Осаждение пленок сульфида цинка из тиомочевинных комплексов и исследование их оптических свойств
Аннотация
В работе представлены результаты исследования пленок сульфида цинка, осажденных методом пиролиза аэрозоля из водных растворов тиомочевинных координационных соединений [Zn(N2H4CS)2Cl2] и [Zn(N2H4CS)2Br2] в диапазоне температур 350–500 °С.
Изучены инфракрасные спектры и спектры комбинационного рассеяния комплексов цинка. Выявлено, что в исследуемых комплексах молекула тиомочевины координируется к катиону металла через атом серы. В низкочастотной области (n < 400 см–1) на спектрах комбинационного рассеяния зарегистрированы полосы, характеризующие колебания связей «цинк–сера« и «цинк–хлор (бром)» изучаемых координационных соединений. Исследованы оптические свойства пленок сульфида цинка с помощью метода оптической спектрофотометрии. Из спектров поглощения определена оптическая ширина запрещенной зоны пленок ZnS, составляющая 3.67–3.74 эВ и 3.63–3.70 эВ для образцов, осажденных из комплексов [Zn(N2H4CS)2Cl2] и [Zn(N2H4CS)2Br2] соответственно. Выявлено
уменьшение ширины запрещенной зоны синтезированных слоев при увеличении температуры осаждения, что связано с изменением их дефектной структуры.
Одним из основных типов дефектов в пленках ZnS, осажденных из комплексов [Zn(N2H4CS)2Cl2] и [Zn(N2H4CS)2Br2], является атом галогена в анионной подрешетке сульфида (ClS˙, BrS˙). С ростом температуры осаждения содержание этих дефектов в пленках уменьшается вследствие полного разрушения связей Zn–Cl и Zn–Br и улетучивания галогена при термолизе комплексов, и освободившиеся места ClS, BrS˙ занимает кислород (OSх). Присутствие кислорода в пленках обусловлено проведением синтеза в окислительной атмосфере воздуха и частичным гидролизом исходной соли цинка. Повышение содержания кислорода в образцах с ростом температуры осаждения приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны пленок ZnS.
Скачивания
Литература
Sychov M. M., Ogurtsov K. A., Bakhmetyev V. V., Kotomin A. A., Dushenok S. A., Kozlov A. S., Lebedev V. T., Kulvelis Y. V., Sokolov A. E., Trunov V. A., Török Gy. Effect of the Cu content and ZnS treatment on the characteristics of synthesized ZnS:(Cu, Cl) electroluminescent phosphors. Semiconductors. 2012; 46(5): 696–700. https://doi.org/10.1134/S1063782612050223
Bacherikov Yu. Yu., Kitsyuk N. V. Doped ZnS phosphors with a constant spectral density in the 500–750 nm range. Technical Physics. 2005;50(5): 658–659. https://doi.org/10.1134/1.1927225
Semenov V. N., Naumov A.V. Proceses of directed synthesis of metal sulfide films from the thiocarbamide coordination compounds*. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija: Himija. Biologija. Farmacija. 2000;2: 50–55. (In Russ.). Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=21847224
Naumov A. V., Samofalova T. V., Semenov V. N., Nechaev I. V. Thiourea complexes in synthesis of CdxZn1–xS solid solutions. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2011;56(4): 621–627. https://doi.org/10.1134/S0036023611040218
Samofalova T. V., Semenov V. N. Films based on a solid solution of CdS-ZnS system from thiourea coordination compounds and their properties. Russian Journal of Applied Chemistry. 2013;86(12): 1811–1818. https://doi.org/10.1134/S1070427213120021
Ugaj Ya. A., Semenov V. N. Interaction of thiourea with zinc salts in the preparation of ZnS films*. Russian Journal of General Chemistry. 1989;59(10): 2177–2185. (In Russ.). Available at: https://elibrary.ru/item.asp?d=28900634
Ukhanov Yu . I . Optical properties of semiconductors*. Moscow: Nauka Publ.; 1977. 361 p. (In Russ.).
Kharitonov Yu. Ya., Brega V. D., Ablov A. V., Proskina N. N. IR absorption spectra and normal vibrations of metal complexes with thiourea*. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1974;19(8): 2166–2177. (In Russ.)
Kharitonov Yu. Ya., Brega V. D., Ablov A. V. On normal vibrations of complex compounds of PdII and CdII with thiourea*. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1971;16(2): 572–573. (In Russ.)
