ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-04-57-67

УДК: 621.315.592

Лазерно-индуцированное улучшение фотоэлектрических характеристик тонких плёнок оксида цинка ZnO с наночастицами серебра

Гресько В.Р., Смирнова В.В., Сергеев М.М., Пушкарева А.Е., Долгополов А.Д., Сокура Л.А., Брюханова В.В.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Гресько В.Р., Смирнова В.В., Сергеев М.М., Пушкарева А.Е., Долгополов А.Д., Сокура Л.А., Брюханова В.В. Лазерно-индуцированное улучшение фотоэлектрических характеристик тонких плёнок оксида цинка ZnO с наночастицами серебра Ag // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 4. С. 57–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-04-57-67

 

Gresko V.R., Smirnova V.V., Sergeev M.M., Pushkareva A.E., Dolgopolov A.D., Sokura L.A., Bryukhanov V.V. Laser-induced improvement of the photoelectric characteristics of ZnO:Ag thin films [ In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 4. P. 57–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-04-57-67

Ссылка на англоязычную версию:

Test

Аннотация:

Предмет исследования. В работе рассмотрены результаты исследований влияния плотности мощности непрерывного лазерного излучения на оптические и электрические характеристики тонких плёнок оксида цинка с наночастицами серебра. Цель работы. Улучшение фотоэлектрических характеристик плёнок ZnO:Ag при помощи лазерного излучения для повышения эффективности фотодетектирования ультрафиолетового излучения. Метод. Модификация свойств плёнок ZnO:Ag проводилась посредством сканирования сфокусированным излучением с длиной волны 405 нм. Плёнки были исследованы методами оптической и электронной микроскопии. Электрическое сопротивление, темновой ток и фототок, возникающий при воздействии излучения с длиной волны 343 нм, измерялись при помощи мультиметра. Основные результаты. Получено, что отношение фототока к темновому току после воздействия излучения с плотностью мощности 16 Вт/см2 увеличивалось с 4,8 до 7,4. Изменялись плазмонные характеристики композитной плёнки, пик плазмонного резонанса при увеличении плотности мощности смещался между 580 нм и 480 нм. Химический состав плёнки в результате лазерного воздействия изменялся незначительно. При этом с увеличением плотности мощности плёнка приобретала пористую структуру. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для повышения эффективности фотодетекторов ультрафиолетового лазерного либо солнечного излучения, изготовленных на основе плёнок ZnO:Ag.

 

Благодарность: работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 19­79­10208).

Ключевые слова:

тонкие плёнки ZnO, серебряные наночастицы, фототок, лазерное воздействие, фотодетектирование

Коды OCIS: 160.5140.

Список источников:
  1. Hosono H., Ueda K. Transparent conductive oxides // In Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials / Eds. Kasap S., Capper P. Berlin/Heidelberg: Springer, 2017. P. 1391–1404. https://doi.org/10.1007/978­3­319­48933­9_58
  2. Rwenyagila E.R., Agyei­Tuffour B., Zebaze Kana M.G., Akin­Ojo O., Soboyejo W.O. Optical properties of ZnO/Al/ZnO multilayer films for large area transparent electrodes // Journal of Materials Research. 2014. V. 29. № 24. P. 2912–2920. https://doi.org/10.1557/jmr.2014.298
  3. Islam M.M., Ishizuka S., Yamada A., Matsubara K., Niki S., Sakurai T. et al. Thickness study of Al:ZnO film for application as a window layer in Cu(In1–xGax)Se2 thin film solar cell // Applied Surface Science. 2011. V. 257. № 9. P. 4026–4030. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.11.169
  4. Karimi­Maleh H., Kumar B.G., Rajendran S., Qin J., Vadivel S., Durgalakshmi D. et al. Tuning of metal oxides photocatalytic performance using Ag nanoparticles integration // Journal of Molecular Liquids. 2020. V. 314. P. 113588. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113588
  5. Castro­Chacón J.H., Torres­Torres C., Khomenko A.V., García­Zárate M.A., Trejo­Valdez M., Martínez­Gutiérrez H., Torres­Martínez R. Encryption of nonlinear optical signals in ZnO: Al thin films by ultrashort laser pulses // Journal of Modern optics. 2017. V. 64. № 6. P. 601–608. https://doi.org/10.1080/09500340.2016.1253880
  6. Liu K., Sakurai M., Aono M. ZnO­based ultraviolet photodetectors // Sensors. 2010. V. 10. № 9. P. 8604–8634. https://doi.org/10.3390/s100908604
  7. Li Q., Huang J., Meng J., Li Z. Enhanced performance of a self­powered ZnO photodetector by coupling LSPR­inspired pyro­phototronic effect and piezo­phototronic effect // Advanced Optical Materials. 2022. V. 10. № 7. P. 2102468. https://doi.org/10.1002/adom.202102468
  8. Singh S., Park S.H. Fabrication and characterization of Al:ZnO based MSM ultraviolet photodetectors // Superlattices and Microstructures. 2015. V. 86. P. 412–417. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2015.08.019
  9. Klochko N.P., Klepikova K.S., Khrypunova I.V., Kopach V.R., Tyukhov I.I., Petrushenko S.I., Dukarov S.V., Sukhov V.M., Kirichenko M.V., Khrypunova A.L. Solution­processed flexible broadband ZnO photodetector modified by Ag nanoparticles // Solar Energy. 2022. V. 232. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.12.051
  10. Tzeng S.­K., Hon M.­H., Leu I.­C. Improving the performance of a Zinc Oxide nanowire ultraviolet photodetector by adding silver nanoparticles // Journal of the Electrochemical Society. 2012. V. 159. № 4. P. H440. https://doi.org/10.1149/2.088204jes
  11. Kim D., Leem J.Y. Crystallization of ZnO thin films via thermal dissipation annealing method for high­performance UV photodetector with ultrahigh response speed // Scientific reports. 2021. V. 11. № 1. P. 1–10. https://doi.org/10.1038/s41598­020­79849­z
  12. Nian Q., Zhang M.Y., Schwartz B.D., Cheng G.J. Ultraviolet laser crystallized ZnO:Al films on sapphire with high Hall mobility for simultaneous enhancement of conductivity and transparency // Applied Physics Letters. 2014. V. 104. № 20. P. 201907. https://doi.org/10.1063/1.4879643
  13. Destouches N., Crespo­Monteiro N., Vitrant G., Lefkir Y., Reynaud S., Epicier T., Liu Y., Vocanson F., Pigeon F. Self­organized growth of metallic nanoparticles in a thin film under homogeneous and continuous­wave light excitation // Journal of Materials Chemistry. 2014. V. 2. № 31. P. 6256–6263. https://doi.org/10.1039/C4TC00971A
  14. Zhang M.Y., Cheng G.J. Highly conductive and transparent alumina­doped ZnO films processed by direct pulsed laser recrystallization at room temperature // Applied Physics Letters. 2011. V. 99. № 5. С. 051904. https://doi.org/10.1063/1.3622645
  15. Sokura L.A., Shirshneva­Vaschenko E.V., Kirilenko D.A., Snezhnaia Z.G., Shirshnev P.S., Romanov A.E. Electron­microscopy study of ordered silver nanoparticles synthesized in a ZnO: Al polycrystalline film // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2019. V. 1410. № 1. P. 012170. http://doi.org/10.1088/1742­6596/1410/1/012170
  16. Hong C.S., Park H.H., Park H.H., Chang H.J. Optical and electrical properties of ZnO thin film containing nano­sized Ag particles // Journal of Electroceramics. 2009. V. 22. № 4. С. 353–356. https://doi.org/10.1007/s10832­008­9526­y
  17. Zhao Y., Jiang Y. Effect of KrF excimer laser irradiation on the properties of ZnO thin films // Journal of Applied Physics. 2008. V. 103. № 11. P. 114903. https://doi.org/10.1063/1.2931005
  18. Zhang M.Y., Cheng G.J. Highly conductive and transparent alumina­doped ZnO films processed by direct pulsed laser recrystallization at room temperature // Applied Physics Letters. 2011. V. 99. № 5. P. 051904. https://doi.org/10.1063/1.3622645