Enhanced luminescence of europium in sol-gel derived BaTiO3/SiO2 multilayer cavity structure

We report on the sol-gel synthesis and optical properties of an Eu-doped multilayer structure consisting of a Bragg reflector/BaTiO3:Eu/Bragg reflector, with the Bragg reflector comprising of BaTiO3/SiO2 structures. Depending on the fabrication procedure two set of specimens were generated with Eu out of the cavity or Eu in the cavity. Enhanced Eu luminescence in the direction normal to the surface is observed for the most intense band 5D0 → 7F2 at 615 nm of trivalent europium in the cavity and correlates with anisotropy of the luminescence indicatrix, transmittance and reflection bands around 615 nm for the fabricated structure

ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛЕНОК ТИТАНАТА БАРИЯ

The sol-gel method of fabrication strontium titanate films is described. The films were characterized with scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis and ellipsometry. It is shown, that one layer of barium titanate films are amorphous, whereas multilayer films reveal Bragg diffraction peaks corresponding to BaTiO3 phase after annealing at 850оС. The perspective of fabrication the proposed sol for the thin film capacitive structures as well as multilayer interference filters of optical range is discussed.Изложен золь-гель метод формирования пленок титаната бария. Пленки исследовались методами растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и эллипсометрии. Установлено, что однослойные пленки ксерогеля титаната бария являются рентгеноаморфными, тогда как многослойные пленки демонстрируют четкие пики брегговской дифракции, соответствующие фазе титаната бария после отжига при температуре 850 °С. Обсуждается возможность применения разработанного золя для тонкопленочных конденсаторных структур на основе титаната бария, а также многослойных интерференционных фильтров оптического диапазона

Antimatter from the cosmological baryogenesis and the anisotropies and polarization of the CMB radiation

We discuss the hypotheses that cosmological baryon asymmetry and entropy were produced in the early Universe by phase transition of the scalar fields in the framework of spontaneous baryogenesis scenario. We show that annihilation of the matter-antimatter clouds during the cosmological hydrogen recombination could distort of the CMB anisotropies and polarization by delay of the recombination. After recombination the annihilation of the antibaryonic clouds (ABC) and baryonic matter can produce peak-like reionization at the high redshifts before formation of quasars and early galaxy formation. We discuss the constraints on the parameters of spontaneous baryogenesis scenario by the recent WMAP CMB anisotropy and polarization data and on possible manifestation of the antimatter clouds in the upcoming PLANCK data.Comment: PRD in press with minor change

Sol–gel derived Ba/SrTiO3–MgF2 solar control coating stack on glass for architectural and automobile applications

Fully dielectric solar control coatings based on alternating layers of Ba (or Sr) TiO3 and MgF2 were deposited on soda lime glass substrates. Three-layered stacks BaTiO3/MgF2/BaTiO3 and SrTiO3/MgF2/SrTiO3 were generated using BaTiO3, SrTiO3 and MgF2 sols deposited on glass using dip coating technique. The multi-layered coating stack was fired at 450oC with different heating rates using a conventional muffle furnace and a conveyorized belt furnace, by which two methods of heat treatment were investigated. Heat treatment after deposition of each layer and a consolidated firing of the three-layered stack with intermediate drying between the layers were carried out and optical properties of the coatings compared. The heat treated coatings were characterized for their UV–Vis–NIR transmittance, microstructure, phase purity, thickness and refractive indices. The coating stack based on BaTiO3 as the high refractive index material in conjunction with MgF2 exhibited better solar control properties than SrTiO3 as the high refractive index material. Moreover, a fast firing of the BaTiO3/MgF2/BaTiO3 stack in a conveyorized belt furnace yielded good NIR blocking and solar control properties, whereas slow firing in a muffle furnace exhibited ~ 80% visible light transmittance with an NIR transmittance of ~ 75%

Optical properties of multilayer BaTiO3/SiO2 film structures formed by the sol–gel method

Multi-layer film structures BaTiO3/SiO2 with a thickness of ~1 μm containing up to 14 pairs of layers were synthesized by the sol–gel method with sequential heat treatment. It is shown that the synthesized structures are X-ray amorphous. The formation of bands in the transmission and reflection spectra caused by interference effects is demonstrated. A more regular structure exhibits a photon band gap (opacity band) in the visible range with main minimum at 636 nm and corresponding maximum in the reflection spectra. Dispersion characteristics of barium titanate films with different concentrations of initial sols were studied and an increase in the refractive index with an increase in the concentration of sol was demonstrated. For a sol with a concentration of 60 mg/ml, the refractive index in the spectral range of 390–1600 nm is 1.88–1.81. The prospects of sol–gel technology for the formation of BaTiO3/SiO2 structures for nanophotonics and solar radiation converters are discussed

Sol–Gel Fabrication and Luminescence Properties of Multilayer Eu-Doped BaTiO3–SiO2 Xerogel Nanostructures

With the use of sol–gel method BaTiO3–SiO2 multilayer structures were fabricated on glass or fused silica substrates employing dipping or spinning procedure. The photonic stop band was observed in the reflection and transmission spectra of the multilayer structure annealed at 450∘C. It is redshifted with an increase of the thicknesses of BaTiO3 and SiO2 layers. For structures comprising Eu-doped BaTiO3 layers of different thicknesses photoluminescence with the main band at 614nm was detected. It is characterized with the double-exponential decay with the lifetimes of about 0.5ms and 1.1ms which do not depend significantly on the photonic stop band position

ФОТОТОК В СТРУКТУРАХ КРЕМНИЙ/ТИТАНАТ СТРОНЦИЯ/НИКЕЛЬ

The SrTiO3 (strontium titanate xerogel) films were fabricated on the substrates of monocrystalline silicon using the sol-gel method at the annealing temperature 750 °С. The upper nickel electrodes were fabricated using the magnetron sputtering, and the volt-amperic characteristics of the obtained structures were measured. Photocurrent was observed from the structure silicon/strontium titanate/nickel under illumination with the halogen lamp, as well as switching from low resistance state to high resistance state under and without illumination.Золь-гель методом синтезированы пленки титаната стронция SrTiO3 (ксерогель титаната стронция) на подложках монокристаллического кремния при температуре термообработки 750 °С. Методом магнетронного распыления сформированы верхние электроды из никеля и измерены вольт-амперные характеристики сформированных структур. Обнаружен фототок при освещении структуры кремний/титанат стронция/никель галогенной лампой, а также переключение из низкоомного состояния в высокоомное при напряжении около 10 В как при освещении, так и без него

КОНДЕНСАТОРНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК ТИТАНАТА БАРИЯ, СФОРМИРОВАННЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ

The objective of the work is investigation the dielectric permittivity and dielectric loss tangent of BaTiO3 films in a capacitor structure formed by sol – gel method on a Si/TiOx/Pt substrate. The basis of this capacitor is a four-layer film of barium titanate xerogel with a thickness of about 200 nm. The film was synthesized by sol-gel method at a final annealing temperature 750 °C. The problems related to the development of method of forming multilayer capacitor structures, the analysis of the morphology and phase composition of BaTiO3 film, and also the measurement of the capacitance-voltage characteristics in the frequency range 10 kHz – 2 MHz have been solved. Morphology of the films was analyzed using a Hitachi S-4800 scanning electron microscope. X-ray diffraction spectra was recorded using a DRON-3 automated diffractometer, using monochromatic CuKα radiation. Capacitance-voltage characteristics were obtained using a B1500A semiconductor analyzer. Dielectric constant and dielectric loss tangent, calculated for capacitance measurements, are changed as follows: for a bias voltage of U = 0 V, the change in ε is 232–214, and tanδ 0.022–0.16, and for a bias voltage of U = 10 V, ε occurs in the range 135–124 and tanδ from 0.02 to 0.1. The obtained frequency dependences of the dielectric constant of BaTiO3 films show a decrease in the dielectric constant in the range of 10 kHz – 2 MHz. It was found that, with a BaTiO3 film thickness of less than 100 nm, a thin-film capacitor with a lower platinum electrode is not always formed, which is probably caused by shunting of the structure.Цель работы заключалась в исследовании диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь пленок BaTiO3 в конденсаторной структуре, сформированной золь-гель методом на подложке Si/TiOx/Pt. Основа данного конденсатора представляет собой четырехслойную пленку ксерогеля титаната бария толщиной около 200 нм. Пленка синтезирована золь-гель методом при температуре окончательного отжига 750 оС. Были решены задачи, связанные с разработкой методики формирования многослойных конденсаторных структур, исследованием морфологического и фазового состава пленки BaTiO3, а также с измерением значений вольт-фарадных характеристик в диапазоне частот 10 кГц – 2МГц. Морфология полученной конденсаторной структуры исследовалась методом растровой электронной микроскопии на установке HITACHI S-4800. Рентгенодифракционные исследования проводились на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3 с использованием монохроматического CuKα-излучения. Вольт-фарадные характеристики получены с помощью анализатора полупроводниковых приборов B1500A. Значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, вычисленные для результатов измерений емкости, изменяются следующим образом: при напряжении смещения U = 0 В изменение ε составляет 232–214, и tgδ – 0,022–0,16, а при напряжении смещения U = 10 В изменение ε происходит в диапазоне 135–124 и tgδ от 0,02 до 0,1. Полученные частотные зависимости диэлектрической проницаемости пленок BaTiO3 показывают снижение диэлектрической проницаемости в интервале 10 кГц – 2 МГц. Обнаружено, что при толщине пленки BaTiO3 менее 100 нм тонкопленочный конденсатор с нижним электродом из платины не всегда формируется, что предположительно вызвано шунтированием структуры

