Научная статья на тему 'Структурные и оптические свойства пленок CdS, легированных ионами меди и натрия'

Структурные и оптические свойства пленок CdS, легированных ионами меди и натрия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
297
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТОД ПИРОЛИЗА АЭРОЗОЛЯ / ТОНКИЕ ПЛЕНКИ / СУЛЬФИД КАДМИЯ / РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ / ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ПРОПУСКАНИЯ / СПЕКТРЫ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Нитута А. Н., Семенов В. Н., Никитин Л. Н., Лукин А. Н., Минаков Д. А.

Представлены результаты исследования тонких пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия концентрацией 10-3 10-7 ат. %. Синтезированные образцы были получены при температуре 400 °С. Рентгенофазовый анализ показал, что осажденные пленки формируются в виде вюртцитной структуры и сильно текстурированы в направлении (002). С повышением концентрации примеси преимущественная ориентация микрокристалла разрушается, и образец становится текстурирован в направлении (101). Показано, что введение небольшой концентрации примеси не оказывает существенного влияния на оптическую ширину запрещенной зоны пленок. Изменение концентрации легирующей добавки приводит к увеличению интенсивности фотолюминесценции образцов. Это связано с тем, что при введении примеси новые дефекты приводят к образованию центров излучательной рекомбинации, а также из-за снижения роли центров безызлучательной рекомбинации. Активные примеси Na+ и Cu2+ при больших концентрациях могут приводить к образованию неактивных дефектов, поэтому происходит уменьшение интенсивности люминесценции образцов CdS. Также ионы натрия блокируют часть каналов конкурирующей рекомбинации, которыми могут быть, например, центры типа VCd, в результате чего происходит снижение количества собственных, а также примесных дефектов, вследствие этого происходит уменьшение интенсивности люминесценции пленок, совместно легированных ионами Cu2+ и Na+, по сравнению с отдельно легированными ионами меди

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Нитута А. Н., Семенов В. Н., Никитин Л. Н., Лукин А. Н., Минаков Д. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STRUCTURAL AND OPTICAL PROPERTIES OF FILMS OF CdS DOPED WITH COPPER IONS AND SODIUM

Presents results of a study of CdS thin films, doped together with copper ions and sodium concentration of 10-3 10-7 at. %. The synthesized samples were obtained at a temperature of 400 0C. X-ray analysis showed that the precipitated film formed as wurtzite structure and strong are textured in the direction (002). With increasing of impurity concentration the preferred orientation of the microchip is destroyed and the sample is textured in the direction (101). The introduction of a small concentration of impurity has no significant effect on the optical band gap of films. The change in the concentration of dopants leads to an increase of the photoluminescence intensity of the samples. This is due to the fact that with the introduction of new impurity defects lead to the formation of centers of radiative recombination, and also due to the reduction of the role of centers of nonradiative recombination. Active impurities Na+ and Cu2+ at high concentrations can lead to the formation of inactive defects, so there is a reduction in the intensity of luminescence of samples of CdS. Also, the sodium ions block some of the competing recombination channels, which can be, for example, centres like VCd, resulting in a decrease in the number of own and impurity defects, in consequence of this, there is a decrease in the intensity of luminescence of the films in conjunction doped with ions Cu2+ and Na+, compared with the separately doped with copper ions

Текст научной работы на тему «Структурные и оптические свойства пленок CdS, легированных ионами меди и натрия»

УДК 546.221:539.232

СТРУКТУРНЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК CdS, ЛЕГИРОВАННЫХ

ИОНАМИ МЕДИ И НАТРИЯ

А.Н. Нитута, В.Н. Семенов, Л.Н. Никитин, А.Н. Лукин, Д.А. Минаков, О.В. Ребенок

Представлены результаты исследования тонких пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия концентрацией 10-3 - 10-7 ат. %. Синтезированные образцы были получены при температуре 400 °С. Рентгенофазовый анализ показал, что осажденные пленки формируются в виде вюртцитной структуры и сильно текстурированы в направлении (002). С повышением концентрации примеси преимущественная ориентация микрокристалла разрушается, и образец становится текстурирован в направлении (101). Показано, что введение небольшой концентрации примеси не оказывает существенного влияния на оптическую ширину запрещенной зоны пленок. Изменение концентрации легирующей добавки приводит к увеличению интенсивности фотолюминесценции образцов. Это связано с тем, что при введении примеси новые дефекты приводят к образованию центров излучательной рекомбинации, а также из-за снижения роли центров безызлучательной рекомбинации. Активные примеси №+ и Си2+ при больших концентрациях могут приводить к образованию неактивных дефектов, поэтому происходит уменьшение интенсивности люминесценции образцов CdS. Также ионы натрия блокируют часть каналов конкурирующей рекомбинации, которыми могут быть, например, центры типа VCd, в результате чего происходит снижение количества собственных, а также примесных дефектов, вследствие этого происходит уменьшение интенсивности люминесценции пленок, совместно легированных ионами Си2+ и №+, по сравнению с отдельно легированными ионами меди

