РАМАНОВСКИЙ АНАЛИЗ НАНОКРИСТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ СЕЛЕНИДА ЦИНКА

В данной работе представлены результаты, которые были синтезированы нанокристаллами на основе селенида цинка методом термического синтеза и исследованы с помощью микро-рамановской спектроскопии до и после термического отжига при 800 ℃ и 1000 ℃. Термическая обработка синтезированных образцов проводилась в электровакуумной печи АВЕРОН, продолжительностью 60 минут. Исследованы оптические свойства образцов – фотолюминесценция (ФЛ) и спектры комбинационного рассеяния (КРС). Измерения спектров фотолюминесценции проводились при комнатной температуре с помощью спектрофлуориметра СМ2203. Спектры комбинационного рассеяния измерялись Рамановским спектрометром (NT-MDT). В спектрометре использовался твердотельный лазер с длиной волны 473 нм. Спектры комбинационного рассеяния нанокристаллов селенита цинка (ZnSeO₃) до отжига показали режимы 665, 695, 825 и 973 см⁻¹. После термического отжига наблюдалось смещение пиков в сторону понижения. Кроме того, Рамановские спектры показали LO-сдвиги с продолжительностью времени осаждения. Спектры комбинационного рассеяния селенида цинка при комнатной температуре показали основные пики в 199, 247, 498 и 501 см⁻¹. При термической обработке ZnSe при 800 °C и 1000 °C наблюдалось расширение асимметрии для горизонтально-оптических (TO)-фононных и продольных оптических (LO)-фононных режимов с повышением температуры отжига и красными смещениями в формах линий комбинационного рассеяния света. Спектры фотолюминесценции селенида цинка в зависимости от температуры были представлены широкими полосами, расположенными на длинах волн 350–650 нм. Спектры ФЛ регистрировались при комнатной температуре от 300 до 800 нм с шагом 5 нм с помощью ксеноновой лампы. Селенид цинка перед термической обработкой показал полосы фотолюминесценции при 1,93, 2,3, 2,56, 2,75 и 2,97 эВ. Объемное излучение ZnSe на границе ближайшей полосы соответствовало полосе сильного излучения при 2,84 эВ. 3,2 эВ связан с поглощением наночастиц ZnO через край полосы. Образцы ZnSeO₃ до отжига показывают одну широкую полосу фотолюминесценции в синей области электромагнитного спектра около 2,82 эВ. После термического отжига при 1000 °C наблюдается переход на более длинную волновую область с длиной волны 2,86 эВ. Поскольку термическое отжиг подходит для кристаллизации, он привел к повышению люминесцентной эффективности. 60 минут высокотемпературного обжига образцов привели к потере Se из-за воздействия температуры на содержание селенида цинка. Термическое сжигание нанокристаллов на основе селенида цинка характеризовалось увеличением FWHM и снижением интенсивности в спектрах фотолюминесценции с увеличением температуры.

1. Lohar, G.M., Dhaygude, H.D., Patil, R.A., Ma, Y.R. and Fulari, V.J. Studies of Properties of Fe2+ Doped Zn Senano-Needles for Photoelectrochemical Cell Application // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. –2015. – 26, – P. 8904–8914. https://doi.org/10.1007/s10854-015-3572-4

2. Koo S.M., Fujiwara, A., Han J.P., Vogel E.M., Richter C.A. and Bonevich J.E., Shi L. C. High Inversion Current in Silicon Nanowire Field Effect Transistors // Nano Letters. – 2004. –Vol. 4. – P. 2197–2201. https://doi.org/10.1021/nl0486517

3. Zhang X.W., Tang Z.J., Hu D., Meng D. and Jia S.W. Nanoscale p-n Junctions Based on p-Type ZnSe Nanowires and Their Optoelectronic Applications // Materials Letters. – 2016. – Vol. 168. – P. 121–124. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.01.044

4. Garnett E. and Yang P.D. Light Trapping in Silicon Nanowire Solar Cells // Nano Letters. – 2010. – Vol. 10. – P. 1082–1087. https://doi.org/10.1021/nl100161z

5. Reutov V.F., Dmitriev S.N. Ion-track nanotechnology // Ros. Khim. Zh. – 2002. – Vol. 46. – P. 74–80.

6. Huiling L., Biben W., Lijun L. Study on Raman spectra of zinc selenide nanopowders synthesized by hydrothermal method // Journal of Alloys and Compounds. – 2010, – V. 506. – P. 327–330. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.06.201