Serrano J. Cantarero A., Cardona M., Garro N., Lauck R., Tallman R. E., Ritter T. M., Weinstein B. A. Raman scattering in b-ZnS. Physical Review B. 2004;69: 1–11. https://doi.org/10.1103/PHYSREVB.69.014301
Kumari R. G., Ramakrishnana V., Carolinb M. L., Kumar J., Saruac A., Kuball M. Raman spectral investigation of thiourea complexes. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2009;73(2): 263–267. https://doi.org/10.1016/j.saa.2009.02.009
Selvasekarapandian S., Vivekanandian K., Kolandaivel P., Gundurao T. K. Vibrational studies of bis(thiourea) cadmium chloride and tris(thiourea) zinc sulphate semiorganic non-linear optical crystals. Crystal Research and Technology. 1997;32(2): 299–309. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4555(199710)28:10<779::AID-JRS147>3.0.CO;2-5
Sidorov A. I, Tung N. D., Van Wu. N., Antropova T. V., Nashchekin A. V. Optical properties of nanocomposites on base of zinc and tin sulfides in nanoporous glass. Optics and Spectroscopy. 2019;127(5): 914–918. https://doi.org/10.1134/S0030400X19110237
RRUFF Database of Raman spectroscopy, X-ray diffraction and chemistry of minerals. Available at: https://rruff.info/15. Irish D. E., Young T. F. Raman spectrum of
molten zinc chloride. The Journal of Chemical Physics. 1965; 43 (5): 1765–1768. https://doi.org/10.1063/1.1697005
Alsayoud A. Q. , Venkateswara M. R. , Edwards A. N., Deymier P. A., Muralidharan K., Potter B. G., Runge Jr. K., Lucas P. Structure of ZnCl2 Melt. Part I: Raman spectroscopy analysis driven by Ab Initio methods. The Journal of Physical Chemistry B. 2016;120(17): 4174–4181. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b02452
Heumen J. V., Ozeki T., Irish D. Raman spectral study of the equilibria of zinc bromide complexes in DMSO solutions. Canadian Journal of Chemistry. 1989;67: 2030–2036. https://doi.org/10.1139/V89-314
Kalman E., Serke I., Palinkas G. Complex formation in an aqueous ZnBr2 solution based on electron diffraction, X-ray scattering and Raman spectra. Zeitschrift fur Naturforschung. 1983;38(2): 225–230. https://doi.org/10.1515/zna-1983-0220
Oussad M., Becker P., Kemiche M., Carabatos-Nedelec C. Low temperature phase transitions in zinc tris (thiourea) sulfate (ZTS) determined by Raman scattering. Physica Status Solidi B. 2000;222: 553–561. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199805)207:1<103::AID-PSSB103>3.0.CO;2-L
Hase Y., Airoldi C., Gushikem Y., Kawano Y. Raman spectra of Zn(CH3CN)2X2 (X= C1, Br and I). Spectroscopy Letters. 1976;9(2): 105–118. https://doi.org/10.1080/00387017608067418
Ishikawa D. N., Tellez S. C. A. Infrared and Raman spectra of Zn(NH3)2Br2 with 15N and 2H isotopic substitution. Vibrational Spectroscopy. 1994;8: 87–95. https://doi.org/10.1016/0924-2031(94)00014-8
Vishwakarma R. Effect of substrate temperature on ZnS films prepared by thermal evaporation technique. Journal of Theoretical and Applied Physics. 2015;9:185–192. https://doi.org/10.1007/s40094-015-0177-5
Offor P. O., Okorie B. A., Ezekoye B. A., Ezekoye V. A., Ezema J. I. Chemical spray pyrolysis synthesis of zinc sulphide (ZnS) thin films via double source precursors. Journal of Ovonic Research. 2015;11(2): 73–77. Режим доступа: https://chalcogen.ro/73_Offor.pdf
Physical Quantities: Handbook. I. S. Grigor’ev, E. Z. Meilikhov (eds.). Moscow: Energoatomizdat Publ., 1991. 1232 p. (in Russ.)
Faraj M. G., Taboada P. Structural and optical properties of ZnO thin films prepared by spray pyrolysis on PI plastic substrates at various temperatures for integration in solar cell. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2017;28: 16504–16508. https://doi.org/10.1007/s10854-017-7562-6
Copyright (c) 2022 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