Ключевые слова: метод пиролиза аэрозоля, тонкие пленки, сульфид кадмия, рентгенофазовый анализ, оптические спектры пропускания, спектры фотолюминесценции

ВВЕДЕНИЕ

Полупроводниковые соединения АПВУ1 и их твердые растворы благодаря своим оптическим, фотолюминесцентным и фоточувствительным свойствам являются перспективными материалами для науки и техники. [1].

Удобным способом получения пленок является метод пиролиза аэрозоля тиомочевинных координационных соединений (ТКС), так как простота управления механизмом осаждения позволяет в широких пределах варьировать состав тонкопленочных композиций, а также вводить активирующие примеси в процессе синтеза слоев при сравнительно низких температурах, а это, в свою очередь дает возможность получать пленки с заданной дефектной структурой [2].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Ранее нами были исследованы оптические и структурные свойства образцов легированных отдельно ионами меди и натрия [3-5], полученных

Нитута Асият Насрулаховна - ВГУ, аспирант, e-mail: asiyat.nituta@yandex. га

Семенов Виктор Николаевич - ВГУ, д-р техн. наук, декан, e-mail [email protected]

Никитин Леонид Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук,

доцент, e-mail [email protected];

Лукин Анатолий Николаевич - ВГУ, канд . физ.-мат.

наук, доцент, e-mail [email protected]

Минаков Дмитрий Анатольевич - ВГУ, канд. физ.-мат.

наук, старший научный сотрудник, e-mail

[email protected]

Ребенок Ольга Владимировна - ВГУ, студент, e-mail [email protected]

из комплексов [С^^Н4С8)2С12] и [С^Н^ЬВ^.

Целью данной работы являлось исследование совместного влияния примеси ионов меди и натрия на структурные и оптические свойства тонких пленок CdS, полученных из растворов тиомочевинных координационных соединений хлорида кадмия.

Синтез пленок сульфида кадмия проводили из водных растворов комплекса [Cd(N2H4CS)2Q2]. Для получения образцов использовали хлорид кадмия CdQ2x2,5H2O марки "х.ч." и тиомочевину N2H4CS (Шю) марки "х.ч.", концентрацией 0.1 моль/л и 0.2 моль/л соответственно. В качестве легирующей добавки использовали СиС12 и №С1, концентрация которых в распыляемом растворе варьировалась в пределах 10-3 - 10-7 моль/л. Проведенные ранее исследования показали [6, 7], что концентрация активирующей примеси в растворе соответствует ее концентрации в пленке.

В качестве подложек использовали кварц и ситалл, которые предварительно проходили необходимую обработку для очистки поверхности. Осаждение сульфида кадмия происходило при 400°С в течение одной минуты. Толщина синтезированных пленок 500 нм.

Оптические свойства плёнок CdS были изучены с помощью спектрометра SHIMADZU.

Оптическую ширину запрещенной зоны Е^ определяли из спектров пропускания по краю собственного поглощения из спектральной зависимости Б = f (Ьу) (Б - оптическая плотность).

Рентгенофазовый анализ (РФА),

используемый в работе, необходим для определения фазового состава и структуры пленок CdS. Анализ образцов, полученных на кварцевых подложках, проводили на рентгеновском

дифрактометре PANalytical EMPYREAN (излучение Cu^a1).

Спектры фотолюминесценции (ФЛ) измеряли с использованием экспериментальной установки, созданной на базе волоконно-оптического спектрометра USB4000-VIS-NIR (350 - 1000 нм) фирмы Ocean Optics. В качестве источников возбуждения люминесценции использовали лазерный диод, излучающий при длине волны 405 нм [8]. Результаты измерения спектров показали, что ситалловая подложка сильно люминесцирует в области 525 нм, что было учтено при описании полученных спектров ФЛ.

