Стехиометрия поликристаллических слоев ZnO. Локализация вакансий

А.Х. Абдуев; А.Ш. Асваров; А.К. Ахмедов; С.В. Агасиева; В.В. Беляев; Д.В. Генералов; Д.В. Николаева; В.В. Саенко; Е.А. Сметанин; А.В. Королёва; В.В. Фёдорова

doi:10.18127/j22250980-202403-01

Стехиометрия поликристаллических слоев ZnO. Локализация вакансий

А.Х. Абдуев¹, А.Ш. Асваров², А.К. Ахмедов³, С.В. Агасиева⁴, В.В. Беляев⁵, Д.В. Генералов⁶, Д.В. Николаева⁷, В.В. Саенко⁸, Е.А. Сметанин⁹, А.В. Королёва¹⁰, В.В. Фёдорова¹¹

научная статья УДК 621.793 Страницы: 5-12 doi.org/10.18127/j22250980-202403-01

^1,5 Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (Москва, Россия); Государственный университет просвещения (Москва, Россия)
^2,3 Институт физики, Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН (г. Махачкала, Россия)
^{4,6,7,8,9,10,11} Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (Москва, Россия)

Ключевые слова: Бертоллид прозрачный электрод газовый датчик магнетронное осаждение стехиометрия оксид цинка граница зерен вакансия потенциальный барьер адсорбция десорбция

Аннотация

Постановка проблемы. Нестехиометричные фазы ZnO1-x с дефицитом кислорода на межзеренных границах (МЗГ) в поликристаллических слоях ZnO являются типичным нарушенным слоем, формируемым в процессе синтеза или последующего хранения. При этом процессы адсорбции-десорбции газов – базовое явление, используемое для анализа газового состава. Слои МЗГ играют также важную роль в создании прозрачных электродов для устройств прозрачной электроники и оптоэлектроники. Это делает актуальным изучение и обобщение данных исследования нестехиометричных структур в различных приложениях.

Цель. Выполнить исследования по анализу процессов формирования нестехиометричных поверхностных фаз ZnO1–x в газовых датчиках, прозрачных электродах керамических мишенях для магнетронного распыления, в светоизлучающих структурах. Исследования направлены на поиск путей управления и на оптимизацию параметров нестехиометричных фаз ZnO1–x.

Результаты. Изучены особенности структуры, электрические, оптические, излучательные свойства слоев в зависимости от стехиометрии материала. Рассмотрены вопросы трансформации структуры межзеренных границ в поликристаллических слоях на основе ZnO в зависимости от условий формирования и от внешних воздействий. Изучена взаимосвязь механизмов транспорта носителей с процессами формирования нестехиометричных фаз на МЗГ. Прослежены зависимости спектров люминесценции слоев ZnO от плотности кислородных вакансий. Рассмотрены закономерности формирования энергетических структур МЗГ в слоях ZnO.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований были установлены закономерности формирования и характеристик нестехиометричных фаз на МЗГ в процессе формирования различных модификаций прозрачных электродов, а также изучены пути оптимизации параметров поверхностных нестехиометричных слоев.

Поступила: 13.06.2024
Одобрена: 26.06.2024
Принята: 29.08.2024

Для цитирования

Абдуев А.Х., Асваров А.Ш., Ахмедов А.К., Агасиева С.В., Беляев В.В., Генералов Д.В., Николаева Д.В., Саенко В.В., Сметанин Е.А., Королёва А.В., Фёдорова В.В. Стехиометрия поликристаллических слоев ZnO. Локализация вакансий // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2024. № 3. С. 5–12. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202403-01

Список источников

Yunusa Z., Hamidon M.N., Kaiser A., Awang Z. Gas Sensors: A Review. Sensors & Transducers. April 2014. V. 168. Is. 4. P. 61–75.
Stadler A. Transparent Conducting Oxides—An Up-To-Date Overview. Materials. 2012. V. 5. P. 661–683. DOI:10.3390/ ma5040661.
Transparent Conductive Zinc Oxide: Basics and Applications in Thin Film Solar Cells Klaus Ellmer. Andreas Klein. Bernd Rech. Springer. 2007. P. 446.
Кузьмина И.П., Никитенко В.А. Окись цинка Получение и оптические свойства. М.: Наука. 1984. 166 с.
Патрушева Т.Н. Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей: Монография Красноярск: СФУ. 2015. 327 с.
Mollwo. Ǖber den Zusammenbang zwischen der electrischen Dunkelleitfahigkeit und der grűnen Lumineszenz von ZnO–Kristallen. Z. fűr Phusik. 1961. V. 162. P. 557–569.
Кажлаев М.А., Рабаданов Р.А., Атаев Б.М., Абдуев А.Х. Влияние условий осаждения на люминесцентные и электрические свойства эпитаксиальных слоев ZnO // Изв. АН СССР. Сер.: Неорганические материалы. 1979. Т. 14. № 6. С. 1160–1161.
Акопян И.Х., Лабзовская М.Э., Лисаченко А.А., Новиков Б.В., Серов А.Ю., Титов В.В., Философов Н.Г. Проявление десорбции кислорода в спектрах фотолюминесценции ZnO // Физика твердого тела. 2016. 58:9. C. 1709–1713; Phys. Solid State. 2016. 58:9., P. 1767–1771.
Родный П., Черненко К., Веневцев И. Механизмы люминесценции ZnO в видимой области спектра // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. Вып. 3. С. 357–363. DOI: 10.21883/OS.2018.09.46551.141-18.
Тарасов А.П. Люминесценция микроструктур оксида цинка и влияние на нее поверхностного плазмонного резонанса и магнитного поля: Дис. … канд. физ.-мат. наук: 09.00.11. М. 2019. 125 c.
Morrison S. R. The chemical physics of surfaces. 2. ed. New York; London: Plenum press. Cop. 1990. XVIII. 438 с.
Абдуев А.Х., Асваров А.Ш., Ахмедов А.К., Зобов М.Е., Крамынин С.П. Изменение структуры и стехиометрии керамики оксида цинка в процессе спекания в открытой атмосфере // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. Вып. 3. С. 42–49.
Abduev A., Akhmedov A., Asvarov A. The formation of nanoparticles, ceramics, and thin films of ZnO in the environment of zinc vapor. Journal of Physics: Conference Series 291. 2011. 012039. DOI:10.1088/1742-6596/291/1/012039.

[1] Yunusa Z., Hamidon M.N., Kaiser A., Awang Z. Gas Sensors: A Review. Sensors & Transducers. April 2014. V. 168. Is. 4. P. 61–75.

[2] Stadler A. Transparent Conducting Oxides—An Up-To-Date Overview. Materials. 2012. V. 5. P. 661–683. DOI:10.3390/ ma5040661.

[3] Transparent Conductive Zinc Oxide: Basics and Applications in Thin Film Solar Cells Klaus Ellmer. Andreas Klein. Bernd Rech. Springer. 2007. P. 446.

[4] Кузьмина И.П., Никитенко В.А. Окись цинка Получение и оптические свойства. М.: Наука. 1984. 166 с.

[5] Патрушева Т.Н. Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей: Монография Красноярск: СФУ. 2015. 327 с.

[6] Mollwo. Ǖber den Zusammenbang zwischen der electrischen Dunkelleitfahigkeit und der grűnen Lumineszenz von ZnO–Kristallen. Z. fűr Phusik. 1961. V. 162. P. 557–569.

[7] Кажлаев М.А., Рабаданов Р.А., Атаев Б.М., Абдуев А.Х. Влияние условий осаждения на люминесцентные и электрические свойства эпитаксиальных слоев ZnO // Изв. АН СССР. Сер.: Неорганические материалы. 1979. Т. 14. № 6. С. 1160–1161.

[8] Акопян И.Х., Лабзовская М.Э., Лисаченко А.А., Новиков Б.В., Серов А.Ю., Титов В.В., Философов Н.Г. Проявление десорбции кислорода в спектрах фотолюминесценции ZnO // Физика твердого тела. 2016. 58:9. C. 1709–1713; Phys. Solid State. 2016. 58:9., P. 1767–1771.

[9] Родный П., Черненко К., Веневцев И. Механизмы люминесценции ZnO в видимой области спектра // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. Вып. 3. С. 357–363. DOI: 10.21883/OS.2018.09.46551.141-18.

[10] Тарасов А.П. Люминесценция микроструктур оксида цинка и влияние на нее поверхностного плазмонного резонанса и магнитного поля: Дис. … канд. физ.-мат. наук: 09.00.11. М. 2019. 125 c.

[11] Morrison S. R. The chemical physics of surfaces. 2. ed. New York; London: Plenum press. Cop. 1990. XVIII. 438 с.

[12] Абдуев А.Х., Асваров А.Ш., Ахмедов А.К., Зобов М.Е., Крамынин С.П. Изменение структуры и стехиометрии керамики оксида цинка в процессе спекания в открытой атмосфере // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. Вып. 3. С. 42–49.

[13] Abduev A., Akhmedov A., Asvarov A. The formation of nanoparticles, ceramics, and thin films of ZnO in the environment of zinc vapor. Journal of Physics: Conference Series 291. 2011. 012039. DOI:10.1088/1742-6596/291/1/012039.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи