Structural and morphological properties of CdSe1-xSx thin films obtained by the method of high-frequency magnetron sputtering

CdSe1-xSx (x= 0.3, 0.4 and 0.6) thin films were deposited on quartz and silicon substrates by the method of high-frequency magnetron sputtering. The chemical composition analysis and crystal structure refinement was examined with using X-ray fluorescence spectroscopy and X-ray diffraction data. CdSe1-xSx thin films crystallizes in hexagonal structure (structure type – ZnO, space group P63mc (No. 186)). The lattice parameters (a, c and V), crystallite size (D), strain (ε), dislocation density (δ) and the texture coefficient TC(hkl) was estimated from X-ray diffraction analysis. Units-cell parameters decrease with increasing S content in CdSe1-xSx thin film

Оптичні властивості матеріалів для сонячної енергетики на основі тонких плівок халькогенідів кадмію

The optical constants and thickness of cadmium chalcogenides (CdX, X= S, Se and Te) thin films prepared by quasi close-space sublimation and high-frequency magnetron sputtering method are determined. The optical constants and the band gap of the films under study have been determined. Optical properties (refractive index n(λ), extinction coefficient k(λ) and dielectric functions ε(λ)) of thin films and thickness d can be determined from the transmission spectrum. The dispersion of the refractive index was explained using a single oscillator model. Single oscillator energy and dispersion energy are obtained from fitting. The material optical parameter such as normalized integrated transmission, zero and high-frequency dielectric constant, density of state effective mass ratio was also calculated.Визначено оптичні константи та товщину тонких плівок халькогенідів кадмію (CdX, X = S, Se і Te) які були осаджені методом квазізамкненого простору та високочастотним магнетронним осадженням. Визначено оптичні константи та оптичну ширину забороненої зони досліджуваних плівок. Оптичні властивості (показник заломлення n(λ), коефіцієнт екстинкції k(λ) та діелектричні функції ε(λ)) тонких плівок та товщину d можна визначити із спектру пропускання. Дисперсію показника заломлення пояснювали за допомогою одноосциляційної моделі. З експериментально встановленої спектральної залежності показника заломлення було встановлено енергію одиночного осцилятора та енергію дисперсії. Також, були розраховані оптичні параметри досліджуваних матеріалів, такі як інтегральна величина пропускання, нульова та високочастотна діелектрична константа, співвідношення щільності станів носіїв заряду до їх ефективної маси в зоні провідності

Вплив відпалювання на структуру ультратонких плівок золота на поверхні підкладок із скла та CdS

Досліджено вплив відпалювання на структуру ультратонких плівок золота на поверхнях скляних підкладок і підкладок з CdS. Виявлено утворення масивів наночастинок при відпалі плівок на поверхні скла, проведено аналіз залежності середніх радіусів утворених частинок від початкової товщини плівки та проаналізовано форму частинок. Для відпалених плівок на поверхні CdS зауважено руйнування плівки для її початкової товщини 0.5 та 1 нанометрів, та зафіксовано малі зміни морфології поверхні для товщих плівок. На базі елементного аналізу зроблено припущення про причини такої температурної поведінки плівок.The influence of annealing process on the structure of ultrathin gold films on the surfaces of glass substrates and substrates of CdS is investigated. The formation of nanoparticle arrays as a result of annealing the films on the glass surface was revealed, and analysis of average radii dependence for the formed particles on initial thickness of the film was carried out and shape of the particles analyzed. For annealed Au films on the surface of CdS, the destruction of the film for its initial thickness of 0.5 and 1 nm was noted, and small changes in the surface morphology for thicker films were observed. On the basis of elemental analysis, assumptions about the causes of such temperature behavior of films are made

The effects of strong correlations on the band structure of Ag_8SnSe_6 argyrodite

The electronic energy band spectra, as well as partial and total density of electronic states of the crystal argyrodite Ag_8SnSe_6 have been evaluated within the projector augmented waves (PAW) approach by means of the ABINIT code. The one-electron energies have been evaluated using two functionals for exchange-correlation energy. The first one is the generalized gradient approximation (GGA) approach. The second one is the hybrid functional PBE0 composed of the semilocal GGA part and Hartree-Fock exact exchange non-local energy for strongly correlated 4d electrons of Ag atom. The second approach eliminates the Coulomb self-interaction of the Ag 4d electrons. This leads to a significant restructuring of the energy bands in the filled valence part and to an improved location of the Ag 4d-states on the energy scale, and the resulting value of the band gap is well compared with experiment. The effects of strong correlation on the electronic structure of the crystal argyrodite are considered here for the first time