содержащая линии, интенсивность которых совпадает с известными значениями из базы данных, как и должно, происходит при исчезновении текстуры.

При увеличении концентрации примеси преимущественная ориентация микрокристалла разрушается и образец становится сильно текстурирован в направлении (101).

Таблица 1

Межплоскостные расстояния в пленках CdS, совместно легированных ионами меди и натрия

(ССи = С№ )

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты рентгенофазового анализа показали, что все исследуемые образцы CdS имеют структуру вюртцита (табл. 1). На дифрактограммах пленок с совместным содержанием ионов меди и натрия 10-3 - 10 -7 ат. % не присутствуют дополнительные рефлексы, относящиеся к их соединениям, так как они не выделяются в виде самостоятельной фазы, а встраиваются в решетку сульфида кадмия (рис. 1).

Рис. 1. Дифрактограммы пленок CdS, полученных из [Cd(N2H4CS)2Q2] при температуре 400 0С: а - чистые; б, в - совместно легированные ионами меди и натрия концентрацией 10-6, 10-3 ат. % Cu2+ и ^о^ = CNa+), соответственно

Из полученных данных видно, что нелегированные образцы и с содержанием примеси

концентрацией 10-4 - 10-7 ат. % являются поликристаллическими с самой интенсивной линией, имеющей индекс (002). Это свидетельствует о том, что пленки сильно текстурированы в этом направлении.

На рис. 1 в дифрактограмма образца с концентрацией легирующей добавки 10-3 ат. %,

Концентрация ионов меди и натрия, ат. % От-

0 10 г6 0 10 г6 0 не-

d, нм I, % d, нм I, % d, нм I, % d, нм I, % d, нм I, % се- ние 10-6 d, нм

0. 33 57 1 0 0 0. 33 57 1 0 0 0. 33 57 1 0 0 0. 33 57 1 0 0 0. 33 57 10 0 0.3 35 7

0. 31 62 2 5. 3 4 0. 31 62 2 5. 3 4 0. 31 62 2 5. 3 4 0. 31 62 2 5. 3 4 0. 31 62 25 .3 4 0.3 16 2

0. 20 69 6. 9 5 0. 20 69 6. 9 5 0. 20 69 6. 9 5 0. 20 69 6. 9 5 0. 20 69 6. 95 0.2 06 9

Обозначения: d - межплоскостное расстояние в пленках, нм; I - интенсивность дифракционного максимума, %

Оптическую ширину запрещенной зоны определяли из спектров пропускания по краю собственного поглощения из спектральной зависимости В = /(Ъу) (В - оптическая плотность).

На рис. 2 представлены спектры пропускания для синтезированных образцов.

Рис. 2. Спектры пропускания для пиролитических пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия концентрацией: 1 - 0, 2 - 10-6, 3 - 10-5, 4 - 10-4, 5.10-3 ат. % ^2+ и №+ ^а^ = CNa+)

С помощью метода экстраполяции линейных участков была построена степенная зависимость коэффициента поглощения от энергии фотона для синтезированных пленок (Рис. 3).

а

б

в

Рис. 3. Степенные зависимости коэффициента поглощения от энергии фотона для пиролитических пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия концентрацией: 1 - 0, 2 - 10-6, 3 - 10-5, 4 - 10-4, 5 -10-3 ат. % Си2+ и (ССи2+ = Сш+)

Из графиков экстраполяции линейных участков получим ширину запрещённой зоны синтезированных образцов (табл. 2).

Таблица 2

Оптическая ширина запрещенной зоны пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия (ССи2+ = Сш+)

Содержание ионов меди и натрия, моль/л Е& эВ

0 2.40

10-6 2.40

10-5 2.48

10-4 2.48

10-3 2.36

Введение примеси меди и натрия в концентрациях 10-7-10-3 ат. % не оказывает существенного влияния на оптическую ширину запрещенной зоны пленок.

В работе были исследованы люминесцентные свойства пленок сульфида кадмия, совместно легированного ионами меди и натрия. Спектры ФЛ исследуемых образцов представляют собой широкие сложные полосы, лежащие в области от 600 нм до 900 нм (рис. 4).

/, отн. ед.

