bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИРbsuir-1159Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSФормирование электрохимическим методом композитных материалов на основе оксида цинка и медиElectrochemical forming of composite materials based on zinc and copper oxideТкачёнокН. М.TkachyonokN. M.

Ткачёнок Никита Михайлович, инженер-электроник НИЛ 4.3 НИЧ, магистрант кафедры микро- и наноэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

тел. +375-29-293-88-54

Tkachyonok Nikita Mikhailovich, electronic engineer R&D Laboratory 4.3 BSUIR, undergraduate of the Department of Micro and Nanoelectronics

220013, Minsk, P. Brovka str., 6

tel. + 375-29-293-88-54

fransresto@gmail.comЧубенкоЕ. Б.CubenkoE. B.

к.т.н., ведущий научный сотрудник НИЛ 4.3 НИЧ

г. Минск 

PhD, Leading Researcher R&D Laboratory 4.3

Minsk 

БондаренкоВ. П.BondarenkoV. P.

к.т.н., доцент, заведующий НИЛ 4.3 НИЧ

г. Минск 

PhD, Associate Professor, Head of R&D Laboratory 4.3

Minsk 

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, НИЛ 4.3Belarusian State University of Informatics and RadioelectronicsБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2020210720201851725Copyright © Ткачёнок Н.М., Чубенко Е.Б., Бондаренко В.П., 20202020Ткачёнок Н.М., Чубенко Е.Б., Бондаренко В.П.Tkachyonok N.M., Cubenko E.B., Bondarenko V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/1159

Методом электрохимического осаждения на подложках из монокристаллического кремния получены структуры на основе ZnO и Cu, представляющие собой поликристаллический композит, состоящий из кристаллического ZnO с кристаллографической ориентацией (002) и (101), легированного Cu, и кристаллитов металлической Cu. При исследовании полученных пленок методом рамановской спектроскопии было подтверждено образование кристаллического ZnO. Было получено, что на спектрах комбинационного рассеяния всех образцов присутствует полоса с максимумом, относящаяся к колебательной моде ZnO 2А1(LO). Также на спектрах каждого из образцов присутствует полоса в области 649 см-1, не связанная с колебательными модами решетки собственного кристаллического ZnO. Показано, что при увеличении плотности тока осаждения в диапазоне 2–10 мА/см2 концентрация Cu в материале снижается, при этом уменьшается количество кластеров Cu, но возрастает степень легирования ZnO ионами Cu. Композиты на основе ZnO демонстрируют широкую полосу фотолюминесценции в диапазоне длин волн 500–700 нм, связанную с наличием вакансий и междоузельных атомов кислорода в кристаллической решетке. При плотности тока осаждения 5 мА/см2 наблюдается коротковолновой сдвиг полосы фотолюминесценции, обусловленный легированием Cu, так как в запрещенной зоне создаются примесные уровни, связанные с присутствием Cu в пленках ZnO. Наблюдалось изменение интенсивности излучения при плотности тока 10 мА/см2, что обусловлено большей толщиной полученных пленок. Результаты исследования могут быть использованы при разработке технологии изготовления оптоэлектронных и фотовольтаических приборов, фотокаталитических покрытий на основе ZnO.

Structures based on ZnO and Cu, which are a polycrystalline composite consisting of crystalline ZnO with a crystallographic orientation of (002) and (101) doped with Cu and crystalline metallic Cu, were obtained by electrochemical deposition on substrates of single crystal origin. In the study of the obtained films by Raman spectroscopy, the forming of crystalline ZnO was confirmed. ZnO 2A1 (LO), also in the spectra of each of the bands present in the 649 cm-1 region, not related to the vibrating lattice modes of the intrinsic crystalline ZnO. It was shown that with an increase in the deposition current density in the range of 2–10 mA/cm2, the concentration of Cu in the material weakens, while the number of Cu clusters decreases, but the degree of doping of ZnO with Cu ions increases. ZnO-based composites exhibit a broad photoluminescence band in the long wavelength range of 500–700 nm, related with vacancies and interstitial oxygen atoms in the crystal lattice. At a current density of 5 mA / cm2, short-wavelength shifts of the photoluminescence bands are observed, due to the doping of Cu, since impurity levels are created in the band gap associated with the presence of Cu in ZnO films. A change in the radiation intensities was observed at a current density of 10 mA/cm2, which is due to the greater thickness of the obtained films. The results can be used to develop the manufacturing technology of optoelectronic and photovoltaic devices, photocatalytic coatings based on ZnO.

