Исследование оптических свойств тонких пленок оксида олова

В статье проведено экспериментальное и теоретическое исследование оптических свойств тонких пленок оксида олова. В тонких пленках наблюдается большее влияние адсорбции молекул газов на проводимость слоев. Приведена методика измерения с помощью спектрофотометра и дальнейшей обработки экспериментальных оптических спектров пропускания. Измерены спектры пропускания, в которых определена ширина запрещённой зоны.

Исследовались пленки оксида олова, изготовленные спрей-пиролизом из золь-гель раствора, а также рассмотрены структурные свойства оксида олова. В качестве прекурсора используется хлористое олово двух водное (SnCl₂ · 2H₂O) (0,5 М), в качестве растворителя использовался изопропиловый спирт. Раствор перемешивали в течение 1 часа, с последующим выдерживанием 24 часа. Нанесение спрей-пиролиза SnO₂, осуществлялось на основе раствора для золь-гель метода (СПГЗ). Для этого раствор заправлялся в бак автоматизированной установки спрей-пиролиза УСП-3. Оптические свойства исследовались с помощью спектрофотометра спектрофотометра СПЕКС ССП-715-М фирмы АО «ЛОМО». Выявлено, что пленки обладают прозрачностью T = 60-80% в видимом диапазоне спектра. Представлены оптические свойства при температурах 200, 300, 400 °С пленок оксида олова. Ширина запрещенной зоны, составляющая значение при температуре 200°С – 3,96 эВ, 300°С – 3,98 эВ, 400°С – 3,98 эВ.

1. . Hecht D. S., Hu, Irvin G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene and Metallic Nanostructures /󠇡/󠇡 Advanced Materials. - 2011. – 23. – P. 1482-1513.

2. . Звягинцева А. В. Температурные интервалы десорбции дейтерия из Ni–In композитов /󠇡 А. В. Звягинцева, А. Н. Морозов, И. М. Кирьян /󠇡/󠇡 Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM´14. Сборник докладов Пятой Международной конференции и Девятой Международной школы молодых ученых и специалистов им. А. А. Курдюмова /󠇡 Под ред. д-ра техн. наук А. А. Юхимчука. Саров: ФГУП «РФЯЦ–ВНИИЭФ», 2015. – С. 106-119.

3. . Звягинцева А. В., Гусев А. Л., Шалимов Ю. Н. Кинетика процессов электрохимического наводороживания металлов в присутствии бора /󠇡/󠇡 Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2009. – № 4 (72). – С. 20-27.

4. . Звягинцева А. В. Гибридные функциональные материалы, формирующие металлические структуры с оптимальной дефектностью для хранения водорода в гидридной форме /󠇡/󠇡 Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2017. – №№ 16-18 (228-230). – С. 89-103.

5. . Edwards, P. P., Porch A., Jones M. O., Morgan D. V., Perks R. M. Basic materials physics of transparent conducting oxides /󠇡/󠇡 Dalton Transactions. – 2004. – Vol 19. – Pр. 2995–3002.

6. . Minami T. Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes /󠇡/󠇡 Semiconductor Science and Technology. – 2005. – Vol. 20. – No. 4. – P. S35-S44.

7. . Zvyagintseva A. V. Hybrid functional materials forming a metal structure with optimal imperfection for storing hydrogen in a hydride form /󠇡 A. V. Zvyagintseva /󠇡/󠇡 International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – Vol. 45. – № 46. – Pр. 24991-25001.

8. . Zvyagintseva A. Physical modeling of hydrogen permeability of a cylindrical shell /󠇡 A. V. Zvyagintseva /󠇡/󠇡 Journal: AIP Conference Proceedings. Krasnoyarsk Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Melville, New York, United States of America. – 2021. – P. 20057.

9. . Zvyagintseva A. V. Potential possibilities of hydrogen accumulation in nickel-Based solid-state materials /󠇡 IOP: Materials Science and Engineering /󠇡/󠇡 Bristol: Publishing house: Institute of physics and IOP Publishing Limited. – 2020. – Vol. 919(6). – Pр. 062054-062059.

10. . Agashe C. and Major S. S. Effect of F, Cl and Br doping on the electrical properties of sprayed SnO2 films /󠇡/󠇡 J. Mater. Sci. Lett. – 1996. – Vol. 15. – P. 497.

11. . Stjema B., Olsson E., and Granqvist C. G. Optical and electrical properties of radio frequency sputtered tin oxide films doped with oxygen vacancies, F, Sb, or Mo /󠇡/󠇡 J. Appl. Phys. – 1994. – Vol. 76. – № 6. – Pр. 3797-3817.

12. . Peltzer E. L. y Blanca, Svane A., Christensen N. E., Rodriguez C. O., Cappannini O. M. and Moreno M. S. Calculated static and dynamic properties of β-Sn and Sn-O compounds /󠇡/󠇡 Physical review B. Condensed Matter. – 1993. – Vol. 48. – № 21. – Pр. 15712-15718.

13. . Mishra K. C., Johnson K. H. and Schmidt P. C. Electronic structure of antimony – doped tin oxide /󠇡/󠇡 Physical review B. – 1995. – Vol. 51. – № 20. – Pр. 13972-13976.

14. . Рипан Р. Неорганическая химия. Химия металлов /󠇡 Р. Рипан, И. Четяну. – М.: Мир, 1971. – Т. 1. – 561 с.

15. . Сивухин Д. В. Общий курс физики 3 том /󠇡 ФИЗМАТЛИТ. – Москва: Изд-во МФТИ, 1989. – С. 427-656.

