ПОЛУЧЕНИЕ  ТОНКОЙ  ПЛЕНКИ  PBS   И  ИССЛЕДОВАНИЕ  ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ФУНКЦИЙ  МЕТОДОМ  ЭЛЛИПСОМЕТРИИ

Ахмедов  Орудж  Рагим  оглы

научный  сотрудник  Нахичеванского  Отделения  НАН  Азербайджана,

Азербайджанская  Республика,  г.  Нахчывань

E -mail:  orucahmedov@mail.ru

Махмудова  Назиля  Векил  кызы

научный  сотрудник  Нахичеванского  Отделения  НАН  Азербайджана,  Азербайджанская  Республика,  г.  Нахчывань

Геологическая  структура  и  полезные  ископаемые  Нахичеванской  Автономной  Республики  ещё  с  середины  ХVIII  века  привлекали  внимание  путешественников.  В  местах  расположения  полезных  ископаемых  (Дуздаг,  Дарыдаг,  Шекердара,  Гёмур,  Куюлудаг,  Кызылкая  и  др.)  обнаружены  пещеры,  колодцы,  найдены  орудия  труда  первобытных  людей.  На  территории  Нахичевани  ещё  с  древних  времен  добывались  соль,  мышьяк,  медь,  золото,  сера,  свинец  и  т.  д.  Систематическое  изучение  территории  относится  к  периоду  создания  Нахичеванской  Автономной  Республики 

Среди  минеральных  ресурсов  Автономной  Республики,  имеются  минералы,  которые  содержат  такие  элементы,  как  Au,  Cu,  Zn,  Mo,  Sb,  Sn,  Pb,  S  и  т.  д.  В  регионе  особое  место  занимают  месторождения:  Гюмушлунский  —  галенит;  Несирвазский  —  свинец,  молибден;  Гёмур,  Сальвартынский  —  сера;  Агдеренский  —  полуметаллическое  месторождение  [2,  с.  81].  Существование  природных  месторождений  минералов,  которые  являются  основным  сырьем  полупроводникового  материала  сульфида  свинца  (Pb-свинец  и  S-сера)  в  АР,  доказывает  эффективность  научно-исследовательской  работы  в  этой  области.  Основное  направление  наших  исследований  разделение  Pb  —  свинца  и  S  —  серы  из  минералов  и  получения  на  этой  основе  тонких  пленок  PbS,  их  исследования  и  применение.  Для  этой  цели  нами  первоначально  были  получены  тонкие  пленки  PbS,  проведены  их  рентгенографический-дифрактометрические  анализы,  исследованы  оптические  свойства  по  эллипсометрическим  методам.

Сульфид  свинца  (PbS)  широко  применяется  в  инфракрасной  технике  [4;  5  с.  101;  29],  в  микро-  и  оптоэлектронике,  нанотехнологии  [6,  с.  92],  в  фотометрических  переключателях  [7,  с.  81],  в  солнечных  элементах  [8,  с.  319]  и  т.  д.  В  отличие  от  всех  других  полупроводников  температурный  коэффициент  запрещенной  зоны  в  PbS  положительный  [9,  с.  91].  Кроме  того,  при  получении  тонких  пленок  PbS  в  условиях  одновременного  осаждения  с  CdS,  в  зависимости  от  сочетания  сопроцента  состава,  PbS  могут  быть  получены  совершенно  с  новыми  свойствами  полупроводникого  материала  [10,  с.  91;  72]. 

В  данной  работе  исследовано  определение  оптических  параметров  тонких  пленок  PbS  полученным  путем  химического  осаждения  по  эллипсометрическим  методам. 

Для  получения  тонких  пленок  PbS  методом  химического  осаждения  использованный  раствор  был  изготовлен  из  следующих  реагентов,  взятых  в  равных  количествах  (по  объемному  размеру):  ацетат  свинца,  Pb  (CH  ₃  COO)  ₂  —  0,07  М;  гидроксид  натрия  (NaOH)  —  0,3  М;  триэтаноламин  N  (CH₂CH₂OH)  ₃  —  0,06  M;  тиомочевина(NH₂)  ₂CS  —  0,17  М.  Процесс  химического  осаждения  проведен  внутри  60  милл.  в  лабораторном  стакане,  при  T  40⁰  C.  В  раствор  заранее  помещали  в  вертикальном  положении  стеклянную  подложку  и  в  течение  всего  процесса  раствор  смешивали  магнитной  мешалкой.  Через  20  минут  стекло  удаляется  из  раствора,  промывается  дистиллированной  водой  и  просушивается.  После  этого  процесса  на  стеклянной  подложке  была  получена  хорошо  осажденная  на  стекло,  однородная,  темно-коричневого  цвета  тонкая  пленка  PbS.  Механизм  реакции  для  формирования  PbS  с  помощью  триэтаноламина  (ТЭА)  как  комплексообразователя  выглядит  следующим  образом:

[Pb(CH₃COO)₂  3H₂O+2NaOH]Pb(OH)₂+2Na(CH₃COO)+3H₂O

SC(NH₂)₂+2H₂OH2S_(g)+CO_2(g)↑+2NH_3(g)↑    S^2-+H₂O

2Pb(OH)₂+2[C₆H₁₅NO₃]n2[Pb(TEA)n]+2H₂O+O₂

[Pb(TEA)n]  Pb²⁺+n(TEA)

Pb²⁺+S^2-PbS

По  результатам  рентгено-дифрактометрического  анализа  на  образцах  тонких  пленок  PbS,  полученных  химическим  осаждением,  расположение  и  интенсивность  всех  дифракционных  пиков  полностью  совпадает  со  всеми  рентгеновскими  стандартами. 

Для  определения  оптических  параметров  тонких  пленок  PbS,  полученных  путем  химического  осаждения  на  образцах,  проведен  эллипсометрический  метод  анализа.

Эллипсометрические  методы  исследования  разрешают  получить  информацию  о  тонких  пленках  на  поверхности  подложки.  Данные  методы  не  влияют  на  поверхность  пленки  и  очень  чувствительны  к  слабым  эффектам  на  границе  раздела.  В  данном  методе  используется  изменение  поляризации,  которое  имеет  место,  когда  луч  поляризованного  света  отражается  от  границы  раздела  или  поверхностного  слоя  исследуемых  объектов  [1,  c.  141].

Измерения  проводилось  на  эллипсометре  марки  «J.А.  WOLLAM  COMPANY-М200^®SPEKTROSKOPIK  ELLIPSOMETER». 

Общая  толщина  тонких  пленок  была  порядка  112,1  нм  (толщина  пленки  —  87,7  нм  +  шероховатость  —  14,4  нм).  На  рисунке  1  показан  результаты  измерения  толщины  образцов  PbS. 

Рисунок  1.  Толщина  образцов  PbS .  а)  шероховатость,  б)  тонкий  слой,  в)  стеклянная  подложка

В  результате  исследований  определены  ε₁  и  ε₂  —  диэлектрические  константы.  Ниже  в  таблице  1  приведены  некоторые  экспериментальные  и  палические  значения  диэлектрических  функции  ε₁  и  ε₂  в  интервале  длины  волн  0—0,7  еВ. 

Таблица  1.

Некоторые  значения  диэлектрических  функций  ε₁   и  ε₂  в  интервале  длины  волн  0—0,7  еВ.

По  полученным  данным  построен  график  диэлектрических  функции  ε₁  и  ε₂  тонких  пленок  PbS. 

Рисунок  2.  Экспериментальные  и  палические  кривые  диэлектрических  функции  ε₁   и  ε₂  тонких  пленок  PbS

Как  видно  из  графика,  все  кривые  диэлектрических  функции  ε₁  и  ε₂  тонких  пленок  PbS  почти  совпадают. 

Таким  образом,  в  этой  работе  был  определен  оптимальный  режим  осаждения  и  механизм  реакции  получения  тонкой  пленки.  Измерены  толщина  и  некоторые  значение  диэлектрических  функций  образцов  PbS. 

Список  литературы:

1.Власенко  А.И.,  Левицкий  С.Н.,  Генцарь  П.А.,  Крыськов  Ц.А.  «Оптическая  свойства  халькогенидов  свинца».  Актуальные  проблемы  физики  твердого  тела:  сб.докл.  Междунар.  науч.  конф.,  Минск.  В  3  т.  Т.  2,  центр  БГУ,  2009.  —  344  с.

2.Рзаев  Б.З.,  Караев  А.  Природные  ресурсы  Нахчыванской  АР  и  их  рационально  использование.  Нахчывань,  2013.  —  480  с.

3.Ghamsari  M.S.,  Araghi  M.K.  and  Farahani  S.J.,  Mater.  Sci.  Eng.  B,  133  (2006),  113.

4.Zhang  H.,  Yang  D.  and  Niu  J.,  J.  Cryst.Growth,  246  (2002)  108.

5.Malyarevich  A.M.  et  al.,  Non  J.  Cryst.  Solids,  353  (2007)  1195.cvb

6.Chaudhuri  T.K.,  Ener  J.  Int.  Res.,  16,  (1992)  481.

7.Gunes  S.  et  al.,  Solar  Energy  Mater.  Solar  Cells,  91  (2007)  420.

8.Das  R.K.,  Sahoo  S.  and  Tripathi  G.S.  Semicond.  Sci.  Technol.,  19  (2004)  433.

9.Gugliemi  M.  et  al.,  Sol  J.  -Gel  Sci.  Technol.,  11  (1997)  229. 

10.Li  H.  et  al.,  Proc.  SPIE,  3899  (1999)  376.