Залежнiсть вiд товщини структурних, електричних i оптичних властивостей ZnS тонких плiвок, осаджених термiчним випаровуванням
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe62.05.0422Ключові слова:
ZnS films, grain size, dislocation density, electrical resistivity, band gap, activation energy, electron mobilityАнотація
Тонкi плiвки ZnS осадженi методом термiчного випаровування при кiмнатнiй температурi на скляну пiдкладку, очищену ультразвуком. Товщина плiвок змiнювалася вiд 400 до 1300 нм. Структуру плiвок дослiджено за допомогою рентгеноструктурного аналiзу, растрової електронної мiкроскопiї (SEM) i рентгенiвського дисперсiйного аналiзу. Електричнi i оптичнi властивостi вимiрювалися двоточечним зондом на постiйному струмi, за ефектом Холла i за спектрами поглинання у видимому i ультрафiолетовому свiтлi. Рентгенiвськi спектри показали, що плiвки полiкристалiчнi i мають кубiчну структуру з переважаючою (111) орiєнтацiєю. Дифракцiйнi картини стають рiзкiшими з ростом товщини плiвок. За даними SEM розмiр нанозерен плiвок близько 97,89 нм. Зменшення опору свiдчить про напiвпровiдникову природу плiвок. У плiвок з товщиною понад 1200 нм максимальна рухливiсть дорiвнює 26,03 ·101 см2/В· с, мiнiмальний опiр 0,08 ·106 (Ом · см) i ширина забороненої зони 3,26 еВ. З урахуванням цих властивостей знайдено оптимальну товщину плiвок.
Посилання
L. Li-ping, Q. Xiao-qing, L. Guang-she. Correlation between size-induced lattice variations and yellow emission shift in ZnO nanostructures. Applied Physics Letters 87, 124101 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.2051800
H.M. Schmidt, H. Weller. Synthesis of ZnS nano particles by solid liquid chemicals method. Chemical Physics Letters 129, 615 (1986).
https://doi.org/10.1016/0009-2614(86)80410-9
S.Y. Yuan, Y. Juan, Q.K. Qiang. Synthesis of ZnS nanoparticales by chemical reaction with ZnO and Na2S under ultrasonic. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20, 211 (2010).
https://doi.org/10.1016/S1003-6326(10)60041-6
C. Xing-wang, L. Xiang, Z. Fei-fei, Y. Zhou, L. Xue, L. Peng-ting. Fabrication and photoluminescence study on ZnO nanostructured particles. J. of Aeronautical Materials 29, 92 (2009).
Y.Y. Chen, J.G. Duh, B.S. Chiou, C.G. Peng. Luminescent mechanism of ZnS:Cu:Cl and ZnS:Cu:Al phosphors. Thin Solid Films 392, 50 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0040-6090(01)00912-9
K. Benyahia, A. Benhaya, M.S. Aida. ZnS thin films deposited by thermal evaporation for photovoltaic applications. J. of Semiconductors 36, 103001 (2015).
https://doi.org/10.1088/1674-4926/36/10/103001
H. Cho, C. Yun, J.W. Park, S. Yoo. Highly flexible organic light emitting diodes based on ZnS/Ag/Wo3 multilayers transparent electrodes. Organic Electronics 10, 1163 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.orgel.2009.06.004
X. Liu, X. Cai, J. Mao, C. Jin. ZnS/Ag/ZnS nano multilayer films for transparent electrodes in flat display application. Applied Surface Science 183, 103 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0169-4332(01)00570-0
F. Karuna, Y.H. Ng, Y. Tang, R. Amal, N. Valanoor, J. Hart. ZnS thin film for visible light active photoelectrode: Effect of film morphology and crystal structure. Cryst. Growth Des. 16, 2461 (2016).
https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01590
V. Dimitrova, J. Tate. Synthesis and characterization of some ZnS-based thin film phosphors for electroluminescent device applications. Thin Solid Films 365, 134 (2000).
https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)01089-5
E. Katz, I. Willner. Nanotechnology Concept (Wiley-VCH, 2004), Chapter 14, 200.
A. Nitta, K. Tanakab, Y. Maekawab, M. Kusabirakib, M. Aozasa. Effects of gas impurities in the sputtering environment on the stoichiometry and crystallinity of ZnS:Mn electroluminescent-device active layers. Thin Solid Films 384, 261 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)01875-7
S. Yano, R. Schroeder, B. Ullrich, H. Sakai. Absorption and photocurrent properties of thin ZnS films formed by pulsed-laser deposition on quartz. Thin Solid Films 423, 273 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)01037-4
Q.J. Feng, D.Z. Shen, J.Y. Zhang, H.W. Liang, D.X. Zhao, Y.M. Lua, X.W. Fan. Highly aligned ZnS nanorods grown by plasma-assisted metalorganic chemical vapor deposition. J. Crystal Growth 285, 561 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.09.003
Z. Zhang, D.Z. Shen, J. Y. Zhang, C.X. Shan, Y.M. Lu, Y.C. Liu, B.H. Li, D.X. Zhao, B. Yao, X.W. Fan. The growth of single cubic phase ZnS thin films on silica glass by plasma-assisted metalorganic chemical vapor deposition. Thin Solid Films 513, 114 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.01.054
M. Gunasekaran, R. Gopalakrishnan, P. Ramasamy. Deposition of ZnS thin films by photochemical deposition technique. Mater. Lett. 58, 67 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00416-6
X.T. Zhang, Y.C. Liu, L.G. Zhang, J.Y. Zhang, Y.M. Lu, D.Z. Shen, W.X.u, G.Z. Zhong, X.W. Fan, Z.G. Kong. Photoluminescence and optically pumped ultraviolet lasing from nanocrystalline ZnO thin films prepared by thermal oxidation of high-quality ZnS thin films. Chin. Phys. Lett. 19, 127 (2002).
