Структурне та спектроскопічне дослідження нелегованих і легованих сріблом полікристалів Sb2S3

Автор(и)

  • Y.M. Azhniuk Institute of Electron Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • A.I. Pogodin Uzhhorod National University
  • M.J. Filep Institute of Electron Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine, Ferenc R´ak´oczi II Transcarpathian Hungarian Institute
  • V.V. Lopushansky Institute of Electron Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • V.M. Kryshenik Institute of Electron Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • V.Y. Izai Centre for Nanotechnology and Advanced Materials, Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University Bratislava
  • L. Satrapinskyy Centre for Nanotechnology and Advanced Materials, Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University Bratislava
  • I.M. Voynarovych Institute of Electron Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • A.V. Gomonnai Institute of Electron Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe71.3.243

Ключові слова:

фазозмiннi матерiали, дифракцiя рентгенiвських променiв, енергодисперсiйна рентгенофлуоресцентна спектроскопiя, раманiвська спектроскопiя, окиснення

Анотація

Легованi срiблом полiкристали Sb2S3 зi вмiстом срiбла до 10% отримано шляхом високотемпературного синтезу. Хiмiчний склад зразкiв, визначений за даними EDX-спектроскопiї, вiдповiдає вмiсту елементiв у вихiднiй сумiшi при досить рiвномiрному розподiлi елементiв по поверхнi зразка з незначними вiдхиленнями в розподiлi Ag. Данi рентгенiвської дифрактометрiї пiдтвердили орторомбiчну (стибнiт) структуру синтезованих полiкристалiчних зразкiв Sb2S3 : Ag; для срiбловмiсних зразкiв також проявляється кристалiчна фаза AgSbS2 (β-мiаргiрит). Про ймовiрну присутнiсть фази AgSbS2 також можуть свiдчити раманiвськi спектри, вимiрянi при низькiй поверхневiй густинi потужностi лазерного опромiнення Pexc = 4 кВт/см2). Раманiвськi спектри при пiдвищенiй поверхневiй густинi потужностi опромiнення (Pexc = 40 кВт/см2) свiдчать про фотоструктурнi та фотохiмiчнi перетворення, зокрема про утворення фаз Sb2O3 та елементного Sb внаслiдок нагрiвання поверхнi зразка сильно сфокусованим лазерним променем.

Посилання

1. W. Dong, H. Liu, J.K. Behera, L. Lu, R.J.H. Ng, K.V. Sreekanth, X. Zhou, J.K.W. Yang, R.E. Simpson. Wide bandgap phase change material tuned visible photonics. Adv. Funct. Mater. 29, 1806181 (2018).

https://doi.org/10.1002/adfm.201806181

2. M. Xu, R. Gu, C. Qiao, H. Tong, X. Cheng, C.-Z. Wang, K.-M. Ho, S. Wang, X. Miao, M. Xu. Unraveling the structural and bonding nature of antimony sesquichalcogenide glass for electronic and photonic applications. J. Mater. Chem. C 9, 8057 (2021).

https://doi.org/10.1039/D1TC01433A

3. Y. Guti'errez, A.P. Ovvyan, G. Santos, D. Juan, S.A. Rosales, J. Junquera, P. Garc'ıa-Fern'andez, S. Dicorato, M.M. Giangregorio, E. Dilonardo, F. Palumbo, M. Modreanu, J. Resl, O. Ishchenko, G. Garry, T. Jonuzi, M. Georghe, C. Cobianu, K. Hingerl, C. Cobet, F. Moreno, W.H.P. Pernice, M. Losurdo. Interlaboratory study on Sb2S3 interplay between structure, dielectric function, and amorphous-to-crystalline phase change for photonics. iScience 25, 104377 (2022).

https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104377

4. S. Barthwal, S. Singh, A.K. Chauhan, N.S. Prabhu, A.G. Prabhudessai, K. Ramesh. A comprehensive insight into deep-level defect engineering in antimony chalcogenide solar cells. Mater. Adv. 4, 5998 (2023).