Рис. 4. Спектры ФЛ пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия концентрацией: 1 -0, 2 - 10-7, 3 - 10-6, 4 - 10-5, 5 - 10-4, 6 - 10-3 ат. % Си2+ и

№+ (ССи2+ = С№+)

В работах [9-11] описана возможная структура центров люминесценции в пленках CdS. Согласно представлениям, развитым в этих работах центры люминесценции представляют собой комплексы типа (УМе, Ме;), (С1^) и (Уи, VS), которые могут находиться в разном зарядовом состоянии, образуя широкие полосы люминесценции. Роль Ме; выполняют ионы С^.

Увеличение интенсивности ФЛ совместно легированных образцов связано с тем, что ионы Си2+ и снижают концентрацию

безызлучательных каналов рекомбинации. Согласно [12] примесь иона натрия не приводит к образованию новых центров свечения, а примесь иона меди образует комплексы ^ .Си;2+.у2-Ме)х, (О/Си^Уме)', (О/.Си^ме)' [13], которые добавляются к собственным дефектам ({СЬ}, {УМе, Ме;}, {V«, VS}), следовательно, повышается концентрация дефектов, ответственных за излучательную рекомбинацию. Роль кислорода обусловлена тем, что осаждение пленок происходит на воздухе.

Из рис. 4 видно, что при совместном легировании ионами меди и натрия интенсивность ФЛ возрастает, достигая максимума для ССи, ^ =10-6 ат. %.

-7

Уменьшение концентрации примеси до 10 ат. % в совместно легированных пленках способствует небольшому снижению

интенсивности люминесценции образцов. В пленках содержащих отдельно ионы меди для концентрации 10-7 ат. % наблюдается максимум интенсивности свечения, а ее снижение происходит при ССи = 10-8 ат. %.

При увеличении концентрации примеси в совместно легированных пленках до 10-3 ат. % (Рис. 4, кривая 6) наблюдается уменьшение свечения образцов за счет образования кластеров меди Сип, где п = 2, 3, ..., которые являются центрами безызлучательной рекомбинации.

Максимальное свечение в области длины волны X = 518 нм при увеличении концентрации

легирующей добавки до 10-3 ат. % связано с влиянием подложки, которое есть во всех образцах (рис. 5).

При увеличении концентрации ионов меди от 10-7 до 10-4 ат. % наблюдается смещение максимума люминесценции в длинноволновую область X = 733 нм, это связано с образованием дефектов ^и^, ОД^ ОД' (рис. 5, кривые 2, 3, 4, 5).

Аналогичные результаты наблюдаются и для отдельно легированных ионами меди пленок Сс18.

1, отн. ед.

X, нм

Рис. 5. Нормированные спектры ФЛ пленок CdS, совместно легированных ионами меди и натрия концентрацией: 1 - 0, 2 - 10-7, 3 - 10-6, 4 - 10-5, 5 - 10-4, 6 - 10-3 ат. % ^ и №+ (^и^ = CNa+)

Дальнейшее изменение количества активирующей добавки до 10-3 ат. % приводит к образованию дефектов (У<^, 05)х, (VCd, Oi)x X = 815 нм, это можно объяснить нарушением структуры пленки за счет легирования ее медью и компенсацией образуемых нарушений кислородом (рис. 5, кривая 6). При образовании пленки кислород занимает вакансии серы, составляя конкуренцию хлору, оставшемуся в пленке после разложения тиомочевинного комплекса. В процессе же залечивания дефектов большинство вакансий уже заняты, и нарушение структуры пленки при внедрении меди стабилизирует кислород в междоузлиях, то есть происходит компенсация объемного несоответствия в сульфиде кадмия кислородом путем соактивации [14].

С увеличением концентрации ионов меди после формирования твердого раствора замещения происходит образование Ох и Cui\ Когда расстояние между этими дефектами становится достаточно малым, происходит взаимодействие по следующей схеме [6]:

Oi х + ед + е = ^О

Сравнение спектров фотолюминесценции (Рис. 6) пленок легированных отдельно ионами меди ^е = 10-6 ат. % с образцами, содержащими сразу две активирующие примеси ^^ = 10-6 ат. %, показало, что ионы натрия блокируют часть каналов конкурирующей рекомбинации, которыми могут быть, например, центры типа У«^ так как при синтезе пленок ионы металлов могут занимать вакантные места в решетке и на поверхности,

снижая количество собственных, а также примесных дефектов, из-за чего происходит уменьшение интенсивности люминесценции пленок совместно легированных ионами ^^ и №+, по сравнению с отдельно легированными ионами меди [5, 12].

/, отн. ед.

