ISSN (Print) 2616-6836 ISSN (Online) 2663-1296
Л.Н. Гумилев атындағы Eуразия ұлттық университетiнiң
ХАБАРШЫСЫ BULLETIN
of L.N. Gumilyov Eurasian National University
ВЕСТНИК
Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева
ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы
PHYSICS. ASTRONOMY Series
Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ
№3(128)/2019
1995 жылдан бастап шығады Founded in 1995
Издается с 1995 года
Жылына 4 рет шығады Published 4 times a year Выходит 4 раза в год
Нұр-Сұлтан, 2019
Nur-Sultan, 2019
Нур-Султан, 2019
Бас редакторы:
ф.-м.ғ.д., профессор А.Т. Ақылбеков (Қазақстан)
Бас редактордың орынбасары Гиниятова Ш.Г., ф.-м.ғ.к., доцент (Қазақстан)
Редакция алқасы
Арынгазин А.Қ. ф.-м.ғ. докторы(Қазақстан) Алдонгаров А.А. PhD (Қазақстан)
Балапанов М.Х. ф.-м.ғ.д., проф. (Ресей) Бахтизин Р.З. ф.-м.ғ.д., проф. (Ресей) Даулетбекова А.Қ. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Ержанов Қ.К. ф.-м.ғ.к., PhD (Қазақстан) Жұмадiлов Қ.Ш. PhD (Қазақстан)
Здоровец М. ф.-м.ғ.к.(Қазақстан)
Қадыржанов Қ.К. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Кайнарбай А.Ж. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан)
Кутербеков Қ.А. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Лущик А.Ч. ф.-м.ғ.д., проф.(Эстония) Морзабаев А.К. ф.-м.ғ.к. (Қазақстан) Мырзақұлов Р.Қ. ф.-м.ғ.д., проф.(Қазақстан) Нұрахметов Т.Н. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Сауытбеков С.С. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Салиходжа Ж.М ф.-м.ғ.к. (Қазақстан)
Тлеукенов С.К. ф.-м.ғ.д., проф. (Қазақстан) Усеинов А.Б. PhD (Қазақстан)
Хоши М. PhD, проф.(Жапония)
Редакцияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ., Сәтбаев к-сi, 2, 349 б., Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi.
Тел.: +7(7172) 709-500 (iшкi 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz
Жауапты хатшы, компьютерде беттеген: А. Нұрболат
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетiнiң Хабаршысы.
ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы
Меншiктенушi: ҚР БжҒМ "Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi" ШЖҚ РМК Мерзiмдiлiгi: жылына 4 рет.
Қазақстан Республикасыңың Ақпарат және коммуникациялар министрлiгiнде 27.03.2018ж.
№16999-ж тiркеу куәлiгiмен тiркелген.
Тиражы: 25 дана
Типографияның мекенжайы: 010008, Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ., Қажымұқан к-сi, 12/1, 349 б., Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi. Тел.: +7(7172)709-500 (iшкi 31-428)
c
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi
Editor-in-Chief
Doctor of Phys.-Math. Sciences,Professor А.Т. Akilbekov (Kazakhstan)
Deputy Editor-in-Chief Giniyatova Sh.G., Candidate of Phys.-Math. Sciences, Assoc. Prof. (Kazakhstan)
Editorial Board
Aryngazin A.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences(Kazakhstan) Aldongarov А.А. PhD (Kazakhstan)
Balapanov М.Kh. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Russia) Bakhtizin R.Z. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Russia)
Dauletbekova А.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences, PhD (Kazakhstan) Hoshi M. PhD, Prof. (Japan)
Kadyrzhanov К.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Кainarbay А.Zh. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Kuterbekov К.А. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Lushchik А. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Estonia) Morzabayev А.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Myrzakulov R.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Nurakhmetov Т.N. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Sautbekov S.S. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Salikhodzha Z. M Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Tleukenov S.К. Doctor of Phys.-Math. Sciences, Prof. (Kazakhstan) Useinov А.B. PhD (Kazakhstan)
Yerzhanov К.К. Candidate of Phys.-Math. Sciences, PhD(Kazakhstan) Zdorovets М. Candidate of Phys.-Math. Sciences (Kazakhstan) Zhumadilov K.Sh. PhD (Kazakhstan)
Editorial address: L.N. Gumilyov Eurasian National University, 2, Satpayev str., of. 349, Nur-Sultan, Kazakhstan 010008
Теl.: +7(7172) 709-500 (ext. 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz
Responsible secretary, computer layout: A.Nurbolat Bulletin of L.N. Gumilyov Eurasian National University.
