Low Temperature Physics: 41, 129 (2015); https://doi.org/10.1063/1.4908204
Физика Низких Температур: Том 41, Выпуск 2 (Февраль 2015), c. 169-184    ( к оглавлению , назад )

Свойства твердых растворов, легированных пленок и нанокомпозитных систем на основе оксида цинка

Г.В. Лашкарев1, И.И. Штеплюк1, А.И. Евтушенко1, О.Ю. Хижун1, В.В. Картузов1, Л.И. Овсянникова1, В.А. Карпина1, Д.В. Миронюк1, В.В. Хомяк2

В.Н. Ткач3, И.И. Тимофеева1, В.И. Попович1, Н.В. Дранчук1, В.Д. Храновский1, П.В. Демидюк1

1Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАНУ ул. Кржижановского, 3, г. Киев, 03680, Украина
E-mail: geolash@ipms.kiev.ua

2Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича ул. Коцюбинского, 2, г. Черновцы, 58000, Украина

3Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАНУ ул. Автозаводская, 2, г. Киев, 04074, Украина

Статья поступила в редакцию 13 ноября 2014 г.

Аннотация

Рассмотрены свойства материалов на основе широкозонного полупроводника оксида цинка, перспективных для применений в оптоэлектронике, наноплазмонике и фотовольтаике. Изучены структурные и оптические свойства пленок твердых растворов Zn1–xCdxO c различным содержанием кадмия, полученных методом магнетронного распыления на сапфировых подложках. Спектры низкотемпературной фотолюминесценции выявили присутствие пиков, связанных с процессами излучательной рекомбинации в областях пленки с различным содержанием кадмия. Рентгенофазовый анализ обнаружил в пленках наличие фазы кубического оксида кадмия. Теоретическое исследование термодинамических свойств твердых растворов позволило качественно интерпретировать наблюдаемые экспериментальные явления. Установлено, что рост пленки гомогенного твердого раствора возможен только при высоких температурах, а область негомогенных составов может быть сужена вследствие упругой деформации, вызванной несоответствием периодов решеток пленка–подложка. Выявлены движущие силы спинодального распада системы Zn1–xCdxO. Фуллереноподобные кластеры ZnnxCdxOn использованы для расчета ширины запрещенной зоны и энергии когезии твердых растворов ZnCdO. Рассмотрены свойства прозрачных электропроводных пленок ZnO, легированных донорными примесями III группы (Al, Ga, In). Показано, что за центры ловушек для дырок в процессах фотопроводимости в оксиде цинка отвечают вакансии кислорода. Рассмотрены особенности фотолюминесценции нанокомпозитных систем металл–ZnO, обусловленные поверхностными плазмонами.

PACS: 64.60.My Метастабильные фазы;
PACS: 05.70.Ln Неравновесная и необратимая термодинамика;
PACS: 61.72.Bb Теории и модели кристаллических дефектов;
PACS: 61.72.Mm Границы зерен и двойниковые границы.

Ключевые слова: оксид цинка, твердые растворы, низкотемпературная люминесценция, фотопроводи-мость, изоэлектронная примесь, радиационная стойкость.

Oпубликована онлайн: 22 декабря 2014 г.