ОПТИМІЗАЦІЯ УМОВ СИНТЕЗУ ТОНКИХ ПЛІВОК HgS

M. Sozanskyi, V. Stadnik, R. Guminilovych, P. Shapoval, M. Laruk, Yo. Yatchyshyn

Анотація


Методом хімічного осадження отримано плівки меркурій сульфіду на скляних підкладках. Для цього використано свіжоприготовані розчини меркурій(II) нітрату, тіосечовини та тринатрій цитрату. Тіосечовина виконувала роль одночасно комплексо-утворювального та халькогенізуючого реагента, а тринатрій цитрат – регулятора pH середовища. Проведеним рентгенофазовим аналізом підтверджено, що плівки є однофазними та містять HgS в тригональній модифікації (структурний тип HgS). Для оптимізації процесу синтезу проведено гравіметричне визначення маси осадженої плівки HgS. Для цього брали різницю мас-підкладок до і після осадження залежно від концентрації початкових реагентів у робочому розчині, тривалості та температури осадження. На основі отриманих результатів розраховано товщину плівок HgS. За зміни параметрів процесу визначено їхні оптимізовані значення, за яких HgS осідав переважно у вигляді покриття, а не осаду. На основі отриманих даних з’ясовано, що оптимізованими умовами синтезу плівок HgS є такі концентрації солі меркурію(II), тіосечовини та тринатрій цитрату у робочому розчині: 0,01 М; 0,02 М; 0,015 М, відповідно; час осадження – 5 хв і температура – 363 К. При цьому середовище робочого розчину є близьким до нейтрального. За таких умов досягнуто найбільшу середню товщину плівок HgS, яка становила 46 нм. Визначено спектри оптичного пропускання T(λ) (при λ = 340–900 нм) для плівок HgS, отриманих за різних тривалостей синтезу (інші параметри синтезу дорівнюють оптимізованим). Мінімальне пропускання (Tmin) в досліджуваному діапазоні λ є за довжини хвилі 340 нм. За більших довжин простежується стрибок, який виходить на максимальне пропускання (Tmax) при λ = 900 нм. У діапазоні тривалостей синтезу 0,5–5 хв Tmin та Tmax зменшуються від ~ 48 до 18 % та від ~ 85 до 72 %, відповідно. Отже, оптична ширина забороненої зони плівки HgS чисельно зменшується з 3,20 до 2,84 еВ, що пов’язано зі збільшенням товщини під час росту покриття. Дослідження морфології поверхні плівки HgS, отриманої в оптимізованих умовах, показали, що покриття є суцільним та однорідним. Його поверхня складається з частинок неправильної форми. Їхня середня висота близька до 50 нм, що відповідає розрахованій величині за масою покриття. Згідно з результатами елементного аналізу, плівка HgS має практично стехіометричний склад з невеликим надлишком атомів сірки (Hg : S = 47,14 : 52,83). Проведені дослідження підтвердили високу ефективність використання методу хімічного осадження для виготовлення плівок HgS.

 

Ключові слова: меркурій сульфід, тонкі плівки, хімічне осадження, оптичні властивості.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Pawar S. M., Pawar B. S., Kim J. H. et al. Recent status of chemical bath deposited metal chalcogenide and metaloxide thin films // Curr. Appl. Phys. 2011. Vol. 11. P. 117–161. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.07.007

Hodes G. Chemical Solution Deposition of Semiconductor Films. New York: Marcel Dekker, Inc., 2002. 376 p.

Sozanskyi M. A., Shapoval P. I., Yatchyshyn I. I. et al. Synthesis of ZnS thin films from aqueous caustic of trisodium citrate and their properties // Odes’kyi Politech. Univ. Pratsi. 2015. Iss. 3. N 47. P. 119–125. DOI: https://doi.org/10.15276/opu.3.47.2015.17

Sozanskyi M. A., Shapoval P. I., Chaykivska R. T. et al. Hydrochemical synthesis of zinc selenide (ZnSe) thin films in the presence of sodium hydroxide and their properties // Visnyk Lviv. Polytech. Nats. Univ. 2016. Vol. 841. P. 36–42 (in Ukrainian).

Shapoval P., Guminilovych R., Yatchyshyn I. The conditions effect of obtaining CdS and CdSe films on their structural and optical properties // Chem. Chem. Technol. 2013. Vol. 7. P. 345–350.

Kraus W., Nolze G. Powder Cell for Windows. Berlin, 1999.

Patil R. S., Gujar T. P., Lokhande C. D. et al. Photoelectrochemical studies of chemically deposited nanocrystalline p-type HgS thin films // Sol. Energy. 2007. Vol. 81. P. 648–652. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2006.08.015

Najdoski M. Z., Grozdanov I. S., Deyb S. K., Siracevska B. B. Chemical bath deposition of mercury(II) sulfide thin layers // J. Mater. Chem. 1998. Vol. 10. P. 2213–2215. DOI: https://doi.org/10.1039/A802347F

Patil R. S., Lokhande C. D., Mane R. S. et al. Successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) trend for nanocrystalline mercury sulfide thin films growth // Mater. Sci. Eng. B. 2006. Vol. 129. P. 59–63. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mseb.2005.12.027

Ranga Rao A., Dutta V., Singh V. N. Multiwalled HgX (X = S, Se, Te) nanotubes formed with a mercury iodide catalyst in nanocrystalline thin films spray-deposited at low temperature // Adv. Mater. 2008. Vol. 20. P. 1945–1951. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200702852

Mu J., Zhang Yu., Wang Ya. Growth and characterization of β-HgS thin films by annealing Hg2+-dithiol self-assembled multilayers // J. Dispersion Sci. Technol. 2005. Vol. 26. P. 641–644. DOI: https://doi.org/10.1081/DIS-200057692

Abdullah O. Gh., Salman Ya. A. K., Saleem S. A. Electrical conductivity and dielectric characteristics of in situ prepared PVA/HgS nanocomposite films // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2015. Vol. 27. P. 3591–3598. DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-015-4196-4




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6001.146

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.