Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂

Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂

Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TbSb₂ методом вакуумно-термического испарения из двух независимых источников Tb и Sb. При комнатной температуре, в области энергии фотонов 0,08–5 эВ, измерены спектры отражения и поглощения. Вычислены спектральные зависимости действи...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2016
1. Verfasser: Джабуа, З.У.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2016
Schriftenreihe:Журнал физики и инженерии поверхности
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116938
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂ / З.У. Джабуа // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 170-174. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-116938
record_format dspace
spelling irk-123456789-1169382017-05-19T03:03:16Z Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂ Джабуа, З.У. Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TbSb₂ методом вакуумно-термического испарения из двух независимых источников Tb и Sb. При комнатной температуре, в области энергии фотонов 0,08–5 эВ, измерены спектры отражения и поглощения. Вычислены спектральные зависимости действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости, функции потерь, показателей преломления и поглощения. Проанализировано поведение спектральных зависимостей оптических параметров. Розроблено технологію приготування тонких кристалічних плівок TbSb₂ методом вакуумно-термічного випаровування з двох незалежних джерел Tb і Sb. При кімнатній температурі, на ділянці енергії фотонів 0,08–5 еВ, виміряні спектри відображення і поглинання. Обчислені спектральні залежності дійсної та уявної частини діелектричної проникності, функції втрат, показників заломлення і поглинання. Проаналізовано поведінку спектральних залежностей оптичних параметрів. A processes has been developed for growth of thin crystiline films TbSb₂ by thermal evaporation using Tb and Sb separate sources. The room-temperature optical spectra (reflectivity, absorption, loss-function, real and imiginary parts of dielectrical permitivity, index of refraction and absorption) have been studied at photon energy 0.08–5 eV. The behavior and energy position of features in the spectra have been analyzed. 2016 Article Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂ / З.У. Джабуа // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 170-174. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2519-2485 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116938 541-67:661.863/888 ru Журнал физики и инженерии поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TbSb₂ методом вакуумно-термического испарения из двух независимых источников Tb и Sb. При комнатной температуре, в области энергии фотонов 0,08–5 эВ, измерены спектры отражения и поглощения. Вычислены спектральные зависимости действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости, функции потерь, показателей преломления и поглощения. Проанализировано поведение спектральных зависимостей оптических параметров.
format Article
author Джабуа, З.У.
spellingShingle Джабуа, З.У.
Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂
Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet Джабуа, З.У.
author_sort Джабуа, З.У.
title Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂
title_short Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂
title_full Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂
title_fullStr Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂
title_full_unstemmed Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂
title_sort оптические свойства тонких плёнок tbsb₂
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2016
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116938
citation_txt Оптические свойства тонких плёнок TbSb₂ / З.У. Джабуа // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 170-174. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv AT džabuazu optičeskiesvojstvatonkihplënoktbsb2
first_indexed 2025-07-08T11:20:58Z
last_indexed 2025-07-08T11:20:58Z
_version_ 1837077531888451584
