Свойства твердых растворов, легированных пленок и нанокомпозитных систем на основе оксида цинка

摘要

Рассмотрены свойства материалов на основе широкозонного полупроводника оксида цинка, перспективных для применений в оптоэлектронике, наноплазмонике и фотовольтаике. Изучены структурные и оптические свойства пленок твердых растворов Zn₁₋xCdxO c различным содержанием кадмия, полученных методом магнетронного распыления на сапфировых подложках. Спектры низкотемпературной фотолюминесценции выявили присутствие пиков, связанных с процессами излучательной рекомбинации в областях пленки с различным содержанием кадмия. Рентгенофазовый анализ обнаружил в пленках наличие фазы кубического оксида кадмия. Теоретическое исследование термодинамических свойств твердых растворов позволило качественно интерпретировать наблюдаемые экспериментальные явления. Установлено, что рост пленки гомогенного твердого раствора возможен только при высоких температурах, а область негомогенных составов может быть сужена вследствие упругой деформации, вызванной несоответствием периодов решеток пленка–подложка. Выявлены движущие силы спинодального распада системы Zn₁₋xCdxO. Фуллереноподобные кластеры Znn–xCdxOn использованы для расчета ширины запрещенной зоны и энергии когезии твердых растворов ZnCdO. Рассмотрены свойства прозрачных электропроводных пленок ZnO, легированных донорными примесями III группы (Al, Ga, In). Показано, что за центры ловушек для дырок в процессах фотопроводимости в оксиде цинка отвечают вакансии кислорода. Рассмотрены особенности фотолюминесценции нанокомпозитных систем металл–ZnO, обусловленные поверхностными плазмонами.