к, им

Рис. 6. Спектры ФЛ пленок CdS: 1 - чистый образец, 2 - легированные ионами меди, 3 - ионами натрия, 4 - совместно легированные ионами меди и натрия ^м«; = 10-6 ат. % для кривых 2-4)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пленки CdS, осажденные из тиомочевинно-хлоридных координационных соединений при температуре 400 С выделяются в виде вюртцитной структуры и сильно текстурированы в направлении (002). При увеличении концентрации примеси преимущественная ориентация микрокристалла разрушается и образец становится текстурирован в направлении (101).

Введение примеси ионов меди и натрия в концентрациях 10-7-10-3 ат. % не оказывает существенного влияния на оптическую ширину запрещенной зоны пленок, ввиду небольшой концентрации ионов ^^ и №+.

Увеличение интенсивности ФЛ совместно легированных образцов связано с изменением концентрации активирующей добавки ^^ и №+. Обнаружены максимумы полос люминесценции, отвечающие комплексам собственных и примесных дефектов: (^я"), (Уме, Ме& (Уо, Vs), (Cucd, Cui)x, (Cucd, Cls)', (Vcd, О5)х, (Vcd, Oi)x, (Os*•CUi2+•V2-мe)x, (Os*CUi2+•Vмe)', (Os*•CUi+•V2-мe)■. Введение легирующей добавки иона натрия не приводит к образованию новых центров свечения в сульфиде кадмия, отвечающих за наблюдаемые максимумы. Увеличение интенсивности люминесценции образцов легированных ионами щелочных металлов связано с блокировкой каналов безызлучательной рекомбинации, конкурирующих с рекомбинацией на описанных выше центрах свечения, что делает более эффективной излучательную рекомбинацию. Активная примесь №+ при больших концентрациях может приводить к разрушению сложных центров свечения с образованием неактивных дефектов, как в

отдельно, так и совместно легированных пленках. Поэтому происходит уменьшение интенсивности люминесценции образцов CdS совместно легированных ионами натрия и меди, по сравнению с отдельно легированными ионами Cu2+.

Следовательно, в качестве активной примеси можно использовать лишь ионы меди, которые, по-сравнению с ионами натрия, значительно увеличивают интенсивность люминесценции или проводить совместное легирование при небольших концентрациях активаторов.

Авторы благодарят Центр коллективного пользования Воронежского государственного университета за предоставленное

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

экспериментальное оборудование.

Литература

1. Левин, М.Н. Фотоэлектрические преобразователи на варизонных гетероструктурах CdxZn1-xS/Cu2S [Текст] / М.Н. Левин, В.Н. Семенов, О.В. Остапенко // Письма в ЖТФ. - 2002. - Т. 28. Вып. 10. - С. 19-23.

2. Наумов, А.В. Тиомочевинные координационные соединения в процессах синтеза сульфидов металлов [Текст] / А.В. Наумов, В.Н. Семенов, Е.М. Авербах // Химическая промышленность. - 2003. - Т. 80. № 2. - С. 17-26 (69-78).

3. Лукин, А.Н. Люминесценция и оптические свойства пленок Cd09Zn01S, легированных ионами меди [Текст] / А.Н. Лукин, В.Н. Семенов, В.Г. Клюев // Известия РАН. Серия Физическая. - 2015. - Т. 79. № 2. -С. 269-272.

4. Болгова, Т.Г. Люминесцентные свойства поликристаллических пленок сульфида кадмия, легированных металлами первой группы [Текст] / Т.Г. Болгова «и др.» // Вестн. Воронежск. ун-та. Физика, математика. - 2005. - № 2. - С. 38-44.

5. Болгова, Т.Г. Люминесценция и фотопроводимость пленок сульфида кадмия, легированных элементами 1а группы [Текст] / Т.Г. Болгова «и др.» // Неорганические материалы. - 2006. - Т. 42. № 5. - С. 523-529

Воронежский государственный университет Воронежский государственный технический университет

6. Семенов, В.Н. Люминесцентные свойства пленок CdS, легированного медью, полученных распылением растворов на нагретую подложку [Текст] / В.Н. Семенов «и др.» // Неорганические материалы. -1993. - Т. 29. № 3. - С. 323-326.

7. Угай, Я.А. Влияние комплексообразования на получение пленок сульфида меди из водного раствора тиомочевины и хлорида меди пульверизацией [Текст] / Я.А. Угай, В.Н. Семенов, Е.М. Авербах // Журн. неорган. Химии. - 1981. - Т. 26. - С. 271-273.

