Chemical Deposition of Multilayer HgS Films

Abstract

1-5-шарові плівки сульфіду ртуті (HgS) отримано на скляних підкладках методом хімічного осадження. Для приготування робочих розчинів використовували водні розчини меркурій(ІІ) нітрату, тіосечовини та тринатрій цитрату. Розглянуто теоретичні граничні умови утворення нерозчинних у воді сульфіду ртуті та оксиду ртуті в системі ртуть-тіосечовина-цитрат. Досліджено фазовий склад, морфологію поверхні та оптичні властивості 1-5-шарових плівок HgS. За даними рентгеноструктурного аналізу, зразки плівки осаджених 1-5 шарів були однофазними і складалися із сполуки HgS у тригональній (кіноварній) модифікації. Розраховано розміри кристалітів 1-5-шарових плівок HgS, які знаходяться в межах 11,0-33,3 нм відповідно. Поверхня плівок була суцільною і однорідною та мала невелику кількість дрібних частинок осаду, які дещо збільшувалися з кожним новим шаром HgS. Спектри оптичного пропускання отриманих багатошарових плівок виміряно в області довжин хвиль від 340 до 900 нм. Пропускання плівок HgS зростає зі збільшенням довжини хвилі з перегинами або більш різкими підйомами в області 350-500 нм, що характерно для плівок напівпровідникових сполук. Крім того, спектральні криві зміщуються вниз із збільшенням кількості шарів, оскільки зразки багатошарової плівки HgS пропускають менше світла з кожним новим шаром HgS. Визначено значення оптичної забороненої зони 1-5-шарових плівок HgS. Ширина забороненої зони зменшується від 2,86 еВ (1- шарова плівка HgS) до 1,78 еВ (5-шарова плівка HgS).

The 1-5-layer mercury sulfide (HgS) films were obtained on glass substrates by a chemical bath deposition method. The aqueous solutions of mercury (II) nitrate, thiourea and trisodium citrate were used to prepare working solutions. The theoretical boundary conditions of forming water-insoluble mercury sulfide and mercury oxide in the mercury-thiourea-citrate system were considered. The phase composition, surface morphology and optical properties of the 1-5-layer HgS films were investigated. According to the X-ray analysis, the film samples of deposited 1-5 layers were single phase and consisted of the HgS compound in trigonal (cinnabar) modification. The crystallite sizes of the 1-5-layer HgS films were calculated, and they are in the range of 11.0-33.3 nm, respectively. The films surface was solid and homogeneous and had a small amount of fine precipitate particles, which increased somewhat with each newly deposited HgS layer. The optical transmission spectra of obtained multilayer films were measured in the wavelength area from 340 to 900 nm. The HgS films transmission rises with the increase of wavelength with bends or sharper rises in the region of 350-500 nm, which is typical for films of semiconductor compounds. In addition, the spectral curves shift downward with an increase in the number of layers as the multilayer HgS film samples transmit less light with each newly deposited HgS layer. The optical bandgap values of the 1-5-layer HgS films were determined. The bandgap decreases from 2.86 eV (1-layer HgS film) to 1.78 eV (5-layer HgS film).