Chemical Synthesis of ZnSxSe1 – x Solid Solution Films from Aqueous Solutions Containing Sodium Hydroxide

Abstract

Плівки селеніду-сульфіду цинку (ZnSxSe1 – x) були синтезовані на скляних підкладках шляхом хімічного осадження у ванні. Для приготування робочих розчинів використовували водні розчини цинк хлориду, натрію гідроксиду, гідразин гідрату, тіосечовини та порошкоподібного елементарного селену. Концентрації тіосечовини та селену змінювали для отримання різних значень параметра заміщення (x) плівок. Досліджено фазовий та елементний склад, спектри оптичного пропускання та морфологію поверхні осаджених плівок ZnSxSe1 – x. За даними рентгенодифракційного аналізу зразки плівок були однофазними і складалися з твердого розчину заміщення ZnSxSe1 – x у модифікації цинкової обманки (структурний тип ZnS). Аналіз елементного складу плівок ZnSxSe1 – x показав, що величина x змінювалася від 0,11 до 0,85 залежно від зміни концентрацій тіосечовини та селену. Поверхня плівки була твердою і містила частинки сферичної форми. Оптичне пропускання плівок ZnSxSe1 – x зростає в досліджуваному діапазоні довжин хвиль від 340 до 900 нм. Криві пропускання мають вигини, починаючи з області 340 нм, зсуваючись до 650 нм для плівок з найвищим вмістом селену, що характерно для твердих розчинів ZnSxSe1 – x. Визначені оптичні значення ширини забороненої зони плівок ZnSxSe1 – x становили від 2,61 до 3,28 еВ.

The zinc selenide-sulfide (ZnSxSe1 – x) films were synthesized on glass substrates by a chemical bath deposition. Aqueous solutions of zinc chloride, sodium hydroxide, hydrazine hydrate, thiourea and powdered elemental selenium were used for the preparation of working solutions. The thiourea and selenium concentrations were varied to obtain different substitutional parameter values (x) of the films. The phase and elemental composition, optical transmittance spectra, and surface morphology of the deposited ZnSxSe1 – x films were investigated. According to the X-ray diffraction analysis, the film samples were single-phase and consisted of the ZnSxSe1 – x substitutionally solid solution in zincblende modification (ZnS structural type). The analysis of the elemental composition of the ZnSxSe1 – x films showed that the x value changed from 0.11 to 0.85, depending on the variations in thiourea and selenium concentrations. The film's surface was solid and contained particles of spherical shape. The optical transmittance of the ZnSxSe1 – x films increases across the investigated wavelength range from 340 to 900 nm. The transmittance curves have bends starting around the 340 nm region, shifting toward 650 nm for films with the highest selenium content, which is typical of ZnSxSe1 – x solid solutions. The determined optical band gap values of the ZnSxSe1 – x films ranged from 2.61 to 3.28 eV.