Morphological, Structural and Optical Properties of Ba-Doped NiO Nanostructure Thin Films

Abstract

У статті повідомляється про вплив легування барієм на властивості тонкихі плівок NiO. Нелеговані та леговані плівки були нанесені на скляну підкладку при 450 °C за допомогою техніки пневматичного розпилювального піролізу (PSPT) з різними концентраціями барію (0 – 8 ат.%). Рентгенівські дифракційні картини показують полікристалічну природу плівок із переважною орієнтацією (111). Жодних інших кластерів і домішкових фаз металевого барію не спостерігалося при легуванні Ba. Розмір кристалів осаджених тонких плівок розраховували за формулою Дебая-Шеррера для двох орієнтацій (111) і (200), і на фотографіях SEM ми знайшли значення в діапазоні від 11,95 до 39,06 нм в обох випадках. У видимій області оптичне пропускання тонких плівок NiO, легованих Ba, впало на 46 % порівняно з нелегованими тонкими плівками NiO (79 %). Було виявлено, що ширина забороненої зони зменшується в діапазоні 3,742 – 3,503 еВ з легуванням Ba. Енергія безладу Урбаха явно зростає від 262,98 до 356,64 меВ при переході від нелегованого тонкого шару до тонкого шару, легованого при 2 ат. %, потім зменшується до мінімуму 303,14 меВ для легування барієм 8 ат. %, дозволяючи атомам знайти хороше місце, тобто тонкі плівки стають однорідними та сильно кристалізованими. Шорсткість була розрахована за допомогою аналізу SEM зображень. Його значення коливалися в межах 23,26 – 39,06 нм.

This paper reports the effect of barium doping on NiO thin films. Undoped and doped films thin films were deposited on a glass substrate at 450 °C using pneumatic spray pyrolysis technique (PSPT) with different concentrations of barium (0 – 8 at. %). X-ray diffraction patterns show the polycrystalline nature of the films with the preferred orientation (111). No other barium metal cluster and impurity phases have been observed with Ba doping. The crystal size of the deposited thin films was calculated using the DebyeScherrer formula for the two orientations (111) and (200), and from the SEM photographs, we found values ranging from 11.95 to 39.06 nm in both cases. In the visible region, the optical transmission of Ba-doped NiO thin films dropped by up to 46 % when compared to undoped NiO thin films (79 %). The band gap was found to be decreasing in the range of 3.742 – 3.503 eV with Ba doping. The Urbach disorder energy clearly increases from 262.98 to 356.64 meV when passing from the undoped thin layer to the thin layer doped at 2 at. %, then decreases to the minimum 303.14 meV for a barium doping of 8 at. %, allowing the atoms to find a good site, i.e. thin films become homogeneous and highly crystallized. The roughness was calculated using SEM image analysis. Its values were ranged between 23.26 – 39.06 nm.