Оптичні властивості структур, отриманих при осадженні мікрочастинок ZnO в електричному полі

V. I. Tyutyunnikov

doi:10.31498/2225-6733.38.2019.181276

Автор(и)

V. I. Tyutyunnikov ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.38.2019.181276

Ключові слова:

спектр, фотолюмінесценція, електричне поле, ультрадисперсні кристали

Анотація

У даній роботі розглядаються спектри фото-люмінесценції (ФЛ) ультрадисперсних кристалів (УДК) ZnO, осаджених на підкладку в електричному полі. Дрібнодисперсні кристали ZnO отримували шляхом поділу на фракції в колоїдному розчині промислового люмінофора К-56. Колоїдний розчин витримувався в пробірці не менше двох тижнів. Після цього для досліджень використовувалася 1/3 розчину з верхньої частини пробірки. Аналіз мікрофотографії плівки УДК показує, що розміри кристалів знаходяться в межах 10-40 нм. Зразки для дослідження наносилися на підкладку з нержавіючої сталі у вигляді емульсії ZnO водного розчину, потім вода була вилучена шляхом випарювання. Досліджувалися зразки ZnO, нанесені на підкладку як звичайним способом, так і в електричному полі. Напруженість електричного поля становила 10⁵ В/м. Спектри ФЛ для вихідного зразка мають досить інтенсивну широку смугу в видимій ділянці, яка при осадженні початкового зразка в електричному полі стає менш інтенсивною. Спектри ФЛ для УДК ZnO мають слабку інтенсивність смуги в видимій області, а спектри ФЛ для УДК ZnO, осаджених в електричному полі, практично не мають цієї смуги. При цьому екситонна смуга з λ_мах = 401 нм для всіх зразків залишається практично незмінною. Для відповіді на питання про походження спектральної лінії в видимої області, що охоплює діапазон від 401 до 650 нм, зразок початкового ZnO (промислового люмінофора К-56) оброблявся іонами кисню з енергією 3 кВ протягом двадцяти хвилин, після чого інтенсивність смуги ФЛ (Е6) у видимій області значно збільшилася. Після прогріву зразка до 700 К в вакуумі (з подальшим охолодженням до кімнатної температури) спектр ФЛ ZnO приймає первинний вигляд, що говорить про те, що дефекти, відповідальні за лінію у видимій області спектра (довжина хвилі в максимумі λ_мах ≈ 510-540 нм), створюються іонами кисню

Біографія автора

V. I. Tyutyunnikov, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Посилання

Перелік використаних джерел (ГОСТ):

Морфология и оптические свойства наноструктур оксида цинка, синтезированных методами термического и электроразрядного распыления / В.С. Бураков [и др.] // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81, вып. 2. – С. 89-97.

Дослідження процесів формування нанопорошкового ZnO та його властивості / Б.К. Остафійчук [та ін.] // Фізика і хімія твердого тіла. – 2008. – Том 9, № 4. – С. 728-731.

Surface Luminescence of Polycrystallin Zinc oxide Excited by Hydrogen Atoms / M. Sushchikh [et al.] // Materials Research Society Symposium Proceedings. – 2007. – Vol. 957. – Pp. 1-6. – Mode of access: DOI: 10.1557/PROC-0957-K07-02.

Вакалов Д.С. Исследование центров рекомбинации в наночастицах ZnO методами оптической, фотоэлектрической и люминесцентной спектроскопии / Д.С. Вакалов, С.О. Краидиевский, Л.В. Михнев // Оптика и спектроскопия конденсированных сред: материалы XVIII всероссийской конференции. – Краснодар, 2012. – С. 157-161.

Кузьмина И.П. Окись цинка. Получение и оптические свойства / И.П. Кузьмина, В.А. Никитенко; отв. ред. И. К. Верещагин ; АН СССР, Ин-т кристаллографии им. А.В. Шубникова. – Москва : Наука, 1984. – 166 с.

Nikitenko V.A. Optics and Spectroscopy of Point Defects in ZnO / V.A. Nikitenko // Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Zinc Oxide as a Material for Microand Optoelectronic Applications (23-25 June 2004; St. Petersburg). – Springer, 2005. – Pp. 69-81.

Оптические и структурные свойства наностержней ZnO, полученных методом импульсного лазерного напыления без катализатора / Кайдашев В.Е. [и др.] // Журнал технической физики. – 2009. – Том 79, вып. 11. – C. 45-49.

Li L.E. Room-temperature excitonic lasing in ZnO tetrapod-like crystallites / L.E. Li, L.N. Demianets // Optical Materials. – 2008. – Vol. 30, no. 7. – Pp. 1074-1078. – Mode of access:

DOI: 10.1016/j.optmat.2007.05.013.

Использование различных катализаторов роста для лазерного напыления микро- и наностержней ZnO / Н.В. Лянгузов [и др.] // Журнал технической физики. – 2012. – Т. 82, вып. 4. – Pp.108-116.

Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. – M. : Физматлит, 2009. – 416 с.

Поляризация тонких пленок титаната бария-стронция при действии внешнего электрического поля / В.Б. Широков [и др.] // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81, вып. 8. – С. 115-121.

MElectric-Field-Drivtn Accumulation and Alignment of CdSe and CdTe Nanorods in Nanoscale Devices / Zonghai Hu [et al.] // Nano letters. – 2006. – Vol. 6, № 11. – Pp. 2585-2591. – Mode of access: DOI: 10.1021/nl0620379.

Electric-Field-Assisted Assembly of Perpendicularly oriented Nanorod Superlattices / Kevin M. Ryan [et al.] // Nano letters. – 2006. – Vol. 6, № 7. – Pp. 1479-1482. – Mode of access: DOI: 10.1021/nl060866o.

Аливов Я.И. Зеленая полоса люминесценции пленок оксида цинка, легированных медью в процессе термической диффузии / Я.И. Аливов, М.В. Чукичев, В.А. Никитенко // Физика и техника полупроводников. – 2004. – Т. 38, вып. 1. – С. 34-38.

Сенсибилизация наностержней ZnO квантовыми точками CdSe / А.В. Трошин [и др.] // Неорганические материалы. – 2012. – Т. 48, № 7. – С. 811-818.

Исследование структуры, эмиссионных и пьезоэлектрических свойств пленок ZnS, ZnS-ZnO и ZnO, полученных химическим методом / В.С. Хомченко [и др.] // Журнал технической физики. – 2014. – Т. 84, вып.1. – С. 94-103.

References:

Burakov V.S., Tarasenko N.V., Nevar E.A., Nedel’ko M.I. Morfologiia i opticheskie svoistva nanostruktur oksida tsinka, sintezirovannykh metodami termicheskogo i elektrorazriadnogo raspyleniia [Morphology and optical properties of zinc oxide nanostructures synthesized by thermal and electrical discharge spraying]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki – Technical Physics, 2011, vol. 81, no. 2, pp. 89-97. (Rus.)

Ostafіichuk B.K., Zhirovets’kii V.M., Kotliarchuk B.K., Moisa M.І., Popovich D.І., Serednits’kii A.S. Doslіdzhennia protsesіv formuvannia nanoporoshkovogo ZnO ta iogo vlastivostі [Investigation of processes of formation of nanopowder ZnO and its properties]. Fіzika і khіmіia tverdogo tіla – Physics and Chemistry of Solid State, 2008, vol. 9, no. 4, pp. 728-731. (Ukr.)

Sushchikh M., Styrov V., Tyutyunnikov V., Cordella N. Surface Luminescence of Polycrystallin Zinc oxide Excited by Hydrogen Atoms. Materials Research Society Symposium Proceedings, 2007, vol. 957, pp. 1-6. doi: 10.1557/PROC-0957-K07-02.

Vakalov D.S., Kraidievskii S.O., Mikhnev L.V. Issledovanie tsentrov rekombinatsii v nanochastitsakh ZnO metodami opticheskoi, fotoelektricheskoi i liuminestsentnoi spektroskopii. Materialy XVIII vseros. konf. «Optika i spektroskopiia kondensirovannykh sred» [Investigation of recombination centers in ZnO nanoparticles by optical, photoelectric and luminescent spectroscopy. Proceedings of XVIII All-Russian Conf. «Optics and condensed matter spectroscopy»]. Krasnodar, 2012, pp. 157-161. (Rus.)