fulltext 170170 Журнал фізики та інженерії поверхні, 2016, том 1, № 2, сс. 170–174; Журнал физики и инженерии поверхности, 2016, том 1, № 2, сс. 170–174; Journal of Surface Physics and Engineering, 2016, vol. 1, No. 2, pp. 170–174 © Джабуа З. У., 2016 УДК 541-67:661.863/888 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЁНОК TbSb2 З. У. Джабуа Департамент физики Грузинского технического университета, Тбилиси, Грузия Поступила в редакцию 19.02.2016 Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TbSb2 методом ваку- умно-термического испарения из двух независимых источников Tb и Sb. При комнатной тем- пературе, в области энергии фотонов 0,08–5 эВ, измерены спектры отражения и поглощения. Вычислены спектральные зависимости действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости, функции потерь, показателей преломления и поглощения. Проанализировано поведение спектральных зависимостей оптических параметров. Ключевые слова: плёнка, подложка, отражение, поглощение, функция потерь, диэлектриче- ская проницаемость. ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТОНКИХ ПЛІВОК TbSb2 З. У. Джабуа Розроблено технологію приготування тонких кристалічних плівок TbSb2 методом вакуумно- термічного випаровування з двох незалежних джерел Tb і Sb. При кімнатній температурі, на ділянці енергії фотонів 0,08–5 еВ, виміряні спектри відображення і поглинання. Обчислені спектральні залежності дійсної та уявної частини діелектричної проникності, функції втрат, показників заломлення і поглинання. Проаналізовано поведінку спектральних залежностей оптичних параметрів. Ключові слова: плівка, підкладка, відображення, поглинання, функції втрат, діелектрична проникність. THE OPTICAL PROPERTIES OF THIN FILMS TbSb2 Z. U. Dzhabua A processes has been developed for growth of thin crystiline films TbSb2 by thermal evaporation using Tb and Sb separate sources. The room-temperature optical spectra (reflectivity, absorption, loss-function, real and imiginary parts of dielectrical permitivity, index of refraction and absorption) have been studied at photon energy 0.08–5 eV. The behavior and energy position of features in the spectra have been analyzed. Keywords: film, substrates, refraction, absorption, loss-function, dielectrical permitivity. 1. ВВЕДЕНИЕ Диантимониды редкоземельных элементов (РЗЭ) являются интересными материала- ми с научной точки зрения и для практи- ческого применения. Например, в тонких плёнках диантимонидов Yb, Sm, Dy ион РЗЭ проявляет переменную валентность, в зависимости от технологических режи- мов приготовления можно получать плёнки с различной валентностью иона РЗЭ от 2,2 до 2,6, что в свою очередь существенно влияет на электрофизические и оптичес- кие свойства пленок [1–5]. Однако не все диантимониды РЗЭ исследованы достаточно полно. К таким малоизученным материалам относится Tb и Sb. В представленной рабо- те разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TbSb2 на различных кристаллических подложках и проведено исследование оптических свойств приготовленных плёнок при комнат- ной температуре в области энергии фотонов 0,08–5,5 эВ. 2. ЭКСПЕРИМЕНТ Однофазные плёнки TbSb2 приготовлены методом вакуумно-термического испаре- ния из двух независимых источников Tb и Sb на подложках, изготовленных из ситал- ла, лейкосапфира и монокристаллического кремния. Исходными компонентами служи- ли Tb и Sb с содержанием основного компо- нента соответственно 99,9 % и 99,9999 %. Температура подложки при приготовлении З. У. ДЖАБУА 171ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 плёнок составляла 900–960 К. Углы на- клона испарителей Tb и Sb по отношению нормали подложки были одинаковыми и со- ставляли ~40°. Расстояния от испарителей Tb и Sb до подложки равнялись соответствен- но 40 и 45 мм. Толщина приготовленных плёнок варьировалась в пределах 1,1– 2,2 мкм, скорость напыления была равна ~75 Å/с. Рентгеновский микроанализ показал, что плёнки содержали 33,4 ат. % Tb и 66,4 ат. % Sb. Фазовый анализ плёнок проводили рент- геновским методом. Рент генограммы снима- ли на CuKα излучении с никелевым фильтром в режиме непрерывной записи со скоростью 0,5–1 град/мин. Идентификацию полученных рентгенограмм проводили путём их сравне- ния с штрихдиаграммами, построенными на основе рентгенодифрактограмм объемных кристаллов TbSb2. Эксперименты показали, что материал подложки не оказывает влия- ния на кристалличность и фазовый состав плёнок. Пребывание плёнок на открытом воздухе в течение 6–7 дней вызывает изменение цвета плёнок и появление на рентгенодифрактограммах дополнительных максимумов, не принадлежащих TbSb2, что свидетельствует о нестабильности плёнок на воздухе. Из пленок TbSb2 были сняты изобра- жения поверхности во вторичных рентгенов- ских лучах, которые показали, что элементы распределены довольно равномерно. В научной литературе отсутствуют данные об оптических свойствах пленок TbSb2. В данной работе при комнатной темпера- туре в области энергии фотонов 0,08–5 эВ получены спектры отражения и поглощения плёнок. В результате обработки спектров методом Крамерса-Кронига вычислены спектральные зависимости основных опти- ческих параметров, таких как действительная и мнимая части диэлектрической проницае- мости, функция потерь, коэффициенты отра- жения и поглощения. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Анализ рентгенографических исследований показал, что приготовленные нами плёнки TbSb2 являются однофазными, имеют ром- бическую сингонию (структурный тип SmSb2) с параметрами решётки 6,14 Å, 5,94 Å и 17,68 Å, что хорошо согласуется с литературными данными для объемных кристаллов TbSb2 [6]. Типичный спектр отражения (R) и по- глощения (α) плёнки TbSb2 приведен на рис. 1. В спектре отражения при энергиях ħω ≤ 0,38 эВ проявляется хорошо сфор- мированный плазменный край, которому в глубокой инфракрасной области сопут- ствует высокая отражательная способность (R ≈ 0,75). Минимум отражения располо- жен при энергии 0,39 эВ, а полоса отраже- ния, которая обычно связана с межзонными переходами, расположена в относительно длинноволновом диапазоне максимумов при энергии 0,81 эВ. Определенные структуры также проявляются при энергиях 1,6 эВ и 2,9 эВ. Нужно отметить также резкое умень- шение отражения в видимой области спектра (как это видно на отдельном фрагменте), хотя для обычных межзонных переходов истоще- ние осциляторных сил происходит только в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне. В пленках TbSb2 край поглощения покрывает довольно широкую спектраль- ную область — монотонное уменьшение коэффициента поглощения происходит от 0,5 эВ до 0,08 эВ. Нужно подчеркнуть, R 0,8 0,6 0,4 0,2 8 10–1 2 ħω, эВ 3 5 8 100 2 3 5 103 2 3 5 8 104 2 α, с м –1 3 5 8 105 2 0,03 R 0,02 0,01 2 3 ħω, эВ 5 Рис. 1. Спектральные зависимости отражения (R) и поглощения (α) плёнок ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЁНОК TbSb2 172 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 что данный край поглощения ни энер- гетическим положением, ни характером частотной зависимости не может быть свя- зан только с электронными переходами из валентной зоны в зону проводимости. В пользу этого соображения говорит спектр мнимой части диэлектрической проница- емости (рис. 2), максимум которой прояв- ляется уже при энергиях 0,21 эВ и 0,30 эВ. В «золотой» фазе SmS максимум мнимой части диэлектрической проницаемости при- писывается к энергетическим переходам f–d, которые существуют в энергетической щели в зоне проводимости [7]. Структуры в спектре отражения (рис. 4) при энергиях 1,6 эВ и 3,5 эВ обусловлены переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости. Интервал между этими максимумами довольно хорошо со- гласуется с энергией расщепления конечной энергии электрона на t2g и lgсостояния под воздействием кристаллического поля, хотя к такой интерпретации нужно отно- сится осторожно, поскольку как было сказано выше коэффициент отражения очень мал. Из рис. 2 видно, что кривая спектраль- ной зависимости действительной части диэлектрической проницаемости дважды при- нимает нулевое значение, с положительным наклоном при 1,71 эВ и с отрицательным наклоном при 0,25 эВ. Первое нулевое пересечение связано с плазменными ко- лебаниями носителей заряда, а второе, которое по энергии совпадает с макси- мумом ɛ2, вероятно, связано с f–d пере- ходами, как это имеет место в SmS [7, 8]. Существенные величины ɛ1 в инфракрасной области спектра еще раз подтверждают мне- ние о том, что в зонном спектре пленок TbSb2 должна существовать узкая энергетическая щель. Из анализа спектральных зависимос- тей показателей преломления и погло- щения (рис. 4) и функции потерь (рис. 3) можно заключить, что в поглощении суще- ственную роль играет единственный ме- ханизм при энергии максимума показателя поглощения 0,4 эВ. Это подтверждает по- логий характер хода показателя поглощения и резкое уменьшение показателя прелом- ления в данной области энергии. Хорошо сформированный основной максимум функ- ции потерь по своему энергетическому по- ложению хорошо согласуется с энергией нулевого значения ɛ1 — 1,71 эВ, что еще раз подтверждает основополагающую роль плазменных колебаний свободных носителей заряда в дисперсии оптических параметров при данной энергии. 