Condenser structures based on barium titanate films formed by sol-gel method

Цель работы заключалась в исследовании диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь пленок BaTiO3 в конденсаторной структуре, сформированной золь-гель методом на подложке Si/TiOx/Pt. Основа данного конденсатора представляет собой четырехслойную пленку ксерогеля титаната бария толщиной около 200 нм. Пленка синтезирована золь-гель методом при температуре окончательного отжига 750 оС. Были решены задачи, связанные с разработкой методики формирования многослойных конденсаторных структур, исследованием морфологического и фазового состава пленки BaTiO3, а также с измерением значений вольт-фарадных характеристик в диапазоне частот 10 кГц – 2МГц. Морфология полученной конденсаторной структуры исследовалась методом растровой электронной микроскопии на установке HITACHI S-4800. Рентгенодифракционные исследования проводились на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3 с использованием монохроматического CuKα-излучения. Вольт-фарадные характеристики получены с помощью анализатора полупроводниковых приборов B1500A. Значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, вычисленные для результатов измерений емкости, изменяются следующим образом: при напряжении смещения U = 0 В изменение ε составляет 232–214, и tgδ – 0,022–0,16, а при напряжении смещения U = 10 В изменение ε происходит в диапазоне 135–124 и tgδ от 0,02 до 0,1. Полученные частотные зависимости диэлектрической проницаемости пленок BaTiO3 показывают снижение диэлектрической проницаемости в интервале 10 кГц – 2 МГц. Обнаружено, что при толщине пленки BaTiO3 менее 100 нм тонкопленочный конденсатор с нижним электродом из платины не всегда формируется, что предположительно вызвано шунтированием структуры. The objective of the work is investigation the dielectric permittivity and dielectric loss tangent of BaTiO3 films in a capacitor structure formed by sol – gel method on a Si/TiOx/Pt substrate. The basis of this capacitor is a four-layer film of barium titanate xerogel with a thickness of about 200 nm. The film was synthesized by sol-gel method at a final annealing temperature 750 °C. The problems related to the development of method of forming multilayer capacitor structures, the analysis of the morphology and phase composition of BaTiO3 film, and also the measurement of the capacitance-voltage characteristics in the frequency range 10 kHz – 2 MHz have been solved. Morphology of the films was analyzed using a Hitachi S-4800 scanning electron microscope. X-ray diffraction spectra was recorded using a DRON-3 automated diffractometer, using monochromatic CuKα radiation. Capacitance-voltage characteristics were obtained using a B1500A semiconductor analyzer. Dielectric constant and dielectric loss tangent, calculated for capacitance measurements, are changed as follows: for a bias voltage of U = 0 V, the change in ε is 232–214, and tanδ 0.022–0.16, and for a bias voltage of U = 10 V, ε occurs in the range 135–124 and tanδ from 0.02 to 0.1. The obtained frequency dependences of the dielectric constant of BaTiO3 films show a decrease in the dielectric constant in the range of 10 kHz – 2 MHz. It was found that, with a BaTiO3 film thickness of less than 100 nm, a thin-film capacitor with a lower platinum electrode is not always formed, which is probably caused by shunting of the structure

ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗ И ПРОПУСКАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ BaTiO3/SiO2

SOL-GEL METHOD, BARIUM TITANATE, FILTER.В работе изложены результаты формирования золь-гель методом многослойных покрытий, отличающихся показателем преломления BaTiO3/SiO2, на кварцевых и кремниевых подложках. Показано, что многослойные покрытия после термообработки при температуре 450 ºС формируют полосу непрозрачности на спектре пропускания с минимумом 693 нм для 14 пар слоев BaTiO3/SiO2, уменьшая пропускание до 35 %, при этом пропускание в ИК-диапазоне 1000-2000 нм ослабляется до 70-75 %. Пленки являются рентгеноаморфными после термообработки при температурах 450 и 600 ºС. Обсуждается перспектива применения разрабатываемых фильтров для оптики и нанофотоники