ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КРИСТАЛІВ AgGaGe3Se8 ЛЕГОВАНИХ Dy
DOI:
https://doi.org/10.32782/pet-2024-2-7Ключові слова:
напівпровідники, оптичне поглинання, пропускання, енергія УрбахаАнотація
У роботі проведено аналіз впливу легування кристалів AgGaGe3Se8 атомами Dy на оптичні властивості. Для досліджуваних кристалів був проведений контроль фази та визначення хімічних композицій. Встановлено, що кристал має однофазну морфологію, хоча всіх об’єктах дослідження є видимі темні плями, більш світлі та темні ділянки, що виникають унаслідок неоднорідної шорсткості поверхні, викликаної різанням і шліфуванням. Вміст компонентів добре узгоджується з початковим складом синтезованого зразка, що підтверджує якісну оцінку елементного складу та однорідність зразків у масштабах вибраної області сканування. Для оцінки ширини забороненої зони проведено дослідження спектрального розподілу коефіцієнта поглинання в області краю фундаментального поглинання. Встановлено, що досліджуваний кристал є непрямозонним. Оцінена ширина забороненої в діапазоні температур 100-300 К становить 2,23 еВ при Т=300 К, та 2,41 еВ при Т=100 К. Визначено, що введення рідкоземельного елементу (Dy) до AgGaGe3Se8 сприяє збільшенню ширини забороненої зони. Встановлено, що робочою областю досліджуваного кристалу можна вважати діапазон від 0,6 мкм до 15 – 16 мкм. Визначено температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони, який становить ( β ): -9*10-4 еВ/К, що корелює зі значенням β для AgGaGe3Se8 (-8,5*10-4 еВ/К). Отримані результати дозволяють зробити висновок про єдиний механізм теплової зміни ширини забороненої зони для досліджених зразків, оскільки коефіцієнти, що описують цю зміну, мають однаковий порядок. Визначено температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони, який становить ( β ): -9*10-4 еВ/К, що корелює зі значенням β для AgGaGe3Se8 (-8,5*10-4 еВ/К). Отримані результати дозволяють зробити висновок про єдиний механізм теплової зміни ширини забороненої зони для всіх досліджених зразків, оскільки коефіцієнти, що описують цю зміну, мають однаковий порядок.
Посилання
Kityk I.V., Majchrowski A., Ebothe J., Sahraoui B. Nonlinear optical effects in Bi12TiO20 nanocrystallites embedded within a photopolymer matrix. Optics Communications. 2004. Vol.236. P. 123–129.
Kulyk B., Sahraoui B., Krupka O., Kapustianyk V., Rudyk V., Berdowska E., Tkaczyk S., Kityk I. Linear and nonlinear optical properties of ZnO/PMMA nanocomposite films. Journal Of Applied Physics. 2009. Vol.106. 093102.
Sahraoui B., Czaplicki R., Klöpperpieper A., Andrushchak A. S., Kityk A. V. Ferroelectric AgNa(NO2)2AgNa(NO2)2 crystals as novel highly efficient nonlinear optical material: Phase matched second harmonic generation driven by a spontaneous and electric field induced polarizations. Journal of Applied Physics. 2010. J. Appl. Phys. 107, 113526.
Fei Liang, Lei Kang, Zheshuai Lin, and Yicheng Wu. Mid-infrared nonlinear optical materials based on metal chalcogenides: structure-property relationship. Cryst. Growth Des. 2017. 17, 4, 2254–2289.
Iliopoulos K., Kasprowicz D., Majchrowski A., Michalski E., Gindre D., Sahraoui B. Multifunctional Bi2ZnOB2O6 single crystals for second and third order nonlinear optical applications. Applied Physics Letters. 2013. 103. 231103.
Shpotyuk O.I., Kasperczyk J., Kityk I.V. Mechanism of reversible photoinduced optical effects in amorphous As2S3. Journal of Non-Crystalline Solids. 1997. 215. 218–225.
Abrahams S. C., Bernstein, J. L. Crystal structure of piezoelectric nonlinear‐optic AgGaS2. J. Chem. Phys. 1973. 59, 1625–1629.
Parasyuk O.V., Fedorchuk A.O., Gorgut G.P., Khyzhun O.Y., Wojciechowski A., Kityk I.V. Crystal growth, electron structure and photo induced optical changes in novel AgxGaxGe1-xSe2 (x = 0.333, 0.250, 0.200, 0.167) crystals. Optical materials, 2012. Vol. 35, Is. 1. P. 65–73.
Grande T., Ishii M., Akaishi M., Aasland S., Fjellvag H., Stolen S. J. Sol. State Chem. 1999. 145. 167–173.
Valakh M.Y., Dzhagan V.M., Havryliuk Ye.O., Yukhymchuk V.O., Parasyuk O.V., Myronchuk G.L., Zahn D.R.T., Linvinchuk A.P. Raman Scattering Study of Mixed Quaternary AgxGaxGe1− xSe2 (0.167≤x≤0.333) Crystals. Phys. Status Solidi. 2018. 255, 3, p. 1700230.
Grushka O.G., Gorley P.M., Bestsenny A.V., Grushka Z.M. Effect of doping with gadolinium on the physical properties of Hg3In2Te6 Semiconductors. 2000, Vol. 34, Is. 10, pp 1147–1150.
Reshak A. H., Parasyuk O. V., Fedorchuk A. O., Kamarudin H., Auluck S., and Chysk J. Optical Spectra and Band Structure of AgxGaxGe1–xSe2 (x = 0.333, 0.250, 0.200, 0.167) Single Crystals. Experiment and Theory. J. Phys. Chem. B. 2013. Vol. 117, № 48. P.15220–15231.
Brik M. G., Parasyuk O. V., Myronchuk G. L., Kityk I. V. Specific features of band structure and optical anisotropy of Cu2CdGeSe4 quaternary compounds. Mater. Chem. Phys. 2014. Vol. 147, № 1–2. P. 155–161.
Brik M. G., Kityk I. V., Parasyuk O. V., Myronchuk G. Photoinduced features of energy band gap in quaternary Cu2CdGeS4 crystals. J. Phys.: Condens. Matter. 2013. Vol. 25. P. 505802 (11pp).
Urbach F. The long-wavelength edge of photographic sensitivity and of the electronic absorption of solids. Phys. Rev. 1953. Vol. 92, № 5. P. 1324.
Kurik M. V. Urbach rule (Review). Phys. Status Solidi A. 1971. Vol. 8. P. 9–30.
Kurik M.V.Experimental evaluation of exciton-phonon interaction constant. Fiz. Tverd. Tela. 1991. Vol. 33.P. 615–618.
Miller A., Holah G. D., Dunnett W. D. Optical phonons in AgGaSe2 / Iseler. Phys. Rev. 1976. Vol. 78, № 2. P. 569–576.
Abay B., Güder H. S., Efeoğlu H., Yoğurtçu Y. K. Temperature dependence of the optical energy gap and Urbach – Martienssen's tail in the absorption spectra of the layered semiconductor Tl2GaInSe4.. J. Phys. Chem. Solids. 2001. Vol. 62. P. 747–752.
Мирончук Г., Мельничук Т., Єндрика Я., Кажукаускас В. Оптичні та нелінійно-оптичні властивості кристалів AgGaGeS4, легованих Er. Фізика та освітні технології, 2022, (1), 41–47. https://doi.org/10.32782/pet-2022-1-5.
Panchenko T., Kopylova S., Osetskii Yu. Edge absorption in Bi12SiO20 crystals. Phys. Sol. State. 1995. Vol. 37. P. 1415–1419.