8. Патент России № RU 2464549 C1, 2012. Бюл. №29 от 12.05.2011 [Текст] / И.Н. Сарычева, О.О. Янушевич, Д.А. Минаков «и др.» .

9. Наумов, А.В. Строение и свойства тиокарбамидных комплексов кадмия и цинка по данным квантовохимического расчета [Текст] / А.В. Наумов «и др.» // Журнал прикладной химии. - 2010. - Т. 6. - С. 922925.

10. Самофалова, Т.В. Люминесценция полученных пиролитически пленок Cdo.5Zno.5S, легированных ионами меди [Текст] / Т.В. Самофалова «и др.» // Журнал прикладной спектроскопии. - 2014. - Т. 81. № 1. -С. 88-92.

11. Шейкман, М.К. Механизмы оранжевой, красной и инфракрасной фотолюминесценции в монокристаллах CdS и параметры соответствующих центров свечения [Текст] / М.К. Шейкман «и др.» // Физика твердого тела. - 1968. - Т. 10. №9. - С. 2628-2638.

12. Клюев, В.Г. Люминесценция и электрические свойства пленок CdS, легированных калием и натрием [Текст] / В.Г. Клюев, Т.Л. Майорова // Журнал прикладной спектроскопии. - 2005. - Т. 72. №4. - С. 509513.

13. Морозова, Н.К. Исследование центров люминесценции, обязанных присутствию меди и кислорода в ZnSe [Текст] / Н.К. Морозова, И.А. Каретников, В.В. Блинов // ФТП. - 2001. - Т. 35. № 1. - С. 25-33.

14. Морозова, Н.К. Сульфид цинка. Получение и оптические свойства [Текст] / Н.К. Морозова, В.А. Кузнецов. - М.: Наука, 1987. С. 200.

STRUCTURAL AND OPTICAL PROPERTIES OF FILMS OF CdS DOPED WITH COPPER IONS

AND SODIUM

A.N. Nituta, graduate, Voronezh State University, Voronezh, Russia Federation, e-mail [email protected] V.N. Semenov, Doctor of of Engineering Sciences, Dean, head of Department of General and inorganic chemistry, Voronezh State University, Voronezh, Russia Federation, e-mail [email protected]

L.N. Nikitin, Candidate of Engineering Sciences, docent, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia Federation, e-mail [email protected]

A.N. Lukin, Candidate of Physico-mathematical Sciences, docent, Voronezh State University, Voronezh, Russia Federation, e-mail [email protected]

D.A. Minakov, Candidate of Physico-mathematical Sciences, senior researcher, Voronezh State University, Voronezh, Russia Federation, e-mail [email protected]

O.V. Rebenok, student, Voronezh State University, Voronezh, Russia Federation, e-mail [email protected]

Presents results of a study of CdS thin films, doped together with copper ions and sodium concentration of 10-3 - 10-7 at. %. The synthesized samples were obtained at a temperature of 400 0C. X-ray analysis showed that the precipitated film formed as wurtzite structure and strong are textured in the direction (002). With increasing of impurity concentration the preferred

orientation of the microchip is destroyed and the sample is textured in the direction (101). The introduction of a small concentration of impurity has no significant effect on the optical band gap of films. The change in the concentration of dopants leads to an increase of the photoluminescence intensity of the samples. This is due to the fact that with the introduction of new impurity defects lead to the formation of centers of radiative recombination, and also due to the reduction of the role of centers of nonradiative recombination. Active impurities Na+ and Cu2+ at high concentrations can lead to the formation of inactive defects, so there is a reduction in the intensity of luminescence of samples of CdS. Also, the sodium ions block some of the competing recombination channels, which can be, for example, centres like VCd, resulting in a decrease in the number of own and impurity defects, in consequence of this, there is a decrease in the intensity of luminescence of the films in conjunction doped with ions Cu2+ and Na+, compared with the separately doped with copper ions

Key words: method of aerosol pyrolysis, thin films, cadmium sulfide, x-ray diffraction, optical transmission spectra, the photoluminescence spectra

References

1. Levin M.N., Semenov V.N., Ostapenko O.V. Fotojelektricheskie preobrazovateli na varizonnyh geterostrukturah CdxZn1-xS/Cu2S [Photovoltaic inverters on graded-gap heterostructures CdxZn1-xS/Cu2S] // Technical Physics Letters. - 2002. - T. 28. Bbm. 10. - C. 19-23.

