Зависимость ширины запрещенной зоны от состава тонких нанокомпозитных пленок ZnSxSe(1-x) (x=0,36; 0,68; 0,73)

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
3

ФИЗИКА. ХИМИЯ
2011. Вып. 1

Физика и химия наноматериалов

УДК 538.958

Р.Г. Валеев, Э.А. Романов, В.Ф. Гильмутдинов

ЗАВИСИМОСТЬ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ ОТ СОСТАВА ТОНКИХ 
НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПЛЕНОК ZnSxSe(1-x) (x=0,36; 0,68; 0,73)

Методом УФ/ВИД-спектроскопии получены спектры поглощения тонких нанокомпозитных пленок ZnSxSe(1-x)
(x=0,36; 0,68 и 0,73). По данным спектрам рассчитаны величины ширины запрещенной зоны пленок.

Ключевые слова: ZnSxSe(1-x), УФ/ВИД-спектроскопия, ширина запрещенной зоны.

Достижения в области полупроводников второй половины 1970-х гг. привели к развитию тако
го направления, как band gap engineering, то есть целенаправленное формирование полупроводников 
с заданной шириной запрещенной зоны. Это объясняется тем, что с ней напрямую связана рабочая 
длина волны оптоэлектронных устройств [1]. В частности, в работе [2] приведены результаты исследования влияния молярного отношения концентраций S/Se на длины волн возбуждения и эмиссии. 
Было показано, что при увеличении молярного отношения концентраций S/Se от 0 до 100% значение 
длины волны возбуждения уменьшается с 465 до 340 нм, а значение длины волны эмиссии уменьшается с 644 до 505 нм. При этом меняется цвет свечения – от красного до зеленого.

Тонкие пленки тройных соединений ZnSxSe(1-x) можно получить различными методами, такими 

как молекулярно-лучевая эпитаксия, лазерная абляция, газофазное осаждение [3-5]. Для осаждения
методом лазерной абляции порошки ZnSe и ZnS предварительно тщательно перемешивают в требуемых пропорциях [6]. Нами применен подобный принцип.

На первом этапе порошки селенида и сульфида цинка, полученные путем измельчения моно
кристаллов материалов в агатовой ступке, смешивались в весовых пропорциях 1:3, 1:1 и 3:1. То есть в 
случае пропорции 1:3 в смеси порошков массой 4 г содержался 1 г ZnSe и 3 г ZnS. При пересчете весовых пропорций в атомные концентрации элементов в смеси были получены значения, представленные в табл. 1. Полученные порошки напылялись на кварцевые подложки методом, описанным в 
работе [7]. Как показали результаты аттестации структуры пленок методом рентгеновской дифракции, были получены нанокомпозитные (нанокристаллические включения в аморфную матрицу материала) тонкие пленки [7]. При этом, как видно из той же таблицы, концентрации элементов в пленках 
(оцененные с помощью метода вторично-ионной масс-спектрометрии) немного изменились.

Таблица 1

Маркировка порошков ZnSSe, а также весовые и атомные концентрации элементов в них

и тонких нанокомпозитных пленках

Атомные концентрации 

в порошках (расчет по мас
совым долям)

в пленках (по данным 

ВИМС)

Смесь порошков
Массовые доли 

ZnS и ZnSe в 

порошках

Zn
S
Se
Zn
S
Se

ZnS_025Se_075
1:3
1
0,34
0,66
1
0,36
0,64

ZnS_05Se_05
1:1
1
0,6
0,4
1
0,68
0,32

ZnS_075Se_025
3:1
1
0,82
0,18
1
0,73
0,27

Из таблицы видно, что стехиометрия порошков хорошо наследуется пленками, что свидетель
ствует о применимости предлагаемой методики для синтеза тонких пленок соединений ZnSSe различного состава.

Спектры оптического поглощения, полученные на УФ-видимом спектрофотометре Lambda 35 

(Perkin-Elmer) в диапазоне длин волн от 250 до 1000 нм, представлены на рис. 1а. Для определения