Вплив легування кобальтом на структурні, морфологічні, оптичні та магнітні властивості тонких плівок ZnO, виготовлених технікою ультразвукового напилення

  • З. Даас Лабораторія тонких плівок та інтерфейсів, Університет Костянтина 1-Фрер Ментурі, Костянтин, Алжир
  • А. Буабеллу Лабораторія тонких плівок та інтерфейсів, Університет Костянтина 1-Фрер Ментурі, Костянтин, Алжир https://orcid.org/0009-0009-0854-9616
  • К. Даас bЛабораторія математики та їх взаємодій, Університетський центр Буссуфа Абдельхафіда, Міла, Алжир
  • Д. Бельфеннаше Науково-дослідний центр промислових технологій CRTI, Черага, Алжир, Алжир https://orcid.org/0000-0002-4908-6058
  • К. Бензуаї Лабораторія тонких плівок та інтерфейсів, Університет Костянтина 1-Фрер Ментурі, Костянтин, Алжир
  • М. Махталі Лабораторія тонких плівок та інтерфейсів, Університет Костянтина 1-Фрер Ментурі, Костянтин, Алжир
  • Р. Єхлеф Науково-дослідний центр промислових технологій CRTI, Черага, Алжир, Алжир
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-26
Ключові слова: техніка напилення, тонкі плівки ZnO, легування кобальтом, раманівська спектроскопія, розбавлені магнітні напівпровідники (РМН)

Анотація

Тонкі плівки оксиду цинку-кобальту (Zn1−xCoxO) відносяться до напівпровідникового матеріалу на основі оксиду цинку (ZnO), легованого кобальтом (Co). Цей матеріал вивчається головним чином через його модифіковані магнітні, електронні та оптичні властивості, зокрема в контексті розбавлених магнітних напівпровідників (РМП). У цьому дослідженні аналізується вплив легування кобальтом на структурні оптичні та магнітні властивості тонких плівок ZnO, виготовлених за допомогою недорогого, масштабованого методу ультразвукового напилення. Тонкі плівки оксиду цинку-кобальту (Zn1−xCoxO) були успішно нанесені на скляні підкладки за допомогою методу ультразвукового напилення при температурі підкладки 450 ◦C, з концентраціями легування кобальтом x = 0%, 1%, 3% та 5%. Рентгенівський дифракційний (XRD) аналіз виявив гексагональну структуру вюрциту для всіх зразків без вторинних фаз, що свідчить про ефективне включення іонів Co2+ у решітку ZnO. Раманівська спектроскопія вказала на появу структурного безладу та дефектних мод, що узгоджується зі збільшенням енергії Урбаха. Скануюча електронна мікроскопія (СЕМ) показала зернисту морфологію поверхні, а на всіх зразках видно неоднорідний малюнок поверхні. Атомно-силова мікроскопія (АСМ) показала збільшення шорсткості поверхні та розміру зерен зі збільшенням концентрації легування. Оптичні вимірювання підтвердили високий коефіцієнт пропускання у видимому діапазоні та поступове зменшення ширини оптичної забороненої зони від 3,21 еВ до 2,95 еВ зі збільшенням вмісту Co. Спектроскопія та вібраційний магнітометр (VSM) показали, що всі плівки є внутрішньо феромагнітними. Було виявлено, що походження феромагнетизму є внутрішньою властивістю тонких плівок ZnO, легованих кобальтом.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

M. Vali, and A. Bayani, Mat Sci Semicon Proc. 195, 109599 (2025). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2025.109599

Y. Sun, T. Wang, J. Luo, J. Chen, W. Huang, and J. Ding, Mater. Today Electron. 12, 100151 (2025). https://doi.org/10.1016/j.mtelec.2025.100151

D. Belfennache, D. Madi, N. Brihi, M.S. Aida, and M.A. Saeed, Appl. Phys. A, 124, 697 (2018). https://doi.org/10.1007/s00339-018-2118-z

I. Hanif, and I. Iatsunskyi, Int. J. Hydrog. Energy, 109, 174 (2025). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.01.491

