Dimorphism and perturbed growth kinetics of cadmium sulfide thin films in a chemical working solution

摘要

Thin films of numerous compound semiconductors, which crystallize in a (cubic) sphalerite structure, often display an alternative allotropic form as (hexagonal) wurtzite. The relative proportion of each depends in a characteristic manner on the growth conditions chosen. We applied an external magnetic flux during the growth of cadmium sulfide thin films from a chemical working solution, where the CdS molecules or small clusters are formed by a controlled reaction in an aqueous solution. The incorporation mechanism of such neutral particles into the polycrystalline CdS thin film is supposed to happen in a transition layer via a dissociation into charged constituents close to the growing interface. We found a clear effect of the external magnetic field on the film morphology, when the Lorentz force was acting parallel to the surface plane of the layer. Band-gap energy data from optical absorption measurements suggest dimorphism of the grown films, where the field application turns the commonly cubic crystal modification (E_g = 2.38 eV) into a hexagonal polytype with a 200 meV larger energy gap. PACS Nos.: 81.05Dz, 81.15Lm, 81.15Aa, 81.70Fy, 82.65My, 82.80Ch, 82.80EjLes films de plusieurs composés semi-conducteurs qui cristallisent sur un réseau de sphalérite (cubique) choisissent souvent une forme allotropique alternative de wurtzite (hexagonale). La proportion relative de chaque forme dépend des conditions de croissance du cristal. Nous avons appliqué un champ magnétique pendant la croissance de films minces de sulfure de cadmium à partir d'une solution dans laquelle des molécules ou de petits agglomérats de CdS sont formés de façon contrôlée dans une solution aqueuse. L'incorporation de telles particules neutres dans le film mince polycristallin est supposé se produire dans une couche de transition par le biais d'une dissociation en constituants chargés près de la surface de croissance. Nous observons un effet marqué du champ magnétique externe sur la morphologie du film lorsque la force de Lorentz est parallèle à la surface plane de la couche. Des données sur l'énergie d'intervalle (gap), E_g, de bande obtenues par absorption optique suggèrent un dimorphisme dans les films où l'application du champ pousse la forme cubique plus commune (E_g = 2,38 eV) vers un polytype hexagonal dont l'énergie E_g est plus grande de 200 meV. [Traduit par la Rédaction]