НАНОСИСТЕМЫ: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ
NANOSYSTEMS: SYNTHESIS, PROPERTIES, AND APPLICATION
Статья поступила в редакцию 20.08.14. Ред. рег. № 2079
The article has entered in publishing office 20.08.14. Ed. reg. No. 2079
УДК 546.26.538.97
ФОТОАКТИВНОСТЬ ПЛЕНОЧНОЙ СИСТЕМЫ Cd-УГЛЕРОД А.В. Кокшина, В.Д. Кочаков, А.В. Смирнов
Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова Чувашская Республика, 428015 Чебоксары, Московский пр., д. 15 E-mail: annika21@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 25.08.14 Заключение совета экспертов: 30.08.14 Принято к публикации: 05.09.14
В данной статье представлены результаты исследования фотоактивных пленочных систем металл-углерод на примере системы кадмий - линейно-цепочечный углерод (Cd-ЛЦУ) и приведено сравнение некоторых свойств данной системы с прозрачной проводящей системой CdO. Методом твердофазного синтеза были получены тонкие пленки CdO и Cd-ЛЦУ. Приведены спектры пропускания и вольт-амперные характеристики систем. Было показано, что коэффициент пропускания системы Cd-ЛЦУ выше, чем у CdO. Определена ширина запрещенной зоны данных систем. Было получено прозрачное проводящее покрытие, по ряду характеристик превосходящее CdO. Данные пленки могут быть использованы в качестве прозрачных электродов, антиотражающих покрытий в фотоэлектрических преобразователях, солнечных элементов и других оптоэлектронных устройств.
Ключевые слова: металл-углеродные пленки, оксид кадмия, углерод в состоянии Sp1, тонкопленочные фотопроводящие системы.
PHOTOACTIVITY OF FILM SYSTEM Cd-CARBON A.V. Kokshina, V.D. Kochakov, A.V. Smirnov
Chuvash State University named after I.N. Ulyanov 15 Moskovskaya ave., Cheboksary, 428015, Chuvash Republic, Russia E-mail: annika21@mail.ru
Referred: 25.08.14 Expertise: 30.08.14 Accepted: 05.09.14
This article presents the results of a study of the photoactive film of metal-carbon system as an example cadmium - linear-chain carbon (Cd-LCC) and a comparison of some of the properties of the system with a transparent conductive system CdO. By solid-phase synthesis were obtained thin film CdO and Cd-LCC. In this article shows the transmission spectra and the current-voltage characteristics of the systems. It has been shown that transmittance of Cd-LCC higher than CdO. The band gap these systems was determined by optical method. It was obtained by a transparent conductive coating which a number of characteristics superior CdO. These films can be used as transparent electrodes, the antireflection coatings in photoelectric converters of solar cells and other optoelectronic devices.
Keywords: metal-carbon films, cadmium oxide, carbon in the state of Sp1, photoconductive thin film system.
Анна Владимировна
Кокшина Anna Vladimirovna Kokshina
Сведения об авторе: аспирант, ассистент кафедры прикладной физики и нанотехнологий Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова».
Образование: Чувашский госуниверситет им. И.Н. Ульянова (2010), физико-математический факультет, специальность - «физика», специализация «физика наноструктур», дополнительная квалификация - преподаватель, специальность - «физика».
Область научных интересов: халькогениды, тонкие пленки, металлоуглеродные пленки, линейно-цепочечный углерод, солнечная энергетика, оптические и электрофизические свойства тонких пленок.
Публикации: 20.
Work: Chuvash State University named by Ulyanov I.N.
Position: PhD student, Department of Applied Physics and Nanotechnology.
Education: the Chuvash State University named by Ulyanov I.N. Faculty of Physics and Mathematics, 2005-2010 year, additional qualification - lecturer.
Research interests: chalcogenides, thin films, metal-carbon film, linear-chain carbon, solar, optical and electrical properties of thin films.
Publishing: 20.
№ 17 (157) Международный научный журнал
Валерий Данилович Кочаков Valéry Danilivych Kochakov
Сведения об авторе: профессор кафедры прикладной физики и нанотехнологий Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова, чл.-корр. Академии электротехнических наук ЧР. Научный руководитель грантов Российского фонда фундаментальных исследований и Министерства образования и науки РФ (2007 - 2014 гг.).
Награды: лауреат государственной стипендии главы ЧР, «Профессор года-2012» (ЧГУ имени И.Н. Ульянова)
Область научных интересов: нанотехнологии, металлоуглеродные пленочные системы на основе углерода в состоянии Sp1, фотовольтаика.
Публикации: более 90.
Work: Chuvash State University named by Ulyanov I.N.
Position: professor, Department of Applied Physics and Nanotechnology, a member of the Academy of Sciences of electrical the Chuvash Republic.
Research interests: nanotechnology, metal-carbon film systems based on carbon in a state of Sp1, photovoltaics.
Awards: winner of the head of state grant of the Chuvash Republic, "Professor of the Year 2012".
Publishing: 90.
Vyacheslavovych Smirnov
Сведения об авторе: сотрудник межвузовской лаборатории высоких технологий Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова, председатель Ассоциации молодых физиков Чувашии, член Совета молодых ученых и специалистов ЧР.
