Моделювання радіаційно-індукованих структурних та оптичних модифікацій у тонкоплівочних структурах ZnO:S/Si
Анотація
У дослідженні вивчалися тонкі плівки ZnO, що містять 3 ат.% сірки (S) на кремнії (1 мкм), за допомогою моделювання Geant4 для радіаційного аналізу. Аналіз тонких плівок ZnO (400 нм), легованих 3 ат.% сірки (S), на кремнієвій підкладці товщиною 1 мкм за допомогою платформи моделювання Монте-Карло Geant4 враховував поглинання енергії разом з глибиною проникнення частинок та іонізацією, а також генерацію вторинних електронів та зміни оптичних властивостей, оскільки в дослідженні розглядалися різні енергії електронного випромінювання від 3 кеВ до 10 кеВ. Шар ZnO:S поглинав більшу частину енергії вхідних електронів у діапазоні 3-5 кеВ, що призводило до збільшення дефектів поблизу поверхні під час іонізації. Коли електрони використовували енергії 9-10 кеВ, вони проникали крізь весь шар підкладки, що призводило до отримання кремнієм більшої частини поглинання енергії. Найбільша зміна параметрів відбувалася на стику плівка-підкладка, коли енергія досягала 7 кеВ. Усі результати моделювання показали, що загальна поглинена енергія разом з утворенням вторинних електронів та щільністю дефектів, що досягала 10⁷, швидко зростала зі прискоренням енергії електронів. Зниження оптичних властивостей відбувається тому, що дефекти існують на різній глибині під час поглинання енергії. Згідно з цим дослідженням, електричні та оптичні характеристики ZnO:S/Si можна регулювати за допомогою процедур електронного опромінення. Результати цього дослідження слугуватимуть основою для створення сенсорів, оптоелектронних пристроїв і захисних покриттів, які ефективно працюють в умовах високого випромінювання.
Завантаження
Посилання
A. Smith and B. Johnson, “Radiation-Resistant Materials for Space Applications: A Review,” Adv. Mater. Interfaces, 9, 2102345 (2022). https://doi.org/10.1002/admi.202102345
S. Zainabidinov, A. Y. Boboev, and N.Y. Yunusaliyev, “Effect of γ-irradiation on structure and electrophysical properties of S doped ZnO films,” East Eur. J. Phys. (2), 321 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-37
S.Z. Zaynabidinov, Sh.U. Yuldashev, A.Y. Boboev and N.Y. Yunusaliyev, “X-ray diffraction and electron microscopic studies of the ZnO metal oxide films obtained by the ultrasonic spray pyrolysis method,” Herald Bauman Moscow State Tech. Univ., Ser. Nat. Sci. 112(1), 78 (2024). https://doi.org/10.18698/1812-3368-2024-1-78-92
S. Agostinelli, et al., “GEANT4 – A simulation toolkit,” Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, 506(3), 250 (2003). https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
S.H. Kim, et al., “Effects of electron irradiation on the properties of ZnO thin films,” Trans. Electr. Electron. Mater. 14(4), 208 (2013). https://doi.org/10.4313/TEEM.2013.14.4.208
K. Vanheusden, et al., “Mechanisms behind green photoluminescence in ZnO phosphor powders,” J. Appl. Phys. 79(10), 7983 (1996). https://doi.org/10.1063/1.362349
N.Y. Yunusaliyev, “The Gas-Sensitive Properties of Tin Dioxide Films,” Eur. J. Phys. (4), 439 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-52
A. Elango, S. Rajendran and R. Sivakumar, “Optical properties of S-doped ZnO films,” J. Phys. D: Appl. Phys. 51(15), 155102 (2018). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aab0ea
H.A. Bethe, “Theory of the Passage of Swift Corpuscular Rays through Matter,” Ann. Phys. 5, 325 (1930). https://doi.org/10.1002/andp.19303970303
K. Kanaya and S. Okayama, “Penetration and energy-loss theory of electrons in solid targets,” J. Phys. D: Appl. Phys. 5(1), 43 (1972). https://doi.org/10.1088/0022-3727/5/1/308
R. Chauhan, et al., “Effect of particle energy on penetration depth in ZnO-based thin films,” Radiat. Phys. Chem. 170, 108665 (2020). https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108665
W.J. Weber, et al., “Radiation effects in crystalline ceramics,” J. Mater. Res. 12(8), 1946 (1997). https://doi.org/10.1557/JMR.1997.0265
H. Seiler, “Secondary Electron Emission in the Scanning Electron Microscope,” J. Appl. Phys. 54(11), R1 (1983). https://doi.org/10.1063/1.332840
E.J. Sternglass, “Theory of Secondary Electron Emission,” Phys. Rev. 108(1), 1 (1957). https://doi.org/10.1103/PhysRev.108.1
K.S. Daliev, et al., “Defect Formation in MIS Structures Based on Silicon with an Impurity of Ytterbium,” East Eur. J. Phys. (4), 301 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-33
J.F. Ziegler, M.D. Ziegler and J.P. Biersack, “SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter,” Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B, 268(11), 1818 (2010). https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.091
Y.H. Tak, et al., “Characteristics of transparent and conducting ZnO:Al thin films,” Thin Solid Films, 411(1), 12 (2002). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00166-1
Авторське право (c) 2025 Акрамджон Й. Бобоєв, Хушрой А. Махмудов, Нурітдін Й. Юнусалієв, Мохлароїм О. Гофурджонова, Файзулох А. Абдулхаєв, Гайбулло Г. Тоджибоєв
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).
