Еволюція структури та оптичних властивостей тонких плівок Ga-легованого ZnO, отриманих методом магнетронного напилення з різною потужністю: експеримент та моделювання DFT + U

• Date: 2025
• Main Authors: Shulyma, S.I., Sukhenko, I.V., Kasyanenko, V.Kh., Karbivskyy, V.L., Kurgan, N.A., Shvachko, N.K., Zaika, V.V., Moskaliuk, V.O., Puzko, O.A.
• Format: Article
• Language: English; Ukrainian
• Published: Publishing house "Academperiodika" 2025
• Subjects: ZnO; радiочастотне магнетронне напилення; DFT; морфологiя; прозорiсть; тонкi плiвки
• Online Access: https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023674
• Journal Title: Ukrainian Journal of Physics

Дослiджено вплив потужностi радiочастотного магнетронного напилення на морфологiю та оптичнi властивостi допованих галiєм тонких плiвок ZnO (GZO). Показано, що зi збiльшенням потужностi напилення зменшуються розмiри кластерiв на поверхнi плiвки та товщина стовпчастої структури кристалiтiв. Встановлено, що зменшення ширини оптичної забороненої зони може бути пов’язане з появою мiжвузлових дефектiв у кристалiчнiй ґратцi. Спостерiгалося збiльшення концентрацiї Ga в плiвках GZO за сталого вагового спiввiдношення вихiдних сумiшей ZnO та Ga при зростаннi потужностi напилення. Запропоновано механiзм формування тонких плiвок GZO при збiльшеннi потужностi магнетронного напилення, який пов’язаний з появою мiжвузлових включень Zn i O в кристалiчнiй ґратцi ZnO. DFT-розрахунки (з поправкою Хаббарда, DFT + U) показали, що пiдвищена концентрацiя Ga не спричиняє звуження оптичної забороненої зони. Натомiсть, збiльшення вмiсту Ga приводить до появи додаткових електронних станiв у валентнiй зонi (–5.0 еВ), що пов’язано з гiбридизацiєю Zn 3d i O 2p з 4s- та 4p-станами Ga, змiною положення енергетичних рiвнiв Zn 3d та O 2p внаслiдок змiни мiжатомних вiдстаней та симетрiї зв’язкiв i перерозподiлом електронної густини навколо атомiв Ga.