Kuz’mina I.P., Nikitenko V.A. Okis’ tsinka. Poluchenie i opticheskie svoistva [Zinc oxide. Receiving and optical properties]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 166 p. (Rus.)

Nikitenko V.A. Optics and Spectroscopy of Point Defects in ZnO. Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Zinc Oxide as a Material for Microand Optoelectronic Applications. St. Petersburg, 2005. pp. 69-81.

Kaidashev V.E., Kaidashev E.M., Peres M., Monteiro T., Correia M.R., Sobolev N.A. Opticheskie i strukturnye svoistva nanosterzhnei ZnO, poluchennykh metodom impul’snogo lazernogo napyleniia bez katalizatora [Optical and structural properties of ZnO nanorods obtained by pulsed laser deposition without a catalyst]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki – Technical Physics, 2009, vol. 79, no. 11, pp.45-49. (Rus.)

Li L.E., Demianets L.N. Room-temperature excitonic lasing in ZnO tetrapod-like crystallites. Optical Materials, 2008, Vol. 30, no. 7, Pp. 1074-1078. doi: 10.1016/j.optmat.2007.05.013.

Lianguzov N.V., Kaidashev V.E., Zakharchenko I.N., Kuprina Iu.A., Bunina O.A., Iuziuk Iu.I., Kiselev A.P., Kaidashev E.M. Ispol’zovanie razlichnykh katalizatorov rosta dlia lazernogo napyleniia mikro- i nanosterzhnei ZnO [Using various growth catalysts for laser deposition of ZnO micro and nanorods]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki – Technical Physics, 2012, vol. 82, no. 4, pp. 108-116. (Rus.)

Gusev A.I. Nanomaterialy, nanostruktury, nanotekhnologii [Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2009. 416 p. (Rus.)

Shirokov V.B., Biriukov S.V., Mukhortov V.M., Iuziuk Iu.I. Poliarizatsiia tonkikh plenok titanata bariia-strontsiia pri deistvii vneshnego elektricheskogo polia [Polarization of thin films of barium-strontium titanate under the action of an external electric field]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki – Technical Physics, 2011, vol. 81, iss. 8, pp. 115-121. (Rus.)

Zonghai Hu, Michael D. Fischbein, Claudia Querner, and Marija Drndic. Electric-Field-Drivtn Accumulation and Alignment of CdSe and CdTe Nanorods in Nanoscale Devices. Nano letters, 2006, vol. 6, № 11, pp. 2585-2591. doi: 10.1021/nl0620379.

Ryan K.M., Mastroianni A., Stancil K.A., Liu H., Alivisatos A.P. Electric-Field-Assisted Assembly of Perpendicularly oriented Nanorod Superlattices. Nano letters, 2006, vol. 6, № 7, pp. 1479-1482. doi: 10.1021/nl060866o.

Alivov Ia.I., Chukichev M.V., Nikitenko V.A. Zelenaia polosa liuminestsentsii plenok oksida tsinka, legirovannykh med'iu v protsesse termicheskoi diffuzii [Green luminescence band of zinc oxide films doped with copper in the process of thermal diffusion]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov – Semiconductors, 2004, vol. 38, iss. 1, pp. 34-38. (Rus.)

Troshin A.V., Kovalenko A.A., Dorofeev S.G., Baranov A.N. Sensibilizatsiia nanosterzhnei ZnO kvantovymi tochkami CdSe [Sensitization of ZnO Nanorods by CdSe Quantum Dots]. Neorganicheskie materialy – Inorganic Materials, 2012, vol. 48, № 7, pp. 811-818. (Rus.)

Khomchenko V.S., Roshchina N.N., Zav’ialova L.V., Strel’chuk V.V., Svechnikov G.S., Tat’ianenko N.P., Gromashevskii V.L., Litvin O.S., Avramenko E.A., Snopok B.A. Issledovanie struktury, emissionnykh i p’ezoelektricheskikh svoistv plenok ZnS, ZnS-ZnO i ZnO, poluchennykh khimicheskim metodom [Study of the structure, emission and piezoelectric properties of ZnS, ZnS-ZnO and ZnO films obtained by the chemical method]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki – Technical Physics, 2014, vol. 84, iss. 1, pp. 94-103. (Rus.)