https://doi.org/10.1039/D3MA00479A

5. M.A. Farhana, A. Manjceevan, J. Bandara. Recent advances and new research trends in Sb2S3 thin film based solar cells. J. Sci.: Adv. Mater. Devices 8, 141 (2023).

https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2023.100533

6. C. Laprais, C. Zrounba, J. Bouvier, N. Blanchard, M. Bugnet, A. Gassenq, Y. Guti'errez, S. Vazquez-Miranda, S. Espinoza, P. Thiesen, R. Bourrellier, A. Benamrouche, N. Baboux, G. Saint-Girons, L. Berguiga, S. Cueff. Reversible single-pulse laser-induced phase change of Sb2S3 thin films: multi-physics modeling and experimental demonstrations. Adv. Opt. Mater. 12, 2401214 (2024).

https://doi.org/10.1002/adom.202401214

7. A. Mandal, Y. Cui, L. McRae, B. Gholipour. Reconfigurable chalcogenide phase change metamaterials: A material, device, and fabrication perspective. J. Phys.: Photonics 3, 022005 (2021).

https://doi.org/10.1088/2515-7647/abe54d

8. J. Faneca, I. Zeimpekis, S.T. Ilie, T.D. Bucio, K. Grabska, D.W. Hewak, F.Y. Gardes. Towards low loss non-volatile phase change materials in mid index waveguides. Neuromorph. Comput. Eng. 1, 014004 (2021).

https://doi.org/10.1088/2634-4386/ac156e

9. Z. Fang, J. Zheng, A. Saxena, J. Whitehead, Y. Chen, A. Majumdar. Non-volatile reconfigurable integrated photonics enabled by broadband low-loss phase change material. Adv. Opt. Mater. 9, 2002049 (2021).

https://doi.org/10.1002/adom.202002049

10. K. Aryana, H.J. Kim, M.R. Islam, N. Hong, C.C. Popescu, S. Makarem, T. Gu, J. Hu, P.E. Hopkins. Optical and thermal properties of Ge2Sb2Te5, Sb2S3, and Sb2Se3 for reconfigurable photonic devices. Opt. Mater. Expr. 13, 3277 (2023).

https://doi.org/10.1364/OME.503178

11. S. Messina, M.T.S. Nair, P.K. Nair. Solar cells with Sb2S3 absorber films. Thin Solid Films 517, 1759 (2009).

https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.11.060

12. K.F. Abd-El-Rahman, A.A.A. Darwish. Fabrication and electrical characterization of p-Sb2S/n-Si heterojunctions for solar cells application. Curr. Appl. Phys. 11, 1265 (2011).

https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.12.006

13. J. Escorcia-Garcia, D. Becerra, M.T.S. Nair, P.K. Nair. Heterojunction CdS/Sb2S3 solar cells using antimony sulfide thin films prepared by thermal evaporation. Thin Solid Films 569, 28 (2014).

https://doi.org/10.1016/j.tsf.2014.08.024

14. R. Kondrotas, C. Chen, J. Tang. Sb2S3 solar cells. Joule 2, 857 (2018).

https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.04.003

15. C.J. Diliegros-Godines, J. Santos Cruz, N.R. Mathews, M. Pal. Effect of Ag doping on structural, optical and electrical properties of antimony sulfide thin films. J. Mater. Sci. 53, 11562 (2018).

https://doi.org/10.1007/s10853-018-2420-3

16. J. Gutwirth, T. W'agner, P. Bezdiˇcka, Mil. Vlˇcek, S.O. Kasap, M. Frumar. Influence of silver concentration in Agx(Sb0.33S0.67)100−x thin amorphous films on photoinduced crystallization. J. Non-Cryst. Solids 353, 1431 (2007).

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.11.026

17. S.F. Ho, Y.C. Yang, H.Y. Tuan. Silver boosts ultra-long cycle life for metal sulfide lithium-ion battery anodes: Taking AgSbS2 nanowires as an example. J. Colloid Interf. Sci. 621, 416 (2022).

