WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Спектры для стекол с наночастицами CuInSe2 и твердого раствора с избытком селена (x = 0.7) практически Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Формирование и оптические свойства наночастиц CuInSe2x Te2(1-x) в матрице силикатного стекла энергий фотонов, в то время как для этих соединений отсутствует монотонное изменение Eg при переходе от селенидов к теллуридам и имеет место упомянутый выше минимум при x = 0.5. Такое различие в спектрах наночастиц селенида и обогащенного селеном твердого раствора по сравнению с теллуридом и твердыми растворами, содержащими теллур в количестве 50% и более, может быть связано с изменением кристаллической решетки выделившихся наночастиц между этими двумя типами составов. Решетка халькопирита, наиболее характерная для этих соединений в кристаллическом состоянии [15,16], для Te-содержащих частиц может трансформироваться в кубическую типа сфалерита, что будет вызывать немонотонность в изменении свойств при изменении x. Возможность существования сфалеритной решетки для CuInTe2 и CuInSe2 отмечалась в [28–30].

В видимой области спектра на кривых оптической плотности (рис. 3) для стекол с наночастицами CuInSeобнаружена широкая полоса в области 500-700 нм со слабо выраженным масимумом при 560-570 нм. Для наночастиц твердых растворов, содержащих теллур, (за исключением состава с x = 0.5) и CuInTe2 указанная полоса и максимум более выражены. Наличие в образцах разного стехиометрического состава одного и того же максимума около 560 нм может свидетельствовать о том, что ответственным за его появление является именно присутствие теллура в составе, и состав CuInSeTe (с x = 0.5) опять является аномальным.

Дополнительная термообработка стекол с тройными соединениями CuInSe2 и CuInTe2 не вносит существенных изменений в форму спектральной кривой в ИК области (рис. 2). Лишь при термообработке образцов с частицами CuInSe2 при 500C обнаруживается смещение спектра в коротковолновую область и появление дополнительной структуры около 0.9 мкм. Для образцов с CuInTe2 при термообработке в интервале температур от 500 до 600C смещение спектральной кривой в область длинных волн происходит без изменения ее формы. Спектры в видимой области (рис. 3) при термообработке претерпевают более выраженные изменения: для CuInSe2 имеет место формирование четкого максимума поглощения при 560 нм и небольшой сдвиг в высокоэнергетическую область. Интенсивность максимума в образцах с CuInTe2 после термообработки сохраняется, и также наблюдается его небольшое смещение в область Рис. 3. Спектры поглощения образцов стекол тол- больших энергий.

щиной 0.2 мм, содержащих наночастицы CuInSe2 (1), В системах с твердыми растворами с избытком селена CuInSe1.4Te0.6 (2), CuInSeTe (3), CuInSe0.6Te1.4 (4), CuInTe2 (5), и избытком теллура (рис. 2) термообработка приводит без дополнительной термообработки (a) и после термообрак значительному смещению спектра в ИК области и ботки (6ч) при температурах 500 (b), 550 (c) и 600C (d).

его усложнению: появлению дополнительной структуры в области 0.8-0.9 мкм при термообработке при 550C (x = 0.7) и 500C (x = 0.3). Указанные изменесовпадают и смещены в длинноволновую область по ния согласуются с ходом кривых оптической плотности сравнению с остальными (рис. 2). По мере перехода к (рис. 3, b, c): снижается интенсивность максимума в твердым растворам с большим содержанием теллура по- области 560 нм. Термообработка стекол с наночасти ложение спектра немного смещается в область больших цами CuInSeTe (т. е. x = 0.5) приводит к значительному Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1452 И.В. Боднарь, Н.П. Соловей, В.С. Гурин, А.П. Молочко изменению формы спектра пропускания (рис. 2): при 500C она имеет ступенчатый вид и максимум в области 0.9-1.0 мкм, а при более высокой температуре эта структура становится более размытой. На спектрах поглощения в видимой области (рис. 3) для этих образцов в результате термообработки является максимум поглощения при 560-570 нм, в то время как для стекол с наночастицами других составов подобные максимумы наблюдаются и до дополнительной термообработки.