электрохимическое осаждениенанокомпозитные материалырентгеновская дифрактометриярамановская спектроскопияфотолюминесценцияelectrochemical depositionnanocomposite materialsX-ray diffractometryRaman spectroscopyphotoluminescenceДанная работа выполнена в рамках задания 2.1.02 ГПНИ Республики Беларусь «Фотоника, опто- и микроэлектроника», задания 2.21 ГПНИ Республики Беларусь «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии». Авторы выражают благодарность Д.В. Жигулину за проведение растровой электронной микроскопии и ЭДР-спектроскопии образцов.This work was carried out in the framework of assignment 2.1.02 of the State Scientific Inspection of the Republic of Belarus “Photonics, Optoelectronics and Microelectronics”, assignment 2.21 of the State Scientific Inspection of the Republic of Belarus “Physical Materials Science, New Materials and Technologies”. The authors also thank D.V. Zhigulin for conducting scanning electron microscopy and EDR spectroscopy of samples.ReferencesÖzgür Ü., Alivov Ya.I., Liu C., Teke A., Reshchikov M.A., Dogan S., Avrutin V., Cho S.J., Morkoc H. Comprehensive review of ZnO materials and devices. J. Appl. Phys. 2005;98:1 103. DOI:10.1063/1.1992666.Comprehensive review of ZnO materials and devices / Ü. Özgür [et al.] // J. Appl. Phys. 2005. Vol. 98. P. 041301.Покутний С.И. Энергия связи экситона в полупроводниковых квантовых точках. Физика и техника полупроводников. 2010;4:508-512. Pokutny S.I. [Exciton binding energy in semiconductor quantum dots]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2009;44:508-512. (In Russ.)Exciton binding energy in semiconductor quantum dots / S.I. Pokutny // Semiconductor Physics and Technology. 2009. Vol. 44, No.5. С. 508–512.Johnson C., Choi Heon-Jin, Knutsen P., Richard D., Yang Peidong, Richard J. Single gallium nitride nanowire lasers. Nat. Mater. 2002;1:106-110. DOI:10.1038/nmat728.Single gallium nitride nanowire lasers / C. Johnson [et al.] // Nat. Mater. 2002. Vol. 1, No 2. P. 106–110.J. Yu, X. Yu. Hydrothermal synthesis and photocatalytic activity of zinc oxide hollow spheres. Environ. Sci. Technol. 2008;42:4902-4907. DOI:10.1021/es800036n.Hydrothermal synthesis and photocatalytic activity of zinc oxide hollow spheres / J. Yu [et. al.] // Environ. Sci. Technol. 2008. Vol. 42, No 13. P. 4902–4907.Kaviyarasu K., Maria Magdalane C., Kanimozhi K., Kennedy J., Siddhardha B., Subba Reddy E., Rotte N.K., Sharma C.S., Therma F.T., Letsholathebe D., Mola G.T., Maaza M. Elucidation of photocatalysis, photoluminescence and antibacterial studies of ZnO thin films by spin coating method. J. Photochem. Photobiol. 2017;173:466-475. DOI:10.1016/j.jphotobiol.2017.06.026.Elucidation of photocatalysis, photoluminescence and antibacterial studies of ZnO thin films by spin coating method / K. Kaviyarasu [et al.] // J. Photochem. Photobiol., B. 2017. Vol. 173. P. 466–475.Zhang Z., Yi J.B., Ding J., Wong L.M., Seng H.L., Wang S.J., Tao J.G., Li G.P., Xing G.Z., Sum T.C., Alfred Huan C.H., Wu T. Cu-Doped ZnO nanoneedles and nanonails: morphological evolution and physical properties. J. Phys. Chem. 2008;122:9579-9585. DOI:10.1021/jp710837h.Cu-Doped ZnO nanoneedles and nanonails: morphological evolution and physical properties / Z. Zhang [et al.] // J. Phys. Chem. 2008. Vol. 122, No 26. P. 9579–9585.Kasuga M., Mochizuki M. Orientation relationships of zinc oxide on sapphire in heteroepitaxial chemical vapor depositionm. J. Cryst. Growth. 