Analysis of the fundamental absorption edge of the films obtained from the C₆₀ fullerene molecular beam in vacuum and effect of internal mechanical stresses on it

Nanostructures with fullerene C₆₀ were obtained using vacuum sublimation thermal C₆₀ fullerene powder onto unheated substrates made of silicon, mica, silica and coverslip glass. The effect of the structure, composition and mechanical stresses in the films on fundamental absorption, density-of-states tails in them were investigated by Ramаn spectroscopy, atomic force microscopy, light absorption, electroreflectance modulation spectroscopy and measuring the bend of heterosystems. Ascertained in this work has been the origin of variation observed in literature data concerning the width of the band gap Eg between 1.48 to 2.35 eV and the nature of the fundamental absorption edge in solid C₆₀. This variation is related with decomposition of fullerene molecules caused by the increase in temperature of sublimation. It has been found that C₆₀ in the crystalline state is direct band-gap semiconductor with Eg close to 1.6 eV in the singular point X of the Brillouin zone. The electroreflectance spectra of films and heterosystems bending were used to calculate the Eg dependence on the internal mechanical stresses. The respective coefficient value is equal to –2.8 10⁻¹⁰ eV/Pa

Вплив зовнішніх дій на механічні напруження і електронні параметри гетеросистем з С60 фулеренами

The results of a complex study of C60/Si heterosystems are presented in this work: the crystal structure and composition of the films, internal mechanical stresses, electronic parameters of the film and the film-substrate interface, and the effect of external influences (ultraviolet irradiation, thermal annealing, gamma and microwave irradiation). The advantage of microwave treatment over others is established: the absence of fullerene decomposition, the removal of internal mechanical stresses in the heterosystem, and the improvement of its electronic parameters. Methods for remove the decomposition of C60 molecules under the influence of other treatments have been developed. To eliminate the interaction of fullerenes with oxygen, it was proposed to perform thermal annealing and UV irradiation in vacuum, and in the case of g-irradiation, apply a protective coating on the surface of the film (GeOx or SiOx). In solar cells with C6 films in the polymer matrix on Si, a significant advantage of titanium contacts in comparison with gold is established, especially after microwave treatment. Contact resistance decreased as a result of hybridization of 3d-orbitals of titanium and 2p-orbitals of fullerenes with the formation of ТіхС60 carbides and radiation-stimulated diffusion of metals, which increases the contact area.В роботі приведені результати комплексного дослідження гетеросистем С60/Si: кристалічної структури і складу плівок, внутрішніх механічних напружень, електронних параметрів плівки і межі поділу плівка-підкладка та впливу на них зовнішніх дій (ультрафіолетового опромінення, термічного відпалу, гамма та мікрохвильового опромінення). Встановлено перевагу мікрохвильової обробки перед іншими: відсутність розпаду фулеренів, повне усунення внутрішніх механічних напружень в гетеросистемі та покращення її електронних параметрів. Розроблені методи усунення розвалу молекул С60 під дією інших обробок. Термічний відпал і УФ-опромінення пропонується проводити у вакуумі, а для g-опромінення наносити захисне покриття на поверхню плівки (GeOx або SiOx) для усунення взаємодії фулеренів з киснем. В сонячних комірках з плівками С60 в полімерній матриці на Si встановлена суттєва перевага титанових контактів перед золотими, особливо після мікрохвильової обробки. Контактний опір зменшувався в результаті гібридизації 3d-орбіталей титану і 2р-орбіталей фулеренів з утворенням карбідів ТіхС60 та радіаційно-стимульованої дифузії металів, яка збільшує площу контакту

Quantum-size effects in semiconductor heterosystems

Created on the basis of Si, GaAs and C60 fullerenes were low-dimensional heterostructures with a surface quantum-size effect at the film-substrate interface. There have been defined technological conditions of its appearance. Using modulation electroreflectance spectroscopy, calculated were spectral broadening parameters, the energy relaxation time of excited light charge carriers, the energy of quantized levels and the width of the quantum wells