Появляющиеся в видимой области максимумы можно отнести к проявлению экситонного перехода 1s-1s, характерного для наночастиц с размерным эффектом [3], и тогда его смещение может быть связано с изменением размеров частиц, стимулированным воздействием температуры на стекла. Такое смещение довольно значительно для частиц небольшого размера (порядка единиц нанометров), а в исследуемых стеклах сформиРис. 4. Диаграмма состояния системы CuInSe2–CuInTe2 [22].

рованные частицы имеют больший размер, и смещение L — жидкая фаза.

экситонного максимума должно быть невелико. Между тем положение этого максимума указывает, что в исследуемых стеклах с наночастицами CuInSe2x Te2(1-x) имеет место выраженный квантово-размерный эффект, обу- (рис. 4) [22]. Возможность сосуществования двух нанофаз с различной кристаллической структурой предлагасловливающий высокоэнергетический сдвиг (до 1 эВ по лась, например, для частиц ZrO2 [31] и в нашем случае сравнению с краем поглощения массивного кристалла).

Возможным объяснением такого смещения наряду с раз- может быть обоснована тем фактом, что кристаллические решетки типов халькопирита и сфалерита не сильно мерами могут служить другие характеристики частиц:

отличаются между собой, а точнее — халькопиритная наличие дефектов вследствие нарушения стехиометрии кристалла в процессе синтеза стекол при высоких состоит из двух сфалеритных частей, в которых позиции температурах, кристаллическая структура, которая для двух пар атомов Cu и In меняются местами.

частиц CuInSe2 до термообработки отличается от струк- Отдельного обсуждения заслуживает вариант твертуры твердых растворов и CuInTe2 и не обеспечивает дого раствора CuInSeTe, для него нет особенностей формирования максимума экситонного поглощения. Так, на диаграмме состояния, но он экстремален по ряструктура сфалерита, которая предполагается здесь для ду физических свойств в системе твердых растворов наночастиц CuInTe2, приводит к более выраженному CuInSe2xTe2(1-x) [27,32]. На рис. 3 до вторичной терквантово-размерному эффекту, поскольку при более вы- мообработки спектры стекол с частицами CuInSeTe не сокой симметрии существует вероятность вырождения имеют максимума (рис. 3, a, кривая 3), а в образцах, ряда уровней энергии, что может привести к увеличе- термообработанных при 500-550C, максимумы имению Eg по сравнению с решеткой халькопирита тетраго- ются, но выражены слабее (рис. 3, b, c) по сравнению нальной симметрии массивного полупроводника [15,16]. с твердыми растворами другого состава, однако при Следовательно, спектры образцов с частицами CuInTe2 600C максимум хорошо заметен (рис. 3, d). В этом содержат только вклад от сфалеритной составляющей, с случае и в спектрах пропускания (рис. 2, d, кривая 3) чем и связаны их незначительные изменения в процессе стекла с частицами обнаруживают наиболее значительтермообработки. Значительные изменения в спектрах ные изменения. Можно предполагать, что этому составу происходят при трансформации кристаллической решет- твердых растворов соответствует максимальное разупоки, стимулированной нагреванием стекла. рядочение, так как при одинаковом числе атомов селена Кристаллическую структуру наночастиц CuInSe2, по- и теллура нет предпочтительности решетки CuInSeвидимому, следует отнести к тетрагональной решетке или CuInTe2.

