The Effect of Different Concentrations of Tellurium on the Structural and Optical Properties of ZnO Nanostructured Films Deposited by Sol-Gel Method

Abstract

Нелеговані та леговані Te наноструктуровані плівки ZnO були виготовлені на скляних підкладках золь-гель методом з різними атомними концентраціями Te. Проведені дослідження їх структурних, поверхневих та оптичних властивостей. Плівки полікристалічні за своєю природою і мають гексагональну структуру. Було визначено кристалічну структуру плівок ZnO1 – хTex і розраховано різні кристалічні параметри, такі як значення 2Ѳ, FWHM, розмір кристалітів, деформація гратки та густина дислокацій. При вивченні морфології поверхні плівок встановлено, що зі збільшенням концентрації легування Te в ZnO спостерігається зменшення розміру зерен. Спектри пропускання нелегованих плівок ZnO та плівок ZnO, легованих Te, високопрозорі (~ 80 %) у видимій області спектру. Середня прозорість зростала при збільшенні концентрації атомів Te. Краї пропускання були зміщені в бік менших довжин хвиль, коли атомний відсоток концентрації Te збільшувався. При збільшенні концентрації Te спостерігалося збільшення оптичної забороненої зони нанесених плівок. Фотолюмінесценція (ФЛ) показує, що всі наноплівки мають сильні піки в ультрафіолетовій області та невеликі глибокі піки випромінювання у видимій області залежно від концентрації Te. Спектри ФЛ плівок ZnO, легованих Te, демонструють велике синє зміщення від 396 до 381 нм у положенні піку УФвипромінювання. Також установлено, що зі збільшенням концентрації легування Те зростає інтенсивність смуг ФЛ у видимому діапазоні.

Undoped and Te-doped ZnO nanostructured films were prepared on glass substrates by a sol-gel technique with different atomic concentrations of Te. The deposited films were characterized to investigate the structural, surface, and optical properties. The films are polycrystalline in nature and have a hexagonal structure. The crystal structure of ZnO1 – xTex films was determined, and various crystal parameters such as 2Ѳ value, FWHM, crystalline size, lattice strain, and dislocation density were calculated. The surface morphology of the films was tailored, and it was found that as the doping concentration of Te increases in ZnO, a decrease in the grain size is observed. The transmittance spectra of undoped ZnO and Te-doped ZnO films were highly transparent (~ 80 %) in the visible region. The average transparency was increased to increase the Te doping concentration. Transmittance edges were shifted to lower wavelengths when the atomic percentage of Te concentration increased. When the concentration of Te increased, an increase in the optical band gap of the deposited films was observed. Photoluminescence (PL) shows that all nanofilms have strong peaks in the ultraviolet region and small deep-level emission peaks in the visible region, depending on the Te concentration. The PL spectra of Te-doped ZnO shows a large blue shift from 396 to 381 nm in the UV emission peak position. It was also observed that as the Te doping concentration increased, the intensities of the PL bands in the visible range also increased.