Synthesis of Thin Films Based on Silver Sulfide in Air at Atmospheric Pressure in a Gas Discharge

Abstract

Приведено характеристики перенапруженого високовольтного наносекундного розряду в повітрі атмосферного тиску між полікристалічними електродами виготовленими з суперіцонного провідника – сульфіду срібла (Ag2S). В процесі мікровибухів неоднорідностей на робочих поверхнях електродів в сильному електричному полі в міжелектродний простір, за рахунок утворення ектонів, вносяться пари сполуки Ag2S і продуктів її дисоціації в плазмі. Це створює передумови для синтезу тонких плівок з даного матеріалу, які мають властивості суперіонних провідників та фотовольтаїхних сполук і можуть осаджувались на діелектричній підкладці, встановленій розрядного проміжку. Були досліджені просторові та електричні властивості наносекундних розрядів перенапруги та спектри комбінаційного розсіювання синтезованих тонких плівок та їх поверхні. Параметри плазми розряду моделювалися у суміші парів суперіонного провідника Ag2S та повітря. Чисельні розрахунки проводилися за допомогою програми, що розв'язує рівняння Больцмана для функції розподілу енергії електронів. Транспортні характеристики електронів розряду і константи швидкості електронних процесів були розраховані залежно від значень параметра E/N в експериментальному діапазоні 1-1000 Тд дослідження властивостей розряду. Приведені спектри раманівського розсіювання світла тонких плівок, що були синтезовані з продуктів ерозії електродів в плазмі повітря.

The characteristics of an overvoltage high-voltage nanosecond discharge in air at atmospheric pressure between polycrystalline electrodes made of a superionic conductor, silver sulfide (Ag2S), are given. In the process of microexplosions of inhomogeneities on the working surfaces of the electrodes in a strong electric field, vapors of the Ag2S compound and its dissociation products in the plasma are introduced into the interelectrode space due to the formation of ectons. This creates prerequisites for the synthesis of thin films from this material, which have the properties of superionic conductors and photovoltaic compounds and can be deposited on a dielectric substrate installed in a discharge gap. Spatial and electrical properties of nanosecond overvoltage discharges and Raman scattering spectra of synthesized thin films and their surfaces were investigated. Discharge plasma parameters were modeled in a mixture of Ag2S superionic conductor vapor and air. Numerical calculations were performed using a program that solves the Boltzmann equation for the electron energy distribution function. The transport characteristics of discharge electrons and rate constants of electronic processes were calculated depending on the values of the E/N parameter in the experimental range of 1-1000 Td of the study of discharge properties. Raman light scattering spectra of thin films synthesized from electrode erosion products in air plasma are presented.