халькопирита. Несовершенством сформированных нано- При уменьшении размеров частиц различие энергий частиц, их термодинамической нестабильностью мож- кристаллических решеток может увеличиваться за счет но объяснить отсутствие либо слабое проявление эк- вклада поверхностной энергии, и двухфазное состояситонных максимумов на кривых оптической плотно- ние может оказаться для некоторых составов твердых сти в нетермообработанных образцах. Для наночастиц растворов термодинамически выгодным, что и обусловтвердых растворов, по-видимому, характерна смешанная ливает появление максимумов экситонного поглощения структура, имеющая халькопиритную и сфалеритную со- сфалеритной фазы. С другой стороны, термообработка ставляющие. На диаграмме состояния CuInSe2–CuInTe2 способствует протеканию процессов разделения фаз, в в интервале 950-1070 K имеется двухфазная область, результате происходит усложнение спектров как в вив которой существуют две отдельные фазы с кристал- димой, так и в ИК областях, смещение положения края лической структурой халькопирита (c) и сфалерита (s) поглощения и эволюция экситонных максимумов. Ответ Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Формирование и оптические свойства наночастиц CuInSe2x Te2(1-x) в матрице силикатного стекла на вопрос о предполагаемом вкладе той или иной фазы [3] S.V. Gaponenko. Optical properties of semiconductor nanoможно получить после исследования фазового состава crystals (Cambridge, Cambridge University Press, 1998).

стекол с наночастицами при различных x на разных [4] N. Peyghambarian, E. Hanamura, S.W. Koch, Y. Masumoto, этапах термообработки. E.M. Wright. In: Nanomaterials: synthesis, properties and applications, ed by A.S. Edelstein, R.C. Cammarata (Institute of Physics Publ., Bristol, 1996) p. 395.

4. Заключение [5] N.R. Kulish, V.P. Kunets, M.P. Lisitsa. Opt. Eng., 34, (1995).

Исследован процесс формирования наночастиц соеди[6] В.А. Гайсин, С.В. Карпов, Е.В. Колобкова, Б.В. Нонений с общей формулой CuInSe2x Te2(1-x) (0 x 1) виков, В.Д. Петриков, А.А. Липовский, Д.Л. Федоров, в стеклянной матрице путем прямого введения соМ.А. Ястребова. ФТТ, 41, 1505 (1999).

ответствующих синтезированных кристаллических по[7] Sh. Mochizuki, K. Umezawa. J. Phys.: Condens Matter, 8, лупроводников в шихту стекла и влияние вторичной 7509 (1996).

термообработки стекол на их структуру и оптические [8] N.F. Borrelli, D.W. Smith. J. Non-Cryst. Sol., 180, 25 (1994).

свойства. Можно сформулировать следующие основные [9] A.D. Andreev, E.V. Kolobkova, A.A. Lipovskii. J. Appl. Phys., результаты.

88, 750 (2000).

1) Электронно-микроскопическое исследование поз[10] И.В. Боднарь, А.П. Молочко, Н.П. Соловей. Неорг. матер., волило установить, что фаза полупроводника в охла22, 1226 (1993).

жденном стекле представлена наночастицами со средни[11] И.В. Боднарь, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, В.С. Гурин.

ми размерами 15-30 нм. Механизм образования частиц, Неорг., матер., 33, 23 (1997).

вероятно, связан с распадом пересыщенного раствора [12] И.В. Боднарь, А.П. Молочко, Н.П. Соловей. Журн. прикл.

полупроводника в стекле и носит универсальный хаспектроскопии, 63, 264 (1996).

рактер при используемом способе приготовления сте[13] В.С. Гурин, В.В. Свиридов, А.С. Ляхов, Е.А. Тявловская, кол, аналогичен наблюдаемому в стеклах с наночаК.Н. Каспаров. Журн. неорган. химии, 41, 5 (1996).

стицами CuInS2xSe2(1-x) (0 x 1) [11], CdSex Te1-x [14] H. Grisaru, O. Palchik, A. Gedanken, V. Palchik, M.A. Slifkin, (0 x 1) [25].

A.M. Weiss. Inorg. Chem., 42, 7148 (2003).

2) Оптические свойства стекол, содержащих нано[15] Н.А. Горюнова. Сложные алмазоподобные полупроводчастицы CuInSe2xTe2(1-x), сложным образом зависят ники (М., Сов. радио, 1968) с. 152.

от соотношения [Se]/[Te] в вводимом соединении, и [16] Л.Л. Казмерски, С. Вагнер. В кн.: Современные проблемы наблюдается аномалия в свойствах для соотношения полупроводниковой фотоэнергетики, под ред. Т. Коутса, [Se]/[Te] =1 (x = 0.5), что связывается с соответствуюДж. Микина (М., Мир, 1988) с. 62.

