Luft oberhalb von 1330 Pa(10 Torr) Stoßverbreiterung erfahren und sich somit dem Nachweis durch die ESR entziehen.