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.04.020

18. M.I. Medina-Montes, Z. Montiel-Gonz'alez, F. ParaguayDelgado, N.R. Mathews, X. Mathew. Structural, morphological and spectroscopic ellipsometry studies on sputter deposited Sb2S3 thin films. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 27, 9710 (2016).

https://doi.org/10.1007/s10854-016-5033-0

19. S. Geller, J.H. Wernick. Ternary semiconducting compounds with sodium chloride-like structure: AgSbSe2, AgSbTe2, AgBiS2, AgBiSe2. Acta Crystallogr. 12, 46 (1959).

https://doi.org/10.1107/S0365110X59000135

20. B. Zhou, M. Li, Y. Wu, C. Yang, W.-H. Zhang, C. Li. Monodisperse AgSbS2 nanocrystals: Size-control strategy, large-scale synthesis, and photoelectrochemistry. Chem. Eur. J. 21, 11143 (2015).

https://doi.org/10.1002/chem.201501000

21. J. Gutwirth, T. W'agner, M. Frumar, P. Bezdiˇcka, Mil. Vlˇcek. XRD study of laser induced crystallisation of (Ag)-Sb-S amorphous thin films prepared by thermal evaporation combined with optically induced diffusion and dissolution of Ag. Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B 47, 229 (2006).

22. W. Kraus, G. Nolze. POWDER CELL - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns. J. Appl. Cryst. 29, 301 (1996).

https://doi.org/10.1107/S0021889895014920

23. U. Chalapathi, A.S. Reddy, P.R. Prasad, G. Manjula, S. Sangaraju, R. Cheruku, B.A. Al-Asbahi, S. Alhammadi, C.P. Reddy, K. Mohanarangam, B.P. Reddy, S.-H. Park. Two-stage-processed AgSbS2 films for thin-film solar cells. Mater. Sci. Semicond. Proc. 168, 107821 (2023).

https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107821

24. V. Ekanayake, M.F. Webster, M. Dhillon, D.A. Kunar, S. Nagorny, M. Turfanda, M.P. Lewis, P.L. Wang. Crystal growth of α-AgSbS2 and its preliminary characterization for radiation detector applications. Cryst. Eng. Comm. 27, 4258 (2025).

https://doi.org/10.1039/D5CE00425J

25. E. Dutkov'a, M. Bal'aˇz, J. Kov'aˇc, M.J. Sayagu'es, M. Wohlgemuth, Z. Luk'aˇcov'a Bujˇn'akov'a, L. Findor'akov'a, J. Kov'aˇc Jr., S. Kov'aˇcov'a, M. Marton, P. Jacko, M. Bereˇs. Rapid one-step mechanochemical synthesis of ternary semiconductor AgSbS2 for photovoltaic applications. J. Mater. Sci. 60, 14605 (2025).

https://doi.org/10.1007/s10853-025-11266-x

26. Y.A. Sorb, V. Rajaji, P.S. Malavi, U. Subbarao, P. Halappa, S.C. Peter, S. Karmakar, C. Narayana. Pressureinduced electronic topological transition in Sb2S3. J. Phys.: Condens. Matter 28, 015602 (2016).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/1/015602

27. V. Rotaru, P. Vidal-Fuentes, X. Alcobe, T. Jawhari, A. L'opez-Garc'ıa, A. P'erez-Rodr'ıguez, I. Becerril-Romero, V. Izquierdo-Roca, M. Guc. Practical methodologies for accelerated research and application of this low dimensional material. iScience 27, 109619 (2024).

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109619

28. J.P. Tiwari, K. Shahi. Mechanochemically synthesized Ag2S-Sb2S3 amorphous fast ionic conductors. Mater. Sci. Eng. B 141, 8 (2007).

https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.05.004

29. P. Makreski, G. Petruˇsevski, S. Ugarkovi'c, G. Jovanovski. Laser-induced transformation of stibnite (Sb2S3) and other structurally related salts. Vibr. Spectrosc. 68, 177 (2013).

https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2013.07.007

30. A.V. Kozytskiy, O.L. Stroyuk, M.A. Skoryk, V.M. Dzhagan, S.Ya. Kuchmiy, D.R.T. Zahn. Photochemical formation and photoelectrochemical properties of TiO2/Sb2S3 heterostructures. J. Photochem. Photobiol. A 303-304, 8 (2015).