12 ε2 8 4 60 40 ε1 20 0 –10 10–1 2 3 ħω, эВ 5 8 100 2 3 5 Рис. 2. Спектральнаые зависимости действительной (ε1) и мнимой (ε2) части диэлектрической проницае- мости плёнок 0,6 Imε–1 0,4 0,2 10–1 2 3 ћω, эВ 5 8 100 2 3 5 Рис. 3. Спектр функции потерь З. У. ДЖАБУА 173ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 4. ВЫВОДЫ Разработана технология приготовления тон- ких кристаллических плёнок TbSb2 методом вакуумно-термического испарения из двух независимых источников компонентов. При комнатной температуре в области энергии фотонов 0,08–5 эВ измерены спектры отражения и поглощения. Рассчитаны спектры действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости, функции потерь, коэффициенты отражения и переходы электронов из валентной зоны в зону про- водимости. Показано, что в поглощении основную роль играет один определённый механизм, с максимумом показателя погло- щения в близости 0,4 эВ, и плазменные ко- лебания свободных носителей заряда играют определяющую роль в дисперсии оптических параметров плёнок TbSb2. Высокие значения действительной части диэлектрической про- ницаемости в инфракрасной области спек- тра свидетельствует о существовани узкой энергетической щели в зонном спектре плёнок TbSb2. Автор выражает глубокую благодарность С. Цеве за помощь в проведении оптических экспериментов и обсуждении результатов. ЛИТЕРАТУРА 1. Глурджидзе Л. Н., Дадиани Т. О., Пла- винский Т. Л., Гигинеишвили А. В., Санадзе В. В., Финкельштейн Л. Д., Ефре- мова Н. Н. Промежуточная валентность ит- тербия в пленках YbSb2 // ФТТ. — 1988. — Т. 30, № 4. — С. 1171–1173. 2. Jabua Z. U., Gigineishvili A. V. Influence of Samarium ion valence on The Optical Properties of Samarium Diantimonide Thin Films // 25th Rare Earth Reasearch Conference. Tuscaloosa, Alabama. — USA, 2008. — 167 p. 3. Jabua Z. U., Tabatadze I. G., Gigineish vili A. V. — 2011. — Vol. 47, No. 3. — P. 218–222. 4. Trapaidze I., Jabua Z., Kupreishvili I., Gi gi neish- vili A., Iluridze G., Minashvili T., Davitadze K. The absorption speqtra of PrSb2 thin films of golden qolour // 76 Annual Conference of The DPG (Deutschen Physikalischen Gesellshaft) and DPG-fruhjahrstagung 2012 (Spring Me- eting) of the Condenced Matter Section (SKM). — Berlin, 2012. — 224 p. 5. Jabua Z. U., Kupreishvili I. L., Gigi nei- shvili A. V. Optical properties of PrSb2 thin films of dark blue colouring // Phys. Syrf. Engeen. — 2013. — Vol. 11, No. 1. — P. 22–25. 6. Eatough N. L., Hall Y. T. High pressure synthesis of rare earth diantimonides // Inorg. Chem. — 1969. — Vol. 8. — P. 1439–1445. 7. Travaglini G., Wachter P. Low-energy elec- tronic structure of intermediate-valence «gol- den» SmS // Phys. Rev. — 1984. — Vol. 30, No. 10. — P. 5877–5881. 8. Фарберович О. В. Зонная структура и фа- зовый переход полупроводник-металл в со- единении SmS // ФТТ. — 1979. — Т. 21. — C. 3434–3439. LITERATURA 1. Glurdzhidze L. N., Dadiani T. O., Pla- vinskij T. L., Gigineishvili A. V., Sanad- ze V. V., Finkel’shtejn L. D., Efremova N. N. Promezhutochnaya valentnost’ itterbiya v ple- nkah YbSb2 // FTT. — 1988. — Vol. 30, No. 4. — P. 1171–1173. 2. Jabua Z. U., Gigineishvili A. V. Influence of Samarium ion valence on The Optical Proper- ties of Samarium Diantimonide Thin Films // 25th Rare Earth Reasearch Conference. Tuscaloosa, Alabama. — USA, 2008. — 167 p. 3. Jabua Z. U., Tabatadze I. G., Gigineish vili A. V. — 2011. — Vol. 47, No. 3. — P. 218–222. 4. Trapaidze I., Jabua Z., Kupreishvili I., Gi gi neish- vili A., Iluridze G., Minashvili T., Davitadze K. 10 n 5 10–1 2 3 ħω, эВ 5 8100 2 3 5 1 2 K 3 4 Рис. 4. Спектры показателей отражения (n) и погло- щения (k) ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЁНОК TbSb2 174 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 The absorption speqtra of PrSb2 thin films of golden qolour // 76 Annual Conference of The DPG (Deutschen Physikalischen Gesellshaft) and DPG-fruhjahrstagung 2012 (Spring Me- eting) of the Condenced Matter Section (SKM). — Berlin, 2012. — 224 p. 5. Jabua Z. U., Kupreishvili I. L., Gigi nei- shvili A. V. Optical properties of PrSb2 thin films of dark blue colouring // Phys. Syrf. Engeen. — 2013. — Vol. 11, No. 1. — P. 22–25. 6. Eatough N. L., Hall Y. T. High pressure synthesis of rare earth diantimonides // Inorg. Chem. — 1969. — Vol. 8. — P. 1439–1445. 7. Travaglini G., Wachter P. Low-energy elec- tronic structure of intermediate-valence «gol- den» SmS // Phys. Rev. — 1984. — Vol. 30, No. 10. — P. 5877–5881. 8. Farberovich O. V. Zonnaya struktura i fazovyj perehod poluprvodnik-metall v soedinenii SmS // FTT. — 1979. — Vol. 21. — P. 3434–3439.

Ähnliche Einträge