https://doi.org/10.1088/0256-307X/19/1/340
S. Wang, X. Fu, G. Xia, J. Wang, J. Shao, Z. Fan. Structure and optical properties of ZnS thin films grown by glancing angle deposition. Appl. Surf. Sci. 252, 8734 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.12.035
N. Fathy, R. Kobayashi. M. Ichimura. Preparation of ZnS thin films by the pulsed electrochemical deposition. Mater. Sci. Eng. B 107, 271 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.mseb.2003.11.021
P. Roy, J.R. Ota, S.K. Srivastava. Crystalline ZnS thin films by chemical bath deposition method and its characterization. Thin Solid Films 515, 1912 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.07.035
S.P. Patel, D. Kanjilal, L. Kumar. Nano patterning of ZnS thin surfaces by keV ion beam irradiation. Surface & Coatings Technology 206, 487 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.07.066
V. Ramasamy, K. Praba, G. Murugadoss. Study of optical and thermal properties in nickel doped ZnS nanoparticles using surfactants. Superlattices and Microstructures 51, 699 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.02.008
A.U. Ubale, D.K. Kulkarni. Preparation and study of thickness dependent electrical characteristics of zinc sulfide thin films. Bull. Mater. Sci. 28, 43 (2005).
https://doi.org/10.1007/BF02711171
A. Cottrell. An Intorduction to Metallurgy (Hodder Arnold, 1975), p. 173–178 [ISBN: 0713125101].
F. Haque, K.S. Rahman, M.A. Islam, M.J. Rasid, M.M. Alam, Z.A. Alothman, K. Soplan, N. Amin. Growth optimization of ZnS thin films by R.F. Magnetron sputtering as prospective buffer layer in thin film solar cell. Chalcogenide Letters 11, 189 (2014).
J.P. Borah, J. Barman, K.C. Sarma. Structural and optical properties of ZnS nanoparticles. Chalcogenide Letters 5, 201 (2008).
R. Chauhan, A. Kumar, R.P. Chaudhary. Characterization of chemically synthesized Mn doped ZnS nanoparticals. Chalcogenide Letters 9, 151 (2012).
S.W. Lu, B.I. Lee, Z.L. Wang, W. Tong, B.K. Wagner, W. Park, C.J. Summers. Synthesis and photoluminescence enhancement of Mn doped ZnS nanocrystals. J. of Luminensence 92, 73 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0022-2313(00)00238-6
S.R. Vishwakarma, A. Kumar, R.S.N. Tripathi, Rahul S. Das. Fabrication and characterization of –InSb thin film of different thicknesses. Indian J. of Pure & Applied Physics 51, 260 (2013).
Y.Y. Bacherikov, S.Y. Zelensky, A.G. Zhuk, N.A. Semenenko, O.S. Krylova. Luminescent properties of finedispersed ZnS:Cu prepared using self-propagating hightemperature synthesis. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics 17, 374 (2014).
https://doi.org/10.15407/spqeo17.04.374
F. Ozutok, K. Erturk, V. Bilgin. Growth, electrical and optical properties of ZnS:Mn thin films. Acta Physica Polonica A 121, 221 (2012).
https://doi.org/10.12693/APhysPolA.121.221
M.S. Shinde, P.B. Ahirrao, I.J. Patil, R.S. Patil. Studies on nanocrystalline ZnS thin films prepared by modified chemical bath deposition method. Indian J. Pure & Appl. Phys. 49, 765 (2011).
P. Kumar, A. Kumar, P.N. Dixit, T.P. Sharma. Optical, structural and electrical properties of zinc sulfide vacuum evaporated thin films. Indian J. Pure & Appl. Phys 44, 690 (2006).
H.R. Dizaji, A.J. Zavaraki, M.H. Ehsani. Effect of thickness on the structural and optical properties of ZnS thin films prepared by flash evaporation technique equipped with modified feeder. Chalocogenide Letters 8, 231 (2011).
D.H. Hwang, J.H. Ahn, K.N. Hui, Y.G. Son. Structural and optical properties of ZnS thin films deposited by RF magnetron sputtering. Nanoscale Research Letters 7, 26 (2012).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
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.
.png){kind=small}