16. . Odaka Y. Mi, H., and Iwata S. Electronic structure and optical properties of ZnO, SnO2 and In2O3 /󠇡/󠇡 Japanese Journal of Applied Physics. – 1999. – Vol. 38. – Pр. 3453-3458.

17. . Button K. J., Fonstad C. G. and Dreybrodt W. Determination of the electron masses in stannic oxide by submillimeter cyclotron resonance /󠇡/󠇡 Physical review B. – 1971. – Vol. 4. – № 12. – Pр. 4539-4542.

18. . Sanon G., Rup R., Mansingh A. Band gap narrowing and band structure in degenerate tin oxide (SnO2) films /󠇡/󠇡 Physical review B. – 1991. – Vol. 44. – № 11. – Pр. 5672-5680.

19. . Звягинцева А. В. Структурно-фазовые изменения в электрохимических системах Ni-In /󠇡 А. В. Звягинцева /󠇡/󠇡 Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». – 2013.– Том 26 (65). – № 3. – С. 253-260.

20. . Taylor S. R. Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table /󠇡/󠇡 Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1964. – Vol. 28. – №. 8. – P. 1273-1285.

21. . Transparent and conductive ZnO:Al films deposited by large area reactive magnetron sputtering /󠇡 Szyszka B., Jiang X., Hong R. J., et al. /󠇡/󠇡 Thin Solid Films. – 2003. – V. 442. – Pр. 179-183.

22. . Звягинцева А. В. Физико-механические и коррозионно-электромеханические свойства никелевых покрытий, легированных индием /󠇡 А. В. Звягинцева, А. И. Фаличева /󠇡/󠇡 Гальванотехника и обработка поверхности. – М.: Изд-во Российского химико-технологического ун-та им. Д. И. Менделеева. – 1994. – Т. 3. – № 5-6. – С. 52-54.

23. . Жарова Ю. А. Оптические и структурные свойство наноструктур /󠇡 Ю. А. Жарова, В. А. Толмачев, С. И. Павлов /󠇡/󠇡 Физика и техника полупроводников. – СПб.: 2019. – Вып. 3. – С. 576-582.

24. . Kolasinski K. W. In: Porous Silicon: From Formation to Application. Formation and Properties, ed. by G. Korotcenkov /󠇡 K. W. Kolasinski /󠇡/󠇡 London -N. Y. – Taylor and Francis Group, LLC. – 2016. – Vol. 1. – P. 291.

25. . Лазарев В. Б. Химические и физические свойства простых оксидов металлов /󠇡 В. Б. Лазарев, В. В. Соболев, И. С. Шаплыгин. – М.: Наука, 1983. – 239 с.

26. . Лысак Г. В. Микроволновый синтез нанокристаллов SnO2 на поверхности тонковолокнистого полимерного материала /󠇡 Г. В. Лысак, И. А. Лысак, Т. Д. Малиновская, Г. Г. Волокитин /󠇡/󠇡 Неорганические материалы. – М.: 2010. – Т. 46. - №2. – С. 223-226.

27. . Poshelyuzhnaya M. A. The size-controllable, one-step syntheis and characterization of gold nanoparticles protected by synthetic humic substances /󠇡 M. A. Poshelyuzhnaya, V. A. Litvin, R. L. Galagan, B. F. Minaev /󠇡/󠇡 Materials Chemistry and Physics. – 2014. – Р. 168-178.

28. . Bandarenka H. V. Handbook of Porous Silicon /󠇡 H. V. Bandarenka, ed. by L. Canham /󠇡/󠇡 Springer International Publishing AG, part of Springer Nature. – 2018. – P. 1315.

29. . Xie N. Enhanced sensing properties of SnO2 nanofibers with a novel structure by carbonization /󠇡 N. Xie, L. Guo /󠇡/󠇡 Phys. Rev. Lett. – 2018. – Vol. 271. – P. 44-53.

30. . Zhai J. Electron transport properties of antimony doped SnO2 single crystalline thin films grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy /󠇡 J. Zhai, L. Wang, D. Wang /󠇡/󠇡 ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2011. – Vol. 3. – P. 2253-2258.

31. . Liu X. Black silicon: fabrication methods, properties and solar energy applications /󠇡 X. Liu, P. R. Coxon, M. Peters, B. Hoex, J. M. Cole, D. J. Fray /󠇡/󠇡 Energy Environ. Sci. 2014. – Vol. 7. – № 10. – P. 3223-3263.

32. . Самсонов Г. В. Физико-химические свойства окислов /󠇡 Г. В. Самсонов. – М.: Металлургия, 1978. – 390 с.

33. . Аналитическая химия ванадия /󠇡 В. Н. Музгин, Л. Б. Хамзина, В. Л. Золотавин и др. – М.: Наука, 1981. – 216 с.

34. . Dzhafarov T. Handbook of Porous Siliconеd. By Canham L., Bayramov A. /󠇡 T. Dzhafarov, A. Bayramov /󠇡/󠇡 Springer International Publishing AG, part of Springer Nature. – 2018. – P. 1479.

35. . Zvyagintseva A. Mathematical model of the process of controlling the hydrogen permeability of metals with internal stresses, taking into account the formation and distribution of fixed complexes /󠇡 A. V. Zvyagintseva /󠇡/󠇡 Proceedings of the Russian Academy of Sciences. The series is physical. – 2020. – Vol. 84. – No. 9. – P. 1097-1099.