ГІДРОХІМІЧНИЙ СИНТЕЗ І ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК ГІДРАРҐЕРУМ(ІІ) СУЛЬФІДУ ТА ГІДРАРҐЕРУМ(ІІ) СЕЛЕНІДУ. ОГЛЯД

2018;
3-13
1
Національний університет “Львівська політехніка”
2
Національний університет “Львівська політехніка”
3
Національний університет “Львівська політехніка”
4
Національний університет „Львівська політехніка”
5
Національний університет „Львівська політехніка”

Напівпровідникові тонкі плівки халькогенідів металів підгрупи цинку завдяки своїм унікальним оптичним та електричним властивостям можуть бути використані у фотоелектричних системах. Найбільшого використання набули плівки CdS. Але через його токсичність існує значний інтерес замінити CdS іншими напівпровідниковими плівками з подібними або навіть кращими властивостями, одержаними хімічним осадженням (ХО). Одним з кандидатів заміни кадмій сульфіду є хімічно осаджені плівки халькогенідів гідрарґеруму (ІІ).

В даній роботі розглянуто та проаналізовано основні аспекти синтезу тонких плівок гідрарґерум (ІІ) сульфіду та гідрарґерум (ІІ) селеніду методом ХО. Акцентовано увагу на виборі методу ХО в зв’язку з простотою його виконання в технологічному плані, можливістю використання різноманітних вихідних речовин для синтезу широкого спектру  напівпровідникових тонких плівок при температурах до 100 0С.

Проаналізовано основні умови синтезу плівок халькогенідів гідрарґеруму (ІІ).  Розглянуто їхній вплив на фазовий склад, оптичні та морфологічні властивості плівок. В більшості методик синтезу підкладкою слугує скло або різні його модифікації: скло/SnO2, скло/MeS (де Ме – Pb, Cd, Zn), скло/ІТО та в деяких випадках – полімерні матеріали (поліестр, плексиглас), Ті. Температура робочого розчину коливалась від 5 до 90ºС. Товщина плівок прямопропорційна до часу осадження і дуже сильно залежить від природи підкладки та попередньої її обробки. Умови отримання та властивості плівок індій сульфіду зведені в одну таблицю.

Підсумовано результати досліджень фізико-хімічних властивостей плівок гідрарґерум (ІІ) сульфіду (HgS) та гідрарґерум (ІІ) селеніду (HgSe), отриманих методом ХО. Особливу увагу приділено аналізу і порівнянню фізико-хімічних властивостей HgS та HgSe в залежності від умов синтезу, вибору підкладки, її попередньої підготовки і умов відпалу.

У більшості опрацьованих робіт вибір початкових параметрів синтезу не аргументований, в самих дослідженнях не спостерігали чіткої системності. Також не знайдено жодної інформації про дослідження впливу природи солі гідрарґеруму (ІІ) та комплексоутворюючих реагентів, систематизації залежності впливу окремо кожного фактору на фізико-хімічні властивості плівок HgS та HgSe. Тому дослідження в даному напрямі є необхідними для усестороннього розуміння впливу різних чинників на властивості ХО плівок HgS та HgSe, можливості їх синтезу із необхідними функціональними властивостями для розроблення нових тонкоплівкових напівпровідникових матеріалів та вдосконалення вже розроблених матеріалів на їх основі.