7. Jabri S., Amiri G., Sallet V., Souissi A., Meftah A., Galtier P. and Oueslati M. Study of the Optical Properties and Structure of ZnSe/ZnO Thin Films Grown by MOCVD with Varying Thicknesses // Physica B. – 2016. –Vol. 489. – P. 93–98. https://doi.org/10.1016/j.physb.2016.02.025

8. Wang C.R., Wang J., Li Q. and Yi G.C. ZnSe-Si BiCoaxial Nanowire Heterostructures // Advanced Functional Materials. – 2005. – Vol. 15. – P. 1471–1477. https://doi.org/10.1002/adfm.200400564

9. Zhang X.T., Liu Z., Leung Y.P., Li Q. and Hark S.K. Growth and Luminescence of Zinc-Blende-Structured ZnSe Nanowires by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 83. – P. 5533–5535. https://doi.org/10.1063/1.1638633

10. Giniyatova S., Dauletbekova A., Baimukhanov, Z., Vlasukova L., Akilbekov A., Usseinov A., Kozlovskiy A., Akylbekova A. Structure, electrical properties and luminescence of ZnO nanocrystals deposited in SiO2/Si track templates // Radiat. Meas. – 2019. – Vol. 125, P. 52– 56. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2019.04.001

11. Akilbekov A., Akylbekova A., Usseinov, A., Kozlovskyi A., Baymukhanov Z., Giniyatova S., Popov A.I., Dauletbekova A. Ion track template technique for fabrication of ZnSe2O5 nanocrystals // Nuclear Instrum. Methods Phys. Res. B. – 2020. – Vol. 476. P. 10–13. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2020.04.039

12. Dauletbekova A., Akylbekova A., Sarsekhan G., Usseinov A., Baimukhanov Z., Kozlovskiy A., Vlasukova L. A., Fadey F. Komarov, Popov A. I., Akilbekov A.T. IonTrack Template Synthesis and Characterization of ZnSeO3 Nanocrystals // Crystals. – 2022. – Vol. 12. – P. 817. https://doi.org/10.3390/cryst12060817

13. Акылбекова А., Шаяманов Б., Усеинов А., Даулетбекова А., Баймуханов З., Козловский А., Гиниятова Ш., Попов А.И., Байжуманов М.. Экспериментальные и теоретические исследования нанокристаллов ZnSe2O5 // Вестник ЕНУ. – 2020. – № 1(130). С. 34-43.

14. Akylbekova A.D., Baimukhanov Z.K., Dauletbekova A.K., Creation of ZnSe nanoclusters in a silicon dioxide track template on silicon // EFRE–2022 Congress Proceedings. – P. 1192–1197. https://doi.org/10.56761/EFRE2022.R3-P-908801

15. Igor V. Pekov, Natalia V. Zubkova , Vasiliy O. Yapaskurt, Sergey N. Britvin , Nikita V. Chukanov, Inna S. Lykova, Evgeny G. Sidorov and Dmitry Y. Pushcharovsky. Zincomenite, ZnSeO3, a new mineral from the Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. Eur. // J. Mineral. – 2016. – Vol. 28(5). – P. 997–1004. https://doi.org/10.1127/ejm/2016/0028-2564

16. Zinc Oxide Raman Spectrum // ZnO raman spectrum | Raman for life (ramanlife.com) 15.09.2023

17. Бажанов Ю.В., Власов В.И., Вовк С.М., Кондратов С.В., Мартыненко Б.Г., Позняк В.Н., Ракович Н.С., Третьяков А.В. Количественный анализ газовых сред методом спектроскопии комбинационного рассеяния света // Аналитика и контроль. – 1998. – № 3-4. – C. 65–74.

18. Zuo J., Xu C., Zhang L., Xu B., Wu R. Lattice variation and Raman spectroscopy in hierarchical heterostructures of zinc antimonate nanoislands on ZnO nanobelts // J. Raman Spectrosc. – 2001. – Vol. 32. – P. 979–985. https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/2/025704

19. Sarigiannis D., Pack J.D., Kioseoglou G., Petrou A., Mountziaris T.J. Characterization of vapor-phase-grown ZnSe nanoparticles // Appl. Phys. Lett. – 2002. – Vol. 80. – P. 4024–4026/ https://doi.org/10.1063/1.1481769

20. Schreder B., Materny A., Kiefer W., Bacher G., Forchel A., Landwehr G. Resonance Raman spectroscopy on strain relaxed CdZnSe/ZnSe quantum wires // J. Raman Spectrosc. – 2000. – Vol. 31. – P. 959–963. https://doi.org/10.1002/10974555(200011)31:11<959::AID-JRS613>3.0.CO;2-I