1981;185-194. DOI:10.1016/0022-0248(81)90459-0.Orientation relationships of zinc oxide on sapphire in heteroepitaxial chemical vapor depositionm. / M. Kasuga [et al.] // J. Cryst. Growth. 1981. P. 185–194.Srikant V., Sergo V., Clarke D.R. Epitaxial aluminum-doped zinc oxide thin films on sapphire: i, effect of substrate orientation. Appl. Phys. Lett. 1995;54:1931-1934. DOI:10.1111/j.1151-2916.1995.tb08912.x.Epitaxial aluminum-doped zinc oxide thin films on sapphire: i, effect of substrate orientation / V. Srikant [et al.] // Appl. Phys. Lett. 1995. Vol. 54, No 2. P. 1931–1934.Izyumskaya N., Avrutin V., Wladimir S., El-Shaer A., Reub F., Gruber Th., Waag A. Molecular beam epitaxy of high-quality ZnO using hydrogen peroxide as an oxidant. J. Cryst. Growth. 2004;269:356-361. DOI:10.1016/j.jcrysgro.2004.04.120.Molecular beam epitaxy of high-quality ZnO using hydrogen peroxide as an oxidant / N. Izyumskaya [et al.] // J. Cryst. Growth. 2004. Vol. 269, No. 2. P. 356–361.Tsukazaki A., Ohtomo A., Onuma T., Ohtani M., Makino T., Sumiya M., Ohtani K., Chichibu S.F., Fuke S., Segawa Y., Ohno H., Koinuma H., Kawasaki M. Repeated temperature modulation epitaxy for p-type doping and light-emitting diode based on ZnO. Nat. Mater. 2004;4:42-46. DOI:10.1038/nmat1284.Repeated temperature modulation epitaxy for p-type doping and light-emitting diode based on ZnO / A. Tsukazaki [et al.] // Nat. Mater. 2004. Vol. 4, No. 1. P. 42–46.Xu L., Guo Y., Liao Q., Zhang J., Xu D. Morphological control of ZnO nanostructures by electrodeposition. J. Phys. Chem. 2005;109:13519-13522. DOI:10.1021/jp051007b.Morphological control of ZnO nanostructures by electrodeposition / L. Xu [et al.] // J. Phys. Chem. 2005. Vol. 109, No 28. P. 13519–13522.Cuscó R., Alarcón-Lladó E., Ibáñez J., Artús L., Jiménez J., Wang B. Temperature dependence of Raman scattering in ZnO. Physical Review. 2007;75:1-11. DOI:10.1103/PhysRevB.75.165202.Temperature dependence of Raman scattering in ZnO / R. Cuscó [et al.] // Physical Review. Vol. 75, No. 16. 2007. P. 1–11.Chubenko E.B., Klyshko A.A., Bondarenko V.P., Balucani M. Electrochemical deposition of zinc oxide on a thin nickel buffer layer on silicon substrates. Electrochim. Acta. 2011;56:4031-4036. DOI:10.1016/j.electacta.2011.02.008.Electrochemical deposition of zinc oxide on a thin nickel buffer layer on silicon substrates / E.B. Chubenko [et al] // Electrochim. Acta. 2011. Vol. 56. P. 4031–4036.Michael W.E., Norman H., Tyler B.C., John K.B., Michael B., Willi A.B. Atomic weights of the elements. Pure Appl. Chem. 2013;85:1047-1078. DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.Atomic weights of the elements / W.E. Michael [et al.] // Pure Appl. Chem.. 2013. Vol. 85, No.5. P. 1047–1078.Cong C.J., Liao L., Liu Q.Y., Li J.C., Zhan K.L. Effects of temperature on the ferromagnetism of Mn-doped ZnO nanoparticles and Mn-related Raman vibratio. Nanotechnology. 2006;17:1520-1526. DOI:10.1088/0957-4484/17/5/059.Effects of temperature on the ferromagnetism of Mn-doped ZnO nanoparticles and Mn-related Raman vibratio / C.J. Cong [et al] // Nanotechnology. Vol. 17, No 5. 2006. P. 1520–1526.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.