R. Ouldamer, D. Belfennache, D. Madi, R. Yekhlef, S. Zaiou, and M.A. Ali, J. Ovonic. Res. 20(1), 45 (2024). https://doi.org/10.15251/JOR.2024.201.45

Y. Benkrima, S. Benhamida, and D. Belfennache, Dig. J. Nanomater. Bios. 18(1), 11 (2023) https://doi.org/10.15251/DJNB.2023.181.11

Y. Benkrima, M.E. Soudani, D. Belfennache, H. Bouguettaia, and A. Souigat, J. Ovonic. Res. 18(6), 797 (2022). https://doi.org/10.15251/JOR.2022.186.797

Ü. Özgür, Ya. I. Alivov, C. Liu, A. Teke, M.A. Reshchikov, S. Doğan, V. Avrutin, et al., J. Appl. Phys. 98(4), 041301 https://doi.org/10.1063/1.1992666

R. Kurniawan, I.M. Sutjahja, T. Winata, T. S. Herng, J. Ding, A. Rusydi, and Y. Darma, Opt. Mater. Express, 7(11), 3902 (2017). https://doi.org/10.1364/OME.7.003902

L. Wang, Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 445, 118205 (2025). https://doi.org/10.1016/j.cma.2025.118205

Z. Wang, Q. Chen, Z. Qi, Z. Song, Z. Wang, B. Cao, S. Pan, J. Pang, and W. Wang, Intermetallics, 185, 108886 (2025). https://doi.org/10.1016/j.intermet.2025.108886

D. Belfennache, N. Brihi, and D. Madi, Proceeding of the IEEE xplore, 8th (ICMIC) (2016). 7804164, 497–502 (2017). https://doi.org/10.1109/ICMIC.2016.7804164

Y. Benkrima, D. Belfennache, R. Yekhlef, and A. M. Ghaleb, Chalcogenide Lett. 20(8), 609-618 (2023). https://doi.org/10.15251/CL.2023.208.609

M. Shkir, Mater. Sci. Eng. B, 284, 115861 (2022). https://doi.org/10.1016/j.mseb.2022.115861

S.D. Lokhande, H.A. Varudkar, M.B. Awale, L.H. Kathwate, J.S. Dargad, and V.D. Mote, Materials Letters, 337, 133919 (2023). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.133919

F. Hadji, Y. Rassim, D. Belfennache, R. Yekhlef, N. Bounar, M.A. Bradai, M. Hemdan, and M.A Ali, Egypt. J. Chem. 68, 63 (2025). https://doi.org/10.21608/ejchem.2024.283147.9600

O.A. Akinwumi, K.O. Olumurewa, A.T. Famojuro, and O.O. Akinwunmi, Next Materials, 8, 100883 (2025). https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2025.100883

S. Mahdid, D. Belfennache , D. Madi, M. Samah, R. Yekhlef, and Y. Benkrima,. J. Ovonic. Res. 19(5), 535-545 (2023). https://doi.org/10.15251/JOR.2023.195.535.

R. Ouldamer, D. Madi, and D. Belfennache, in: Advanced Computational Techniques for Renewable Energy Systems, IC-AIRES, 2022, Lecture Notes in Networks and Systems, 591, edited by M. Hatti, (Springer, Cham. 2023). pp. 700-705. https://doi.org/10.1007/978-3-031-21216-1_71

F. Saker, L. Remache, D. Belfennache, K.R. Chebouki, and R. Yekhlef, Chalcogenide Letters, 22(2), 151 (2025). https://doi.org/10.15251/CL.2025.222.151

R.C. Greenhalgh, A. Abbas, V. Kornienko, and J.M. Walls, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 292, 113742 (2025). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2025.113742

Y. Bellal, A. Bouhank, D. Belfennache, R. Yekhlef, East Eur. J. Phys, (1), 170-176 (2025).

https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-16

N.K. Singh, V. Koutu, and M.M. Malik, J. Sol-Gel Sci. Technol. 91, 324 (2019). https://doi.org/10.1007/s10971-019-05004-4

I. Djerdj, Z. Jagliˇci´c, D. Arˇcon, and M. Niederberger, Nano scale, 2(7), 1096 (2010). https://doi.org/10.1039/c0nr00148a