https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.02.005

31. I. Watanabe, S. Noguchi, T. Shimizu. Study on local structure in amorphous Sb-S films by Raman scattering. J. Non-Cryst. Solids 58, 35 (1983).

https://doi.org/10.1016/0022-3093(83)90100-X

32. S. Shaji, L.V. Garcia, S.L. Loredo, B. Krishnan, J.A. Aguilar Martinez, T.K. Das Roy, D.A. Avellaneda. Antimony sulfide thin films prepared by laser assisted chemical bath deposition. Appl. Surf. Sci. 393, 369 (2017).

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.10.051

33. R. Parize, T. Cossuet, O. Chaix-Pluchery, H. Roussel, E. Appert, V. Consonni. In situ analysis of the crystallization process of Sb2S3 thin films by Raman scattering and X-ray diffraction. Mater. Design 121, 1 (2017).

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.02.034

34. M. Delaney, I. Zeimpekis, D. Lawson, D.W. Hewak, O.L. Muskens. A new family of ultralow loss reversible phase-change materials for photonic integrated circuits: Sb2S3 and Sb2Se3. Adv. Funct. Mater. 30, 2002447 (2020).

https://doi.org/10.1002/adfm.202002447

35. B. Minceva-Sukarova, G. Jovanovski, P. Makreski, B. Soptrajanov, W. Griffith, R. Willis, I. Grzetic. Vibrational spectra of MIMIIIS2 type synthetic minerals (MI = Tl or Ag and MIII = As or Sb). J. Mol. Struct. 651-653, 181 (2003).

https://doi.org/10.1016/S0022-2860(03)00105-4

36. M.I. Medina-Montes, L.A. Baldenegro-P'erez, M. MoralesLuna, T.G. S'anchez, D. Santos-Cruz, S.A. May'en-Hern'andez, J. Santos-Cruz. Physical properties of photoconductive Ag-Sb-S thin films prepared by thermal evaporation. Mater. Sci. Semicond. Proc. 137, 106167 (2022).

https://doi.org/10.1016/j.mssp.2021.106167

37. X. Wang, K. Kunc, I. Loa, U. Schwarz, K. Syassen. Effect of pressure on the Raman modes of antimony. Phys. Rev. B 74, 134305 (2006).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.134305

38. G. Mestl, P. Ruiz, B. Delmon, H. Kn¨ozinger. Sb2O3/Sb2O4 in reducing/oxidizing environments: an in situ Raman spectroscopy study. J. Phys. Chem. 98, 11276 (1994).

https://doi.org/10.1021/j100095a008

39. B.S. Naidu, M. Pandey, V. Sudarsan, R.K. Vatsa, R. Tewari. Photoluminescence and Raman spectroscopic investigations of morphology assisted effects in Sb2O3. Chem. Phys. Lett. 474, 180 (2009).

https://doi.org/10.1016/j.cplett.2009.04.050

40. Yu.M. Azhniuk, D. Solonenko, V.Yu. Loya, V.M. Kryshenik, V.V. Lopushansky, A. Mukherjee, A.V. Gomonnai, D.R.T. Zahn, Flexoelectric and local heating effects on CdSe nanocrystals in amorphous As2Se3 films. Mater. Res. Expr. 6, 095913 (2019).

https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab3241

41. Y.M. Azhniuk, V.V. Lopushansky, V.Yu. Loya, V.M. Kryshenik, V.M. Dzhagan, A.V. Gomonnai, D.R.T. Zahn. Raman study of laser-induced formation of II-VI nanocrystals in zinc-doped As-S(Se) films. Appl. Nanosci. 10, 4831 (2020).

https://doi.org/10.1007/s13204-020-01269-2

Завантаження

Опубліковано

2026-03-17

Номер

Том 71 № 3 (2026)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.

Як цитувати

Структурне та спектроскопічне дослідження нелегованих і легованих сріблом полікристалів Sb2S3. (2026). Український фізичний журнал, 71(3), 243. https://doi.org/10.15407/ujpe71.3.243

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають