Двонаправлена модуляція ширини забороненої зони в тонких плівках на основі ZnO за допомогою катионно-та аніонно-індукованої граткової інженерії
Анотація
Тонкі плівки Zn₁₋ₓMgₓO та ZnO₁₋ᵧSᵧ були синтезовані методом ультразвукового розпилювального піролізу та досліджені з метою досягнення двонаправленої інженерії забороненої зони в матеріалах на основі ZnO. Рентгенівська дифракція підтвердила однофазну структуру вюрциту з сильною орієнтацією осі c у всіх зразках. Включення Mg викликало зміщення піку (002) до більших кутів, що вказує на стиснення решітки, тоді як заміщення S викликало зміщення до менших кутів, що відповідає розширенню решітки. UV–Vis аналіз виявив систематичний зсув ширини забороненої зони в синю область спектра при легуванні магнієм (від ~3,26 еВ до ~3,33 еВ) та зсув у червону область спектра при включенні сірки (до ~3,01 еВ).. Ці зміни пояснюються деформацією решітки та її впливом на електронну структуру. Крім того, збільшення концентрації легуючої домішки призвело до зменшення розміру кристалітів та збільшення мікродеформації та переупорядкування. Результати встановлюють чітку кореляцію між деформацією решітки та модуляцією оптичної забороненої зони, демонструючи ефективний підхід до налаштування тонких плівок на основі ZnO для оптоелектронних застосувань.
Завантаження
Посилання
Ü. Özgür, Y. I. Alivov, C. Liu, et al., “A comprehensive review of ZnO materials and devices,” Journal of Applied Physics, 98, (2005) 041301. https://doi.org/10.1063/1.1992666
A. Ohtomo, and M. Kawasaki, “ZnO-based heterostructures: MgZnO/ZnO quantum wells,” Applied Physics Letters, 72, 2466 2468 (1998). https://doi.org/10.1063/1.121384
S. Major, A. Banerjee, and K. L. Chopra, “Highly transparent and conducting ZnO films prepared by spray pyrolysis,” Thin Solid Films, 108, 333–340 (1983). https://doi.org/10.1016/0040-6090(83)90438-5
S. Pearton, D. Norton, K. Ip, et al., “Recent progress in processing and properties of ZnO,” Progress in Materials Science, 50, 293–340 (2005). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2004.04.001
R. Vinodkumar, and K. Vijayalakshmi, “Effect of Mg incorporation on structural and optical properties of ZnMgO thin films,” Materials Science in Semiconductor Processing, 16, 1–6 (2013). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2012.08.004
J. X. Murodov, Sh. U. Yuldashev, A. O. Arslanov, N. U. Botirova, J. Sh. Xudoyqulov, R. Sh. Sharipova, R. A. Nusretov, et al., “Resistive Switching Behavior of SnO₂/ZnO Heterojunction Thin Films for Non-Volatile Memory Applications,” East Eur. J. Phys. (3), 348–352 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-34
R. Zhang, Sh. U. Yuldashev, J. C. Lee, V. Sh. Yalishev, T. W. Kang, and D. J. Fu, “Electrical Properties of ZnO Nanostructures Grown on Si Substrates,” Microelectron. Eng. 112, 31–35 (2013). https://doi.org/10.1016/j.mee.2013.05.018
N. U.Botirova, A. O. Arslanov, G. B. Eshobqulov, J. X. Murodov, R. Sh. Sharipova, J. Sh. Xudoyqulov, and Sh. U. Yuldashev, “Effect of SiO₂ and Post-Annealed Ga₂O₃ Buffer Layers on Ga₂O₃ Thin Film Growth and Properties,” Cryst. Growth Des. 25(18), 7828–7833 (2025). https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5c01075
M. Caglar, S. Ilican, and Y. Caglar, “Influence of sulfur doping on structural and optical properties of ZnO thin films,” Journal of Alloys and Compounds, 509, 5130–5137 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.01.061
A. Arslanov, Sh. Yuldashev, N. Botirova, R. Nusretov, J. Murodov, and J. Xudoyqulov, “Impact of Precursor Molar Concentration on the Structural and Optical Properties of ZnO Thin Films Synthesized by Ultrasonic Spray Pyrolysis,” Physical Science International Journal, 29(1), 29-35 (2025). https://doi.org/10.9734/psij/2025/v29i1871
Sh Yuldashev, K. Mukimov, G. Eshonkulov, A. Arslanov, and J. Xudoykulov, “Diluted Magnetic Semiconductors for Spintronics Applications,” in: ICLODAM-24, (Tashkent, Uzbekistan, 2024).
V. Morari, V.V. Ursaki, E.V. Rusu, V.V. Zalamai, P. Colpo, and I.M. Tiginyanu, “Spin-Coating and Aerosol Spray Pyrolysis Processed Zn1−xMgxO Films for UV Detector Applications,” Nanomaterials, 12, 3209 (2022). https://doi.org/10.3390/nano12183209
H. Morkoç, AND Ü. Özgür, Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology, (Wiley-VCH, Weinheim, 2009).
A. Janotti, AND C.G. Van de Walle, “Fundamentals of zinc oxide as a semiconductor,” Reports on Progress in Physics, 72, 126501 (2009). https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/12/126501
Transparent Conductive Zinc Oxide, edited by K. Ellmer, A. Klein, and B. Rech, “Springer Series in Materials Science, 2008”. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73612-7
Авторське право (c) 2026 Джавохір Ш. Худойкулов, Шавкат У. Юлдашев, Азамат О. Арсланов, Джамоліддін Х. Муродов, Андрій А. Небесний, Нойба У. Ботірова, Ра’но Ш. Шаріпова
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).
