Cx-x структура та оптичні властивості ZnO, отриманого методом електрохімічного осадження

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• На основі квантової механіки були створені сучасні уявлення про будову й оптичні властивості, 1139.5kb.
• Формат опису модуля назва модуля: Волоконно-оптичні перетворювачі Код модуля, 17.97kb.
• Об особенностях спектров радикалорекомбинационной люминесценции ZnO и ZnS, 1011.67kb.
• Питання для підготовки до іспиту (заліку), 19.17kb.
• Нітратна кислота та її властивості, 90.75kb.
• Будова й властивості твердих тіл. Кристалічні й аморфні тіла. Анізотропія кристалів., 92.38kb.
• Аргументативний дискурс, політична полеміка 4 Види аргументації, 1040.78kb.
• Загальна програма з математики для підготовки до тестування на 2-ий курс радіофізичного, 24kb.
• Контрольная работа по курсу «Линейной алгебры и математического программирования», 99.84kb.
• Програма вступного іспиту до аспірантури за спеціальністю 01. 01. 02 Диференціальні, 57.6kb.

Cx-X

Структура та оптичні властивості ZnO, отриманого методом електрохімічного осадження

А. І. Жиліна, Т. Л. Козлова, С. В. Чертопалов^*

Спеціалізований санаторний інтернатний заклад «Ерудит» для обдарованих дітей, вул. Челюскінців, 189, 83048, м. Донецьк-48, Україна
^*Донецький національний університет, вул. Університетська, 24, 83001, Донецьк-01, Україна, E-mail: chertopalov@mail.ru

Цинк оксид (ZnO) у кристалічному стані є добре вивченим прозорим напівпровідником з широкою забороненою зоною (біля 3,4 еВ), з великою енергією зв’язку екситону, прямими міжзонними переходами [1]. Інтенсивні дослідження ZnO на теперішній час можна пояснити величезними потенційними можливостями використання його в якості матеріалу для фоторезисторів, напівпровідникових світлодіодів, прозорих контактів, сонячних елементів та інших елементів для прозорої тонкоплівкової електроніки й оптоелектроніки. Однак вплив умов отримання цинк оксиду методом катодного електрохімічного осадження з водного розчину ще не є добре вивченим, особливо при використанні барвників. Вибір електрохімічного методу осадження пояснюється вагомим економічним потенціалом методу, завдяки дешевизні технологічного процесу, використанню екологічно безпечних речовин, відсутності необхідності використання вакуумної техніки та високотоксичних речовин, низькою температурою синтезу (до 100°С), а також можливістю контрольованого синтезу мікро- та наноструктур із заданими параметрами [2-4].

Метою роботи було отримання і дослідження структури і оптичних властивостей цинк оксиду, отриманого методом катодного електрохімічного осадження. Електрохімічні дослідження проводили за допомогою потенціостату П5827-М при потенціалі на робочому електроді -0.95 В (vs. SCE) у водному розчині Zn(NO₃)₂ з концентрацією 0.1 моль. В якості підкладок використовували скло з нанесеним прозорим шаром індій оксиду, легованого станум оксидом ITO (Asahi U, 10 Oм/), з товщиною ITO 250-300 нм. Підкладки попередньо промивали у водному розчині Na₂CO₃, дистильованій воді, а потім в ізопропиловому спирті.

Інший метод отримання цинк оксиду - у водному розчині ZnCl₂ з різною концентрацією (5, 1, 0.5, 0.1 ммоль) і фоновому електролітом KCl 0.1 моль. Попередньо перед осадженням фоновий електроліт насичували киснем продувкою крізь нього протягом 30 хвилин при температурі розчину 70°C, а також проводили преелектроліз протягом 30 хвилин. В цьому випадку використовували метод електроду який обертається зі швидкістю 500 об./хвилину. Можливі основні електрохімічна реакції для цинк нітрату Zn²⁺ +NO₃^- +2ē→ ZnO+NO₂^- і для хлориду цинку можна записати реакцію Zn ²⁺ +2OH^- →Zn(OH)₂ →ZnO+H₂O. У результаті реакції O₂+2H₂O+4ē→4OH^- на поверхні ITO осаджуються іони OH^-.

Спектри оптичного пропускання знімали за допомогою спектрофотометру СФ-4. Зі спектрів поглинання можна бачити, що плівка для найбільшої з досліджених концентрацій (5 мM) максимально розсіює світло і має край власного поглинання біля 350 м, що відповідає ширині забороненої зони цинк оксиду.

Аналіз дифрактограм, які були отримані за допомогою рентгенівського дифрактометру ДРОН-4-07 у випромінюванні Cu K_<α>, показав, що отриманий цинк оксид має гексагональну фазу типу вюрциту. Ширина дифракційного максимуму 0002 на половині висоти складає 0,2⁰, що є свідоцтвом про достатньо високу якість структури ZnO. При концентрації ZnCl₂ 0,5 ммоль з’являється тільки один дифракційний максимум цинк оксиду – слабкий дифракційний максимум 0002. Зі зростанням концентрації ZnCl₂ інтенсивність цього максимуму зростає, залишаючись найбільшою для дифракційної картини цинк оксиду, що свідчить про збереження тенденції переважання орієнтування цинк оксиду <0001> перпендикулярно підкладці. Необхідно також зауважити, що при часі осадження 10 хвилин і більше ступінь досконалості текстури полікристалічного цинк оксиду (0001)ZnO || підкладці збільшується.

1. H. Morkoç, Ü. Özgür, Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2009).
   
2. Z. L. Wang, J. Phys.: Condens. Matter 16, R829–R858 (2004).
   
3. T. Yoshida, J. Zhang, D. Komatsu et al., Adv. Funct. Mater., 19, №1: 17 (2009).
   
4. С. В. Чертопалов, А. Н. Троцан, А. И. Бажин, Ц. Йошида, Физическая инженерия поверхности, 8, №3: 236 (2010).