U. Godavarti, V.D. Mote, and M. Dasari, J. Asian Ceram. Soc. 5, 391 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jascer.2017.08.002

L. Vegard, Zeitschrift für Physik, 5(1), 17 (1921). http://dx.doi.org/10.1007/BF01349680

S. Roguai, and A. Djelloul, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 125(12), 1 (2019). https://doi.org/10.1007/s00339-019-3118-3

M. Bouloudenine, N. Viart, S. Colis, J. Kortus, and A. Dinia, Appl. Phys. Lett. 87, 05250 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2001739

A. Manikandan, E. Manikandan, B. Meenatchi, S. Vadivel, S.K. Jaganathan, R. Ladchumananandasivam, M. Henini, et al., J. Alloys Compd. 723, 1155 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.336

I.S. Yahia, A.A.M. Farag, M. Cavas, and M.F. Yakuphanoglu, Superlattices Microstruct. 53, 63 (2013). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.09.008

A.C. Gandhi, W.S. Yeoh, M.A. Wu, C.H. Liao, D.Y. Chiu, W.L. Yeh, and Y.L., Huang, Nanomaterials, 8(8), 632 (2018). https://doi.org/10.3390/nano8080632

G. Scamarcio, V. Spagnolo, G. Ventruti, M. Lugara, and M.G.C. Righini, Phys. Rev. B, 53, R10489 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.R10489

A.K. Ojha, M. Srivastava, S. Kumar, R. Hassanein, J. Singh, M.K. Singh, and A. Materny, Vib. Spectrosc. 72, 90 (2014). https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2014.02.013

W. Chebil, Indian Journal of Pure & Applied Physics, (IJPAP), 53(8), 521-529 (2015).

M. Soylu, and M. Coskun, J. Alloys. Compd. 741, 957 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.079

C.Y. Tsay, K.S. Fan, Y.W. Wang, C.J. Chang, Y.K. Tseng, and C.K. Lin, Ceramics International, 36(6), 1791 (2010). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.03.005

J. Li, D. Yang, and X. Zhu, Materials technology, 33(3), 198 (2018). https://doi.org/10.1080/10667857.2017.1396775

C.Y. Tsay, K.S. Fan, S.H. Chen, and C.H. Tsai, J. Alloys. Compds. 495(1), 126 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.01.100

J. Li, X. Zhu, P. Gu, X, Zhang, X. Li, Y. Chen, and D. Yang, Materials Technology, 34(2), 80 (2018). https://doi.org/10.1080/10667857.2018.1523086

N. Kaneva, A. Bojinova, K. Papazova, D. Dimitrov, I. Svinyarov, and M. Bogdanov, Bulg. Chem. Commun. 47, 395 (2015).

M. Yilmaz, and A. Şakir, Mater. Sci. Semicond. Process, 40, 162 (2015). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.06.064

A. Maache, A.Chergui, D. Djouadi, B. Benhaoua, A. Chelouche, and M. Boudissa, Optik, 180, 1018 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.11.002

J. Singh, Optical Properties of Condensed Matter and Applications, vol. 6, (John Wiley & Sons, 2006). https://doi.org/10.1002/0470021942

N. Shakti, and P.S. Gupta, Appl. Phys. Res. 2(1), 19 (2010) https://doi.org/10.5539/apr.v2n1p19

A.A. Aboud, M. Shaban, and N. Revaprasadu, RSC Adv. 9(14), 7729 (2019). https://doi.org/10.1039/c8ra10599e

S. Yang, B.Y. Man, M. Liu, C.S. Chen, X.G. Gao, C.C. Wang, and B. Hu, Phys. B: Condens. Matter, 405(18), 4027 (2010). https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.06.050

C. Song, F. Zeng, K.W. Geng, X.B. Wang, Y.X. Shen, and F. Pan, J. Magn. Magn Mater. 309(1), 25 (2007). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.06.012

E. Gungor, T. Gungor, D. Caliskan, A. Ceylan, and E. Ozbay, Appl. Surf. Sci. 318, 309 (2014). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.06.132

M. Ivill, S.J. Pearton, S. Rawal, L. Leu, P. Sadik, R. Das, A.F. Hebard, et al., New J. Phys. 10(6), 065002 (2008). https://doi.org/10.1088/1367-2630/10/6/065002

A.C. Tuan, et al., Phys. Rev. B, 70, 054424 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.054424

B.K. Ridley, Quantum Processes in Semiconductors, 5th edn. (Oxford, 2013). https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199677214.001.0001

S.H. Deng, M.Y. Duan, M. Xu, and L. He, Physica B: Condensed Matter, 406(11), 2314 (2011). https://doi.org/10.1016/j.physb.2011.03.067

A. Salah, A.M. Saad, and A.A. Aboud, Optical Materials, 113, 110812 (2021). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.110812

A.T. Naziba, M.T. Nafisa, R. Sultana, Md.F. Ehsan, A.R.M. Tareq, R. Rashid, H. Das, et al., J. Magn. Magn. Mater, 593, 171836 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.171836

R.A. Torquato, S.E. Shirsath, R.H.G.A. Kiminami, and A.C.F.M. Costa, Ceramics International, 44(4), 4126 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.11.213

M. Zhong, W. Wu, H. Wu, and S. Guo, J. Alloys. Compds, 765, 69 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.228

J.K. Park, K.W. Lee, S.J. Noh, H.S. Kim, and C.E. Lee, Curr. Appl. Phys. 14(2), 206 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cap.2013.11.004

B. Salameh, A.M. Alsmadi, and M. Shatnawi, J. Alloys. Compds. 835, 155287 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155287

N.C. Mamani, J. Alloys. Compds. 695, 2682 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.11.183

S. Ramasubramanian, R. Thangavel, M. Rajagopalan, A. Thamizhavel, K. Asokan, D. Kanjilal, and J. Kumar, Curr. Appl. Phys. 13, 1547 (2013). https://doi.org/10.1016/j.cap.2013.05.010

Dhruvashi, and P.K. Shishodia, Thin Solid Films, 612, 55 (2016). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.05.028

X.J. Liu, C. Song, P.Y. Yang, F. Zeng, and F. Pan, Appl. Surf. Sci. 254, 3167 (2008). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.10.078

W. Zhuliang, L. Xiaoli, J. Fengxian, T. Baoqiang, L. Baohua, and X. Xiaohong, Rare. Metal. Mat. Eng. 37(5), 0831 (2008). https://doi.org/10.1016/S1875-5372(09)60021-7

H.-J. Lee, S.-Y. Jeong, C. Cho, and C. Park, Appl. Phys. Lett. 81, 4020 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1517405

C.B. Fitzgerald, M. Venkatesan, J.G. Lunney, L.S. Dorneles, and J.M.D. Coey, Appl. Surf. Sci. 247, 493 (2005). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.01.043

L.S. Dorneles, M. Venkatesan, R. Gunning, P. Stamenov, J. Alaria, M. Rooney, J.G. Lunney, and J.M.D. Coey, J. Magn. Magn. Mater. 310, 2087 (2007). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.10.1017

A. Zukova, A. Teiserskis, V. Kazlauskiene, Y.K. Gun’ko, and S. Dijken, J. Magn. Magn. Mater. 316, e203 (2007). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.02.090

J.H. Kim, H. Kim, D. Kim, Y.E. Ihm, and W.K. Choo, J. App. Phys. 92, 6066 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1513890

R.K. Singhal, A. Samariya, Y.T. Xing, S. Kumar, S.N. Dolia, U.P. Deshpande, T. Shripathi, and E.B. Saitovitch, J. Alloys. Compd. 496, 324 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.02.005

Опубліковано
2025-09-08
Цитовано
Як цитувати
Даас, З., Буабеллу, А., Даас, К., Бельфеннаше, Д., Бензуаї, К., Махталі, М., & Єхлеф, Р. (2025). Вплив легування кобальтом на структурні, морфологічні, оптичні та магнітні властивості тонких плівок ZnO, виготовлених технікою ультразвукового напилення. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 286-297. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-26
Номер
№ 3 (2025): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2025 З. Даас, А. Буабеллу, К. Даас, Д. Бельфеннаше, К. Бензуаї, М. Махталі, Р. Єхлеф

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).

Найбільш популярні статті цього автора (авторів)