2. Naumov A.V., Semenov V.N., Auerbach E.M. Tiomochevinnye koordinacionnye soedinenija v processah sinteza sul'fidov metallov [Thiourea coordination compounds in the synthesis of metal sulphide] // Chemical industry. -2003. - T. 80. № 2. - C. 17-26 (69-78).

3. Lukin A.N., Semenov V.N., Kluev V.G. Ljuminescencija i opticheskie svojstva plenok Cdo.9Zno.1S, legirovannyh ionami medi [Luminescence and optical properties Cd0.9Zn01S films doped with copper ions] // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2015. - T. 79. № 2. - C. 269-272.

4. Bolgova T.G. «and other» Ljuminescentnye svojstva polikristallicheskih plenok sul'fida kadmija, legirovannyh metallami pervoj gruppy [The luminescent properties of polycrystalline films of cadmium sulfide doped with metals of the first group] » // Bulletin of Voronezh State University. Physics, mathematics. - 2005. - № 2. - C. 38-44

5. Bolgova T.G. «and other» Ljuminescencija i fotoprovodimost' plenok sul'fida kadmija, legirovannyh jelementami la gruppy [The luminescence and photoconductivity of cadmium sulfide film doped with elements of group Ia] / T.G. Bolgova «and other» // Inorganic Materials. - 2006. - T. 42. № 5. - C. 523-529

6. Semenov V.N. «and other» Ljuminescentnye svojstva plenok CdS, legirovannogo med'ju, poluchennyh raspyleniem rastvorov na nagretuju podlozhku [Fluorescent properties of films of CdS, doped with copper, the resulting solutions sprayed onto the heated substrate] / V.N. Semenov «and other» // Inorganic Materials. - 1993. - T. 29. № 3. -C. 323-326.

7. Ugai J.A., Semenov V.N.,. Auerbach E.M Vlijanie kompleksoobrazovanija na poluchenie plenok sul'fida medi iz vodnogo rastvora tiomocheviny i hlorida medi pul'verizaciej [Impact of complexation to copper sulphide film from an aqueous solution of copper chloride and thiourea pulverization] // Inorganic Chemistry Journal. - 1981. - T. 26. - C. 271-273.

8. Sarycheva I.N., Yanushevich O.O., Minakov D.A. Russian Patent № RU 2464549 C1, 2012. Newsletter №29 ot 12.05.2011

9. Ctroenie i svojstva tiokarbamidnyh kompleksov kadmija i cinka po dannym kvantovohimicheskogo rascheta [Structure and properties of thiourea complexes of cadmium and zinc according to quantum-chemical calculation] / A.V. Naumov «and other» // Journal of Applied Chemistry. - 2010. - T. 6. - C. 922-925.

10. Samofalova T.V. «and other» Ljuminescencija poluchennyh piroliticheski plenok Cd0.5Zn0.5S, legirovannyh ionami medi [Luminescence obtained pyrolytic films Cd0.5Zn0.5S doped with copper ions] // Journal of Applied Spectroscopy. - 2014. - T. 81. № 1. -C. 88-92.

11. Sheinkman M.K. «and other» Mehanizmy oranzhevoj, krasnoj i infrakrasnoj fotoljuminescencii v monokristallah CdS i parametry sootvetstvujushhih centrov svechenija [Mechanisms of orange, red and infrared photoluminescence in CdS single crystals and parameters of the respective glow centers] // Solid State Physics. - 1968. -T. 10. №9. - C. 2628-2638.

12. Kluev V.G., Mayorova T.L. Ljuminescencija i jelektricheskie svojstva plenok CdS, legirovannyh kaliem i natriem [Luminescence and electrical properties of CdS films doped with potassium and sodium] // Journal of Applied Spectroscopy. - 2005. - T. 72. №4. - C. 509-513.

13. Morozova N.K., Karetnikau I.A., Blinov V.V. Issledovanie centrov ljuminescencii, objazannyh prisutstviju medi i kisloroda v ZnSe [The study of luminescence centers, which are obliged to the presence of copper and oxygen in ZnSe] // Semiconductor. - 2001. - T. 35. № 1. - C. 25-33.

14. Morozova N.K., Kuznetsov V.A. Sul'fid cinka. Poluchenie i opticheskie svojstva [The zinc sulfide. Preparation and optical properties] - M.: Science, 1987. C. 200.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.