1. Sharma R. C. The Hg-S (Mercury-Sulfur) system / R. C. Sharma, Y. A. Chang, C. Guminski //
Journal of Phase Equilibria. – 1993. – Vol. 14(1). – P. 100–109. 2. Sharma R. C. The Hg-Se (Mercury12
Selenium) system / R. C. Sharma, Y. A. Chang, C. Guminski // Journal of Phase Equilibria. – 1992. –
Vol. 13(6). – P. 663–671. 3. Pawar A. R. Electrical transport and spectral response of HgZnS thin films /
A. R. Pawar, D. R. Kendre, V. B. Pujari // IJAEEE. – 2013. – Vol. 2(1). – P. 68–73. 4. Pawar A. R.
Structural and microscopic studies on mercury zinc sulfide thin films / A. R. Pawar, D. R. Kendre, V. B. Pujari //
Journal of Shivaji University. – 2015. – Vol. 41. (2). – 3 p. 5. McCann J. F. Chemical deposition of Cd1-xHgxS
thin film electrodus for liquid-junction solar cell / J. F. McCann, R. C. Kainthla // Solar Energy Materials. –
1983. – Vol. 9. – P. 247–251 . 6. Garadkar K. M. Effect of indium doping on structural, optical and
electrical properties of Cd0. 95Hg0. 05S thin films / K. M. Garadkar, P. P. Hankare, P. K. Patil // Materials
Chemistry and Physics. – 1999. – Vol. 58. – P. 64–70. 7. Skyllas-Kazacos M. Chemically deposited alloy
semiconductor thin films / M. Skyllas-Kazacos, J. F. McCann, R. Arruzza // Applications of Surface
Science. – 1985. – Vol. 22/23. – P. 1091–1097. 8. Deshmukh L. P. Studies on solution grown HgхCd1-хS
thin films / L. P. Deshmukh, K. M. Garadkar, D. S. Sutrave // Materials Chemistry and Physiсs. – 1998. –
Vol. 55. – P. 30–35. 9. Sharma N. C. Solution growth of variable gap Pbl-xHgxS films for infrared detectors /
N. C. Sharma, D. K. Pandya, H. K. Sehgal, K. L. Chopra // Mat. Res. Bull. – 1976. – Vol. 11. –
P. 1109–1114. 10. Jain M. Band-gap variation in ternary alloy films / M. Jain // Philosophical Magazine
Letters. – 1988. – Vol. 58(1). – P. 59–62. 11. Chattarki A. N. Synthesis, structure and spectro-microscopic
studies of polycrystalline HgxPb1-xS thin films grown by a chemical route / A. N. Chattarki, N. N. Maldar, L.
P. Deshmukh // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 597. – P. 223–229. 12. Dappadwad U. R.
Synthesis and characteriza-tion of Zn0. 5Hg0. 5Se thin films / U. R. Dappadwad, M. K. Lande, S. G. Chonde,
B. R. Arbad, P. P. Hankare, V. M. Bhuse // Materials Chemistry and Physics. – 2008. – Vol. 112. –
P. 941–944. 13. Bhuse V. M. Chemical bath deposition of Hg doped CdSe thin films and their
characterization / V. M. Bhuse // Materials Chemistry and Physics. – 2005. – Vol. 91. – P. 60–66.
14. Hankare P. P. CdHgSe thin films: preparation, characterization and optoelectronic studies / P. P. Hankare,
V. M. Bhuse, K. M. Garadkar, S. D. Delekar, P. R. Bhagat // Semicond. Sci. Technol. – 2004. –
Vol. 19. – P. 277–284 (DOI: 10. 1088/0268-1242/19/2/027). 15. Bhuse V. M. Photo-electrochemical
properties of Cd1−xHgxSe thin films / V. M. Bhuse // Materials Chemistry and Physics. – 2007. – Vol. 106. –
P. 250–255. 16. Bhuse V. M. Structural, optical, electrical and photo-electrochemical studies on indium
doped Cd0. 6Hg0. 4Se thin films / V. M. Bhuse. P. P. Hankare, S. Sonandkar // Materials Chemistry and
Physics. – 2007. – Vol. 101. – P. 303–309. 17. Pujari V. B. Chemically synthesized (Cd,Hg)Se
pseudobinaries: some characteristic properties / V. B. Pujari, V. B. Gaikwad, E. U. Masumdar,
P. D. More, L. P. Deshmukh // Turk. J. Phys. – 2002. – 26. – P. 407–413. 18. Siemsen K. J. Preparation
and optical properties of evaporated β-HgS films / K. J. Siemsen, H. D. Riccius // Phys. stat. sol. – 1970. –
Vol. 37. – P. 445–451. 19. Nakada T. Optical absorption and dispersion in rf-sputtered α-HgS films /
T. Nakada // Journal of Applied Physics. – 1975. – Vol. 46(11). – P. 4857–4861 (doi: 10. 1063/1. 321519).
20. Herbert K. CdxHg1-хTe films by cathodic sputtering / K. Herbert, G. P. Sidney, P. S. James //
J. Electrochem. Soc. : Solid State Science. – 1967. – Vol. 114(6). – P. 616–619. 21. Nakada T. Growth and
properties of sputter-deposited α-HgS films in Hg vapor / T. Nakada, A. Kunioka // Japanese journal of
applied physics. – 1980. – Vol. 19(5) – P. 845–848. 22. Reynolds R. A. The II-VI compounds: 30 years of
history and the potential for the next 30 years / R. A. Reynolds // Journal of Vacuum Science & Technology A. –
1989. – Vol. 7. – P. 269–270. 23. Gichuhi A. Electrosynthesized CdS/HgS Heterojunctions / A. Gichuhi,