21. Lermann G., Bischof T., Materny A., Kiefer W., Kummell T., Bacher G., Forchell A., Landwehr G. Resonant microRaman investigations of the ZnSe–LO splitting in II–VI semiconductor quantum wires // J. Appl. Phys. – 1997. – Vol. 81. – P. 1446–1450. https://doi.org/10.1063/1.364181

22. Mountziaris T.J., Pack J.D., Stoltz S., Yu W.Y., Petrou A., Mattocks P.G., Metalorganic vapor phase epitaxy and characterization of Zn12xFexSe films // Appl. Phys. Lett. – 1996. – Vol. 68. – P. 2270. https://doi.org/10.1063/1.115881

23. Gong Ke, David F. Kelley, and Anne Myers Kelley, Resonance Raman Spectroscopy and Electron−Phonon Coupling in Zinc Selenide Quantum Dots // J. Phys. Chem. C. – 2016, – Vol.120. – P. 29533−29539. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b12202

24. Su Z., Sha J., Pan G., Liu J., Yang D., Dickinson C. and Zhou W. Temperature-Dependent Raman Scattering of Silicon Nanowires // The Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – Vol. 110. – P. 1229-1234. https://doi.org/10.1021/jp055869o

25. Аминов У.А., Галаев А.А., Георгобиани А.Н., Эльтазаров Б.Т. Фотолюминесценция селенида цинка, ионно-имплантированного кислородом // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 1996 г. – C. 11–12.

26. Zhang W.C., Wu X.L., Chen H.T., Zhu J., Huang G.S. Excitation wavelength dependence of the visible photoluminescence from amorphous ZnO granular films // J. Appl. Phys. – 2008. – Vol. 103. – P. 3718. https://doi.org/10.1063/1.2924421

27. Чубенко Е.Б., Бондаренко В.П., Balucani M. Видимая фотолюминесценция пленок ZnO, сформированных электрохимическим методом на кремниевых подложках // Письма в ЖТФ. – 2009. – Том 35. – Вып. 24. – С. 74–80.

28. Kazmersky, L. L., ed. Polycrystalline and Amorphous Thin Films and Devices. – 1980. С. 135–152. New York: Academic Press.

29. Yamaguchi M., Yamamoto A., Kondo M. Photoluminescence of ZnSe single crystals diffused with a group-III element // J. Appl. Phys. – 1977. – Vol. 48. – P. 5237. https://doi.org/10.1063/1.323554

30. Kai Ou, Shenwei Wang, Miaoling Huang, Yanwei Zhang, Yu Wang, Xiaoxia Duan, Lixin Yi. Influence of thickness and annealing on photoluminescence of nanostructured ZnSe/ZnS multilayer thin films prepared by electron beam evaporation // Journal of Luminescence. – 2019/ – Vol. 199. – P. 34–38. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.03.014

31. Yadav K., Dwivedi Y., Jaggi N. Effect of annealing temperature on the structural and optical properties of ZnSe nanoparticles // J. Mater Sci: Mater Electron. – 2015. – Vol. 26. – P. 2198–2204. https://doi.org/10.1007/s10854-015-2668-1

32. Kumano H., Ashrafi A.A., Ueta A. et al. Luminescence properties of ZnO films grown on GaAs substrates by molecular-beam epitaxy excited by electron–cyclotron resonance oxygen plasma // J. Crystal Growth. – 2000. – Vol. 214–215. No. 1–2. – P. 280–283. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(00)00091-9

33. Gao F., Naik S.P., Sasaki Y., Okubo T. Preparation and optical property of nanosized ZnO electrochemically deposited in mesoporous silica films // Thin Solid Films. – 2006. – Vol. 495. – P. 68. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.08.303

34. Chen H.G., Shi J.L., Chen H.R., Yan J.N., Li Y.S., Hua Z.L., Yang Y., Yan D.S. The preparation and photoluminescence properties of ZnO-MCM-41 // Opt. Mater. – 2004. – V. 25. – P. 79. https://doi.org/10.1016/S09253467(03)00229-5

35. Degoda V.Ya., Sofienko A.O. Specific Features of the Luminescence and Conductivity of Zinc Selenide on Exposure to X-Ray and Optical Excitation // Semiconductors. – 2010. – Vol. 44. No. 5. – P. 568–574. https://doi.org/10.1134/S1063782610050040