PHYSICS. ASTRONOMY Series
Owner: Republican State Enterprise in the capacity of economic conduct "L.N. Gumilyov Eurasian National University" Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan
Periodicity: 4 times a year
Registered by the Ministry of Information and Communication of the Republic of Kazakhstan.
Registration certificate №16999-ж from 27.03.2018.
Circulation: 25 copies
Address of printing house: L.N. Gumilyov Eurasian National University, 12/1 Kazhimukan str., Nur-Sultan,Kazakhstan 010008;
tel.:+7(7172) 709-500 (ext. 31-428)
c
L.N.Gumilyov Eurasian National University
Главный редактор:
доктор ф.-м.н.
А.Т. Акилбеков, доктор ф.-м.н., профессор (Казахстан)
Зам. главного редактора Ш.Г. Гиниятова к.ф.-м.н., доцент (Казахстан)
Редакционная коллегия Арынгазин А.К. доктор ф.-м.н.(Казахстан) Алдонгаров А.А. PhD (Казахстан)
Балапанов М.Х. д.ф.-м.н., проф. (Россия) Бахтизин Р.З. д.ф.-м.н., проф. (Россия) Даулетбекова А.К. д.ф.-м.н., PhD (Казахстан) Ержанов К.К. к.ф.-м.н., PhD (Казахстан) Жумадилов К.Ш. PhD (Казахстан)
Здоровец М. к.ф-м.н.(Казахстан)
Кадыржанов К.К. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Кайнарбай А.Ж. к.ф.-м.н. (Казахстан)
Кутербеков К.А. доктор ф.-м.н., проф. (Казахстан) Лущик А.Ч. д.ф.-м.н., проф. (Эстония)
Морзабаев А.К. д.ф.-м.н. (Казахстан)
Мырзакулов Р.К. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Нурахметов Т.Н. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Сауытбеков С.С. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Салиходжа Ж.М к.ф.-м.н. (Казахстан)
Тлеукенов С.К. д.ф.-м.н., проф. (Казахстан) Усеинов А.Б. PhD (Казахстан)
Хоши М. PhD, проф. (Япония)
Адрес редакции: 010008, Казахстан, г. Нур-Султан, ул. Сатпаева, 2, каб. 349, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева.
Тел.: (7172) 709-500 (вн. 31-428) E-mail: vest_phys@enu.kz
Ответственный секретарь, компьютерная верстка: А. Нурболат
Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ
Собственник РГП на ПХВ "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева" МОН РК Периодичность: 4 раза в год
Зарегистрирован Министерством информации и коммуникаций Республики Казахстан.
Регистрационное свидетельство №16999-ж от 27.03.2018г.
Тираж: 25 экземпляров
Адрес типографии: 010008, Казахстан, г. Нур-Султан, ул. Кажимукана, 12/1, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева. тел.: +7(7172)709-500 (вн. 31-428)
c
Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева
Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТIНIҢ ХАБАРШЫСЫ. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ сериясы
№3(128)/2019
МАЗМҰНЫ
Аймухамбетова А.С., Разина О.В., Цыба П.Ю., Мейрбеков Б.В. Валецки типтi космологиялық моделдiң дәрежелi шешiмi.
8 Ахметова Г.А., Разина О.В., Цыба П.Ю., Меирбеков Б. Фермиондық және тахиондық өрiстерi бар космологиялық моделi
16 Акилбеков А., Скуратов В., Даулетбекова А., Гиниятова Ш., Сейтбаев А. DC-60
циклотронында in-situ иондық люминесценцияны зерттеуге арналған қондырғыны жасау
26 Абуова А.У., Ускенбаев Е., Инербаев Т.М., Абуова Ф.У., Абуова Г.У., Джунисбекова Д.А.
Техникалық мамандықтар оқытудың интерактивтi әдiстерi
35 Баубекова Г.М., Лущик А.Ч., Асылбаев Р.Н., Акылбеков А.Т. Жылдам ауыр иондармен
сәулелендiрiлген MgO кристалдарындағы радиациялық ақау түзiлуi
41 Гриценко Л.В., Калкозова Ж.К., Кедрук Е.Ю., Мархабаева А.А., Абдуллин Х.А. ZnO
нанобөлшектерiнiң гидротермалды синтезi және олардың фотокаталитикалық қасиеттерi
49 Даулетбекова А., Акылбекова А., Гиниятова Ш., Баймуханов З., Власукова Л., Акилбеков
А., Усеинов А., Козловский А., Карипбаев Ж.SiO
2/Si тректi матрицаларына электрлi тұндырылған ZnO нанокристалдарының құрылымы, электрлiк қасиеттерi және люминесценциясы
57
Мырзакулов Н.А., Мырзакулова Ш.А. Модификацияланған F (T ) гравитациясы мен Дирак өрiсiндегi космологиялық шешiмдер
67 Жадыранова А.А., Ануарбекова Ы.Е. n = 3 және N = 2 жағдайлары үшiн V
0= 0 болғандағы
WDVV ассоциативтiлiк теңдеуiнiң иерархиясы
79 Жангозин К.Н., Каргин Д.Б. Тiк қалақшалы жел турбиналарының қуатын арттыру
жолдары туралы
86 Жубатканова Ж.А., Мырзакулов Н.А., Мейрбеков Б.К. Бранс-Дикке өрiсi бар
гравитацияның модификацияланған теориясының дербес жағдайы үшiн космологиялық шешiмдер
93
Калкозова Ж.К., Тулегенова А.Т., Абдуллин Х.А. Белсендi фотолюминесценциялы цериймен легирленген (Y
3Al
5O
12:Ce
3+) алюмоиттрийлiк гранаттың жоғары дисперсиялық ұнтағын алу
102 Рысқұлов А.Е., Иванов И.А., Кислицин С.Б., Углов В.В., Здоровец М.В. Ni
12+ауыр
иондармен сәулелендiрудiң BeO керамикада ақаулардың қалыптасуына әсерi
110 Нурахметов Т.Н., Салиходжа Ж.М., Доломатов M.Ю., Жунусбеков А.М., Кайнарбай
А.Ж., Дауренбеков Д.Х., Балтабеков А.С., Садыкова Б.М., Жанылысов К.Б., Юсупбекова Б.Н. Аралас сiлтiлi металл сульфаттарының зоналық құрылымы және оптикалық спектрi
117
Ногай А.А., Стефанович С.Ю., Салиходжа Ж.М. , Ногай А.С. Өткiзгiштiгi және диэктектриялық қасиеттерi Na
3Sc
2(PO
4)
3128 Карипбаев Ж.Т., Мусаханов Д.А., Лисицын В.М., Голковский М.Г., Лисицына Л.А.,
Алпысова Г.К., Тулегенова А.Т., Акылбеков А.Т., Даулетбекова A.К., Балабеков К.Н., Козловский А., Усеинов А. Радиация өрiсiндегi ИАГ және ИАГГ люминофорларының құрылымын зерттеу және синтездеу
138
Касенов Д., Абуова А.У., Инербаев Т.М., Абуова Ф.У., Каптагай Г.А. Физика-химиялық процестердi ғылыми тану әдiсi ретiнде модельдеу
147 Еримбетова Д.С., Степаненко В.Ф., Видергольд А.В., Жумадилов К.Ш. Радон
концентрациясын зерттеудiң қазiргi жағдайы
153 Фаиз А.С., Абуова Ф.У., Шәкен Н., Абуова А.У., Джунисбекова Д.А., Байман Г.Б. BiCuSeO
оксиселенид - жаңа келешегi жоғары термоэлектрлiк материал ретiнде
160
BULLETIN OF L.N. GUMILYOV EURASIAN NATIONAL UNIVERSITY. PHYSICS.
ASTRONOMY SERIES
№3(128)/2019
CONTENTS
Aimukhambetova A.S., Razina O.V., Tsyba P.Yu., Meyirbekov B.V. Power solution of the cosmo- logical model of the Valecki type.
8 Akhmetova G.A., Razina O.V., Tsyba P.Yu., Meirbekov B. Cosmological model with fermion and tachyon fields
16 Аkilbekov А., Skuratov V., Dauletbekova А., Giniyatova Sh., Seitbayev А. Creation of facility for
in-situ measurement of high-energy ionoluminescence on cyclotron DC-60
26 Abuova A.U., Uskenbae vЕ., Inerbaev T.M., Abuova F.U., Abuova G.U., Junisbekova D.A. Inter-
active methods of teaching physics in technical speciality
35 Baubekova G.M., Lushchik A.Ch., Asylbaev R.N., Akilbekov A.T. Creation of radiation defects in
MgO crystals irradiated with swift heavy ions
41 Gritsenko L.V., Kalkozova Zh.K., KedrukY.U., Markhabaeva A.A., Abdullin Kh.A. Hydrothermal
synthesis of ZnO nanoparticles and their photocatalytic properties
49 Dauletbekova A.K., Akylbekova A., GiniyatovaS h., Baimukhanov Z., Vlasukova L., Akilbekov A.,
Usseinov A., Kozlovskii A., Karipbayev Zh. Structure, electrical properties and luminescence of ZnO nanocrystals deposited in SiO
2/Si track templates
57
Myrzakulov N.A., Myrzakulova Sh.A. Cosmological solutions of modified F(T ) gravity with Dirac field
67 Zhadyranova A.A., Anuarbekova Y.Ye. Hierarchy of WDVV associativity equations for n = 3 case
and N = 2 when V
0= 0
79 Zhangozin К.N., Kargin D.B. About ways to increase the power of wind turbines with straight
blades
86 Zhubatkanova Zh.A., Myrzakulov N.A., Meirbekov B.K. Cosmological solutions for particular case
of modified theory of gravity with a Brans-Dicke field.
93 Kalkozova Zh.K., Tulegenova A.T., Abdullin Kh.A. National Nanotechnology Laboratory of open
type, al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan
102 Ryskulov A.E., Ivanov I.A., Kislitsin S.B., Uglov V.V., Zdorovets M.V. The effect of Ni
12+heavy
ion irradiation on radiation defect formation in BeO ceramics
110 Nurakhmetov T.N., Salikhodzha Zh.M., Dolomatov M.Y., Zhunusbekov A.M., Kainarbay A.Z.,
Daurenbekov D.H., Baltabekov A.S., Sadykova B.M., Zhangylyssov K.B., Yussupbekova B.N. Band structure and optical spectra of mixed alkali metal sulfates
117
Nogai A.A., Stefanovich S.Yu., Salikhodja J.M., Nogai A.S. Conducting and dielectric properties of Na
3Sc
2(PO
4)
3128 Karipbaev Zh., Musahanov D., Lisitsyn V., Golkovskii M., Lisitsynа L., Alpyssova G., Tulegenova
A., Akylbekov A., Dauletbekova A., Balabekov K., Kozlovskii А.,Usseinov A. Synthesis, the study of the structure of YAG and YAGG phosphors in the radiation field
138
Kasenov D., Abuova A.U., Inerbaev T.M., Abuova F.U., Kaptagai G.A. Modeling as a method of scientific knowledge of physical and chemical processes
147 Yerimbetova D., Stepanenko V., Vidergold А., Zhumadilov K. Current state of radon concentration
studies
153 Faiz A.S., Abuova F.U., Shaken N., Abuova A.U., Junisbekova D.A., Baiman G.B. BiCuSeO
oxyselenides: new promising thermoelectric materials
160
ВЕСТНИК ЕВРАЗИЙСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ Л.Н.ГУМИЛЕВА. Серия ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ
№3(128)/2019
СОДЕРЖАНИЕ
Аймухамбетова А.С., Разина О.В., Цыба П.Ю., Мейрбеков Б.В. Степенное решение космологической модели типа Валецки
8 Ахметова Г.А., Разина О.В., Цыба П.Ю., Меирбеков Б. Космологическая модель с фермионным и тахионным полями
16 Акилбеков А., Скуратов В., Даулетбекова А., Гиниятова Ш., Сейтбаев А. Создание
установки для in-situ измерения высокоэнергетической ионолюминесценции на циклоторне DС-60
25
Абуова А.У., Ускенбаев Е., Инербаев Т.М., Абуова Ф.У., Абуова Г.У., Джунисбекова Д.А.
Интерактивные методы обучения физике на технических специальностях
35 Баубекова Г.М., Лущик А.Ч., Асылбаев Р.Н., Акылбеков А.Т. Создание радиационных
дефектов в кристаллах MgO, облученных высокоэнергетическими ионами
41 Гриценко Л.В., Калкозова Ж.К., Кедрук Е.Ю., Мархабаева А.А., Абдуллин Х.А.