B. Edward Boone, C. Shannon // Langmuir. – 1999. – Vol. 15. – P. 763–766. 24. Patel B. K. HgS
nanoparticles: structure and optical properties / B. K. Patel, S. Rath, S. N. Sarangi, S. N. Sahu // Applied
Physics A. – 2007. – Vol. 86. – P. 447–450. (DOI: 10. 1007/s00339-006-3812-9). 25. Mahalingam T.
Electrodeposition and characterization of HgSe thin films / T. Mahalingam, A. Kathalingam,
C. Sanjeeviraja, R. Chandramohan, J. P. Chu, Y. D. Kim, S. Velumani // Materials Characterization. –
2007. – Vol. 58. – P. 735–739. 26. Caveney R. J. Epitaxial growth of II-VI compounds / R. J. Caveney //
Journal of Crystal Growth. – 1968. – Vol. 2. – P. 85–90. 27. Jung Y. C. Ammonium sulfide treatment of
HgCdTe substrate and its effects on electrical properties of ZnS/HgCdTe heterostructure / Y. C. Jung,
S. Y. An, S. H. Suh, D. K. Choi, J. S. Kim // Thin Solid Films. – 2005. – Vol. 483. – P. 407–410. 26. Suh S. H.
Control of hillock formation during MOVPE growth of HgCdTe by suppressing the pre-reaction of the Cd
precursor with Hg / S. H. Suh, J. S. Kim, H. J. Kim, J. H. Song // J. Cryst. Growth. – 2002. – Vol. 236. – P. 119–
13
124. 29. Rao A. R. Nanotubes in spray deposited nanocrystalline HgTe:I thin films / A. R. Rao, V. Dutta //
Mater. Res. Soc. Symp. Proc. – 2006. – Vol. 901E. – P. 0901-Ra11-19-Rb11-19. 1-0901-Ra11-19-Rb11-19.
6. 30. Perakh M. Deposition of thin film of HgS from colloidal solution / M. Perakh, H. Ginsburg // Thin
solid films. – 1978. – Vol. 52. – P. 195–202. 31. Mu J. Growth and characterization of β-HgS thin films by
annealing Hg2+-dithiol self-assembled multilayers / J. Mu, Yu. Zhang, Ya. Wang // Journal of Dispersion
Science and Technology. – 2005. – Vol. 26. – P. 641–644. (DOI: 10. 1081/DIS-200057692). 32. Kale S. S.
Preparation and characterization of HgS films by chemical deposition / S. S. Kale, C. D. Lokhande //
Materials Chemistry and Physics. – 1999. – Vol. 59. – P. 242–246. 33. Kale S. S. Thickness dependent
photo-electrochemical cells performance of CdSe and HgS thin films / S. S. Kale, H. M. Pathan,
C. D. Lokhande // Journal of materials science. – 2005. – Vol. 40. – P. 2635–2637. 34. Patil R. S.
Photoelectrochemical studies of chemically deposited nanocrystalline p-type HgS thin films / R. S. Patil,
T. P. Gujar, C. D. Lokhande, R. S. Mane, Sung-Hwan Han // Solar Energy. – 2007. – Vol. 81. – P. 648–652.
35. Najdoski M. Z. Chemical bath deposition of mercury(II) sulfide thin layers / M. Z. Najdoski,
I. S. Grozdanov, S. K. Dey, B. B. Siracevska // J. Mater. Chem. – 1998. – Vol. 8(10). – P. 2213–2215.
36. Pejova B. B. Chemical bath deposition of {111} textured mercury(II) selenide thin layers on
transparent polyester sheets / B. B. Pejova, M. Ž. Najdoski, I. S. Grozdanov, S. K. Dey // J. Mater. Chem. –
1999. – Vol. 9. – P. 2889–2892. 37. Hankare P. P. A novel method to grow polycrystalline HgSe thin film /
P. P. Hankare, V. M. Bhuse, K. M. Garadkar, A. D. Jadhav // Materials Chemistry and Physics. – 2001. –
Vol. 71. – P. 53–57. 38. Ishiwu S. M. Studies on growth and characterizatio of mercury selenide thin films
prepared by chemical bath technique / S. M. Ishiwu, M. N. Nnabuchi // Journal of Ovonic Research. – 2011. –
Vol. 7(1). – P. 9–14. 39. Hankare P. P. Low temperature route to grow polycrystalline cadmium selenide
and mercury selenide thin films / P. P. Hankare, V. M. Bhuse, K. M. Garadkar, S. D. Delekar, I. S. Mulla //
Materials Chemistry and Physics. – 2003. – Vol. 82. – P. 711–717. 40. Girgis S. Y. Structural
characterization and refractive index dispersion analysis of HgSe thin films grown by reactive solutions /
S. Y. Girgis, A. M. Salem, M. S. Selim // J. Phys. : Condens. Matter. – 2007. – Vol. 17. – 11 р. (doi:10.
1088/0953-8984/19/11/116213). 41. Hankare P. P. Chemical deposition of cubic CdSe and HgSe thin films
and their characterization / P. P. Hankare, V. M. Bhuse, K. M. Garadkar, S. D. Delekar, I. S. Mulla //
Semicond. Sci. Technol. – 2004. – Vol. 19. – P. 70–75. (DOI:10. 1088/0268-1242/19/1/012).
42. Pramanik P. Deposition of amorphous mercury selenide thin fsilms by aqueous reactive solution
growth technique / P. Pramanik, S. Bhattacharya // Mat. Res. Bull. – 1989. – Vol. 24(8). – P. 945–952.
43. Bhuse V. M. Structural, оptical and еlectrical рroperties of nanocrystalline Hg(SSe) semiconductor alloy
thin films / V. M. Bhuse // Scholars research library. – 2001. – Vol. 3(5). – P. 339–349.