Награды: лауреат стипендии президента РФ молодым ученым, осуществляющим перспективные научные разработки, стипендиат главы Чувашии, обладатель премии «Общественное признание-2013» (г. Чебоксары), почетный диплом совета молодых ученых РАН.
Область научных интересов: Spl-углерод, линейно-цепочечный углерод, монокристаллический и аморфный кремний, элементы гибридной кремний-углеродной электроники, фотоэлектроника, фотовольтаика, фоточувствительные гетеропереходы, барьер Шоттки, нанострук-турированное серебро, наноплазмоника.
Публикации: 30.
Work: Chuvash State University named by Ulyanov I.N.
Position: researcher high technology interuniversity laboratory, Chairman of the Association of young physicists Chuvash Republic, member of the Council of young scientists and specialists of the Chuvash Republic.
Research interests: linear-chain carbon, monocrystalline and amorphous silicon, the elements of the hybrid silicon-carbon electronics, photovoltaics, photosensitive heterojunctions, nanostructured silver nanoplasmonics.
Awards: the winner of the scholarship of the President of the Russian Federation for young scientists engaged in promising research and development, the winner of the grant of the head of the Chuvash Republic, winner of the "Public recognition-2013" (Cheboksary), was awarded an honorary diploma of the Council of young scientists of the RAS.
Publishing: 30.
Введение
В настоящее время внимание многих исследователей привлечено к изучению тонкопленочных соединений, обладающих фотоактивными свойствами. Это обусловлено возможностью практического применения данных соединений в качестве фотосопротивлений, различных датчиков, солнечных элементов [1-11]. Наибольший интерес в этом плане представляют тонкие пленки CdO, обладающие такими уникальными свойствами, как высокий оптический коэффициент пропускания в видимой области солнечного спектра и высокая электропроводность [2-4]. CdO - полупроводник группы АпВу1 с шириной за-
прещенной зоны 2,1-3,3 эВ, как правило, имеющий и-тип проводимости. Они находят применение в фотодиодах, солнечных батареях, фототранзисторах и газовых датчиках [2]. Тонкие пленки CdO получают различными методами, такими как золь-гель метод, метод магнетронного распыления, радиочастотного распыления, импульсного лазерного осаждения, химического осаждения из паровой фазы и электрохимического окисления [1-11].
В данной работе были исследованы некоторые электрооптические свойства тонких пленок CdO и приведено сравнение свойств данного соединения с тонкопленочной системой Cd-ЛЦУ (линейно-цепочечный углерод, углерод в Sp1 состоянии). Условия
синтеза и свойства ЛЦУ представлены в обзорной работе [12].
Углерод в 8р1 состоянии синтезируется в виде одномерных поликумуленовых цепей, расположенных перпендикулярно подложке, и представляет собой пленочную структуру со случайными смещениями между группами слоев (рис. 1 (2)) [13]. Модель пленочной структуры ЛЦУ показана на рис. 1 (1). Цепочки объединены силами Ван-дер-Ваальса в гексагональную структуру с расстояниями между ними в 5 А. Механическую устойчивость цепочек обеспечивает с-связь, а электрические свойства - п-связь, электроны которой делокализованы. Данная структура определяет электрическую анизотропию пленок ЛЦУ. Вдоль цепочек проводимость пленки металлическая, поперек пленка представляет собой диэлектрик.
Рис. 2. Пленка CdO после отжига (1)
и Cd-ЛЦУ до и после отжига (2) Fig. 2. Film of CdO after annealing (1) and Cd-LCC before and after annealing (2)
Структура подготовленных образцов до отжига приведена на рис. 3.
Рис. 1. Модель структуры пленки ЛЦУ [13] Fig. 1. Model of the structure of the film LCC [13]
Структура пленки ЛЦУ имеет особенность, которая определена размерами межцепочечного пространства, допускающую внедрение атомов металлов других веществ в это пространство. Внедрение атомов металла в межцепочечное пространство может происходить без химического взаимодействия (ин-теркалирование) или с разрывом п-связи, которое может закончиться реакцией присоединения. В первом и во втором случае мы должны получить метал-лосодержащую модифицированную углеродную пленку с новыми свойствами.
Методика эксперимента
Эксперимент осуществлялся по следующей схеме: на подложку из кремния или стекла термическим испарением в вакууме наносился Для формирования системы С^ЛЦУ на пленку Cd ионно-плазменным способом наносилась пленка углерода в состоянии Бр1, после чего производился отжиг в атмосфере азота. На рис. 2 приведен внешний вид получаемых после отжига пленок.
Рис. 3. Структуры систем подложка+Cd и подложка+Cd+ЛЦУ Fig. 3. Structures of the substrate+Cd and the substrate+Cd+LCC
Образцы отжигались на воздухе при остаточном давлении 0,05 атм в стоматологической печи марки МИМП-ВМ при температурах от 250 до 450 °С.
Результаты и их обсуждение
Оптические свойства исследовались на образцах, нанесенных на подложку из стекла. Спектры пропускания были получены с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.