щей аномалией для макроскопического CuInSeTe.

[17] В.Н. Стрекаловский, Ю.М. Полежаев, С.Ф. Пальгуев.

3) Эффект вторичной термообработки не одинаков Оксиды с примесной разупорядоченностью (М., Наука, для стекол с наночастицами, имеющими разное соот1987).

ношение [Se]/[Te], и проявляется как в положении края [18] Физико-химические свойства полупроводниковых весобственного поглощения в ближней ИК области, так ществ. Справочник (М., Наука, 1979) с. 165.

и в экситонных максимумах в области 550-580 нм.

[19] G.C. Bhar, R.C. Smith. Phys. Status Solidi A, 13, 157 (1972).

Наибольшие изменения имеют место для соединений, [20] Physics of Ternary Compounds. Landolt–Boernstein, New содержащих и селен, и теллур (промежуточные состаSeries, Group III (Springer Verlag, Berlin, 1985) v. 17-h, вы — 0.3 x 0.7), что связывается с изменениями p. 47.

кристаллической решетки наночастиц между типами [21] И.В. Боднарь, А.П. Молочко, Н.П. Соловей. Неорг. матер., халькопирита и сфалерита (последняя, предположитель36, 1527 (2000).

но, стабилизируется для частиц обогащенных теллуром [22] И.В. Боднарь, И.А. Забелина, Б.В. Корзун, А.П. Чернякова.

при быстром остывании стекол).

Журн. неорган. химии, 36, 1062 (1991).

[23] И.В. Боднарь, В.С. Гурин, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, Работа выполнена при финансовой поддержке МиниП.В. Прокошин, К.В. Юмашев. Журн. прикл. спектроскостерства образования Белоруссии.

пии, 67, 350 (2000).

Авторы выражают благодарность А.В. Капарихе за [24] А.А. Аппен. Химия стекла (Л., Химия, 1974) с. 354.

помощь в проведении электронно-микроскопического [25] И.В. Боднарь, В.С. Гурин, А.П. Молочко, Н.П. Соловей, эксперимента.

П.В. Прокошин, К.В. Юмашев. ФТП, 36, 317 (2002).

[26] В.В. Голубков, А.И. Екимов, А.А. Онущенко, В.А. Цехомский. Физика и химия стекла, 7, 397 (1981).

Список литературы [27] И.В. Боднарь, И.А. Забелина. Журн. прикл. спектроскопии, 60, 320 (1994).

[1] А.Д. Помогайло, А.С. Розенберг, И.Е. Уфлянд. Наноча[28] N. Yamamoto, S. Ishida, H. Horisaka. Jap. J. Appl. Phys., 28, стицы металлов в полимерах (М., Химия, 2000).

1780 (1989).

[2] А.И. Гусев. Нанокристаллические материалы: методы [29] F.J. Pern, R. Noufi, A. Mason, A. Franz. Thin Sol. Films, 202, синтеза и свойства (Екатеринбург, Уральское отд. РАН, 1998). 1299 (1991).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1454 И.В. Боднарь, Н.П. Соловей, В.С. Гурин, А.П. Молочко [30] J. Vedel, L. Thouin, D. Lincot. J. Electrochem. Soc., 143, (1996).

[31] В.Я. Шевченко, А.Е. Мадисон, В.Б. Глушкова. Физика и химия стекла, 27, 419 (2001).

[32] L.I. Soliman. Indian J. Pure Appl. Phys., 32, 166 (1994).

Редактор Л.В. Шаронова Formation and optical properties of CuInSe2xTe2(1-x) nanoparticles in the silicate glass matrix I.V. Bodnar’, N.P. Solovei, V.S. Gurin, A.P. Molochko Belorussian State University of Informatics and Radioelectronics, 220013 Minsk, Belorussia Physico-Chemical Research Institute, Belorussian State University, 220080 Minsk, Belarussia

Abstract

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.