Оптичні та дисперсійні параметри тонких плівок ZnO:Al

Представлені результати досліджень дисперсії параметрів та оптичних функцій для тонкої плівки оксиду цинку, легованої алюмінієм. Осадження тонких плівок ZnO, легованих Al (2,5 мас. %), виконувалось методом високочастотного магнетронного напилення. Тонка плівка ZnO:Al кристалізується в гексагональній структурі (тип структури ZnO, просторова група P63mc (No. 186), з параметрами елементарної комірки a = 3.226(2) Å і c = 5.155(6) Å (V = 46.49 (6) Å3). Спектри оптичного пропускання (300-2500 нм) показали, що тонка плівка ZnO:Al має високу оптичну якість, а значення величини оптичної ширини забороненої зони (3,26 еВ) є дуже близьким до нелегованих зразків. Встановлено спектральну поведінку оптичних функцій: показника заломлення, коефіцієнта екстинкції, показника поглинання, діелектричних функції та оптичної провідності. Встановлено значення енергії Урбаха та залежність сили осцилятора від оптичної ширини забороненої зони та концентрації легуючого елемента. Спостерігається збільшення енергії Урбаха для легованої Al тонкої плівки ZnO порівняно з нелегованою. Для досліджуваної тонкої плівки виявлено майже подвійне збільшення значення сили оптичного осцилятора в порівняні із нелегованими зразками. Вплив легування алюмінієм тонких плівок ZnO на динаміку зміни оптичної рухливості, оптичного опору та часу релаксації встановлено вперше для досліджуваної сполуки. Також, визначається значення плазмової частоти та її кореляція з концентрацією носіїв. Легування тонких плівок ZnO алюмінієм призводить до збільшення оптичної рухливості, часу релаксації та плазмової частоти, що було виявлено порівнянням з відомими даними для нелегованих тонких плівок ZnO. Виявлені оптичні властивості досліджуваної тонкої плівки вказують на перспективи її практичного використання як матеріалу для оптоелектронних пристроїв.The results of studies of the dispersion of optical functions and optical constants for zinc oxide thin film doped with aluminum are presented. The deposition of Al-doped ZnO (2.5 wt. %) thin films is performed by magnetron sputtering. Al-doped ZnO thin film crystallizes in a hexagonal structure (structure type ZnO, space group P63mc (No. 186) with unit-cell dimensions a = 3.226(2) Å and c = 5.155(6) Å (V°= 46.49(6) Å3). Optical transmittance spectra (300-2500 nm) shows that the Al-doped ZnO thin film is of high optical quality, and the value of the optical band gap (3.26 eV) is very close to undoped samples. The study of optical functions is performed on the basis of the experimentally measured transmission spectrum using the bypass method. The spectral behavior of optical functions, such as refractive index, extinction coefficient, absorption index, dielectric functions and optical conductivity, is established. The value of Urbach energy and the dependence of oscillator strength on the size of the band gap and the concentration of doping element are determined. It is observed an increase in Urbach energy for the Al-doped ZnO thin film in comparison to the undoped ones. An almost twofold increase in the optical oscillator strength value is revealed for the thin film studied. The influence of aluminum doping on the dynamic change of optical mobility, optical resistance and relaxation time is established for the first time for the studied compound. The value of the plasma frequency is also determined and its correlation with the carrier density is defined. The doping of ZnO thin films with aluminum leads to an increase in optical mobility, relaxation time and plasma frequency that is revealed by comparison with reference data for the undoped ZnO. Due to good optical properties, this thin film is a good candidate as a material for optoelectronic devices

Ab initio дослідження пружних властивостей твердого розчину CdSe1 – xSx

Досліджено пружні властивості твердого розчину CdSe1 – xSx (x = 0 – 1, при ∆x = 0,25) у рамках розрахунків теорії функціоналу густини. Структури зразків CdSe1 – xSx отримані заміщенням сірки на атоми селену в гексагональному CdS. Модуль Юнга, модуль зсуву, об’ємний модуль і коефіцієнт Пуассона кристалів CdSe1 – xSx були розраховані з перших принципів. Проаналізовано залежності пружних властивостей твердого розчину CdSe1 – xSx від показника вмісту x на інтервалі 0 ≤ x ≤ 1. Відповідно до правила Францевича та значення коефіцієнта Пуассона матеріали були класифіковані як пластичні. Коефіцієнт анізотропії Зенера та параметр Клеймана розраховуються на основі пружних констант Cij. Також розраховано концентраційну залежність швидкості поздовжньої пружної хвилі, швидкості поперечної пружної хвилі та середньої швидкості звуку. На основі середньої швидкості звуку було розраховано концентраційну поведінку температури Дебая. Кореляційний аналіз показує збіг результатів розрахунку (модуля пружності та температури Дебая) з відомими експериментальними даними в рамках похибки.The elastic properties of the CdSe1 – xSx (x = 0 – 1, with ∆x = 0.25) solid state solution in the framework of density functional theory calculations were investigated. The structures of the CdSe1 – xSx samples are obtained by the substitution of sulfur with selenium atoms in hexagonal CdS. The Young’s modulus, shear modulus, bulk modulus and Poisson ratio of CdSe1 – xSx crystals were calculated from first principles. The dependences of the elastic properties of the CdSe1 – xSx solid solution on the content index x within the interval 0 ≤ x ≤ 1 are analyzed. According to Frantsevich rule and value of Poisson ratio the materials have been classified as ductile. Zener anisotropy factor and Kleimann parameter are calculated on the basis of the elastic constants Cij. Also, concentration dependence of longitudinal elastic wave velocity, transverse elastic wave velocity and average sound velocity are calculated. Based on the average sound velocity the concentration behavior of Debye temperature was calculated. The correlation analysis shows a good agreement of the calculation results (elastic modulus and Debye temperature) with known experimental data

Синтез, люминесцентные и структурные свойства нанокристаллов Cd1-xCuxS и Cd1 - xZnxS

This paper describes the in-situ synthesis in polymer films of the nanocrystals (NCs) of the ternary semiconductors Cd1 – xCuxS and Cd1 – xZnxS as well as the results of investigations of their structure and optical properties. It has been established that, in case of Cd1 – xCuxS in a large range of Cu to Cd ratios, the hexagonal structure is dominating in NCs synthesized, while in case of Cd1 – xZnxS the dominating crystalline structure of NCs corresponds to cubic structure of CdS. However in both cases formation of separate phases of either CdS and CuS or CdS and ZnS has not been revealed, confirming formation of ternary semiconductor compounds. It has been revealed an opposite effect of increasing concentrations of Cu and Zn cations in ternary compounds on intensity of an impurity photoluminescence, for the former this intensity decreases, but for latter it increases. The possible reasons for these phenomena are discussed.У роботі описується синтез in-situ в полімерних плівках нанокристалів (НК) потрійних напівпро- відників Cd1 – xCuxS і Cd1 - xZnxS, а також результати досліджень їх структури і оптичних властивостей. Встановлено, що у разі Cd1 – xCuxS у широкому діапазоні співвідношень Cu-Cd у синтезованих НК до- мінує гексагональна структура, тоді як у разі Cd1 - xZnxS домінуюча кристалічна структура НК відпові- дає кубічній структурі CdS. Разом з тим, в обох випадках утворення окремих фаз CdS і CuS або CdS і ZnS не було знайдено, що підтверджує утворення потрійних напівпровідникових сполук. Було вияв- лено протилежний вплив збільшення концентрації катіонів Cu і Zn в потрійних сполуках на інтенси- вність домішкової фотолюмінесценції, якщо для перших ця інтенсивність зменшується, то для остан- ніх вона зростає. Обговорюються можливі причини цих явищ.В работе описывается синтез in-situ в полимерных пленках нанокристаллов (НК) тройных полу- проводников Cd1 – xCuxS и Cd1 - xZnxS, а также результаты исследований их структуры и оптических свойств. Установлено, что в случае Cd1-xCuxS в большом диапазоне отношений Cu-Cd в синтезирован- ных НК доминирует гексагональная структура, тогда как в случае Cd1 - xZnxS доминирующая кри- сталлическая структура НК соответствует кубической структуре CdS. Тем не менее, в обоих случаях образование отдельных фаз CdS и CuS или CdS и ZnS не было найдено, что подтверждает образова- ние тройных полупроводниковых соединений. Было выявлено противоположное влияние увеличения концентрации катионов Cu и Zn в тройных соединениях на интенсивность примесной фотолюминес- ценции, если для первых эта интенсивность уменьшается, то для последних она возрастает. Обсуж- даются возможные причины этих явлений