The Optical Properties of Europium-doped Zinc Selenide Films

Abstract

Плівки ZnSe, які леговані європієм, електростатично розпилювались на скляні підкладки. Зберігаючи постійними інші параметри осадження, такі як швидкість потоку розчину прекурсора, об’єм розпилення, напруга та відстань сопла до основи, температура варіювалась приблизно від 300 °C та 400 °C з інтервалом 25 градусів. Оптичні дослідження представлені при різних температурах. Товщина плівок вказує на нанорозміри і складає 50, 100, 150, 75 і 60 нм у зазначеному діапазоні температур. Оптичні дослідження виявляють високу прозорість і дуже низькі характеристики поглинання та відбиття плівок ZnSe:Eu у видимому діапазоні. Піки поглинання, видимі при 250 нм, припускають появу дефектного стану біля краю смуги. Спостерігається високий коефіцієнт поглинання, який свідчить про високу густину станів у ZnSe:Eu. Високий коефіцієнт пропускання свідчить про придатність плівок в матеріалах покриттів, від яких вимагається висока прозорість для лазерних застосувань, тоді як низькі значення коефіцієнта відбиття та великий показник заломлення показують, що плівки можуть бути застосовані в покриттях сонячних елементів, що вимагає високої ефективності, та для виробництва оптоелектронних пристроїв. Є очевидною вища оптична провідність при енергіях фотонів більше 3 еВ. Різке збільшення коефіцієнта екстинкції з енергією фотонів вказує на збільшення ймовірності переносу електрона через зону рухливості з високою енергією фотонів і більшим ослабленням світла. Дослідження забороненої зони плівок ZnSe:Eu виявляє сильний синій зсув (з 3,01 еВ до 3,12 еВ) від положення забороненої зони об’ємного ZnSe (2,72 еВ).

Europium-doped ZnSe films were sprayed on glass substrates electrostatically. Keeping other deposition parameters such as flow rate of precursor solution, spray volume, voltage and distance of nozzle to substrate constant, temperature was varied from about 300 °C and 400 °C with an interval of 25 degrees. Optical studies at different temperatures are presented. Thickness of the films obtained by surface profile indicates nanosizes of 50, 100, 150, 75 and 60 nm in the considered temperature range. Optical studies reveal high transparency, very minimal absorption and reflection characteristics of ZnSe:Eu films in the visible region. Absorption peaks visible at 250 nm suggest the occurrence of defect state near the band edge. Large absorption coefficient suggesting evidence of high density of states for ZnSe:Eu is observed. High transmittance results suggest the films suitability in coating materials that are required to exhibit high transparency for laser applications, while low reflectance values and large refractive index reveal the films could be applicable in solar cell coatings that require high efficiency and in manufacturing optoelectronic devices. Higher optical conductivity at photon energies above 3 eV is evident. Steep increase in extinction coefficient with photon energy indicates the probability of raising the electron transfer across the mobility gap with high photon energy and greater attenuation of light. Band gap investigation of ZnSe:Eu films reveals a strong blue-shift (3.01 eV to 3.12 eV) from the bulk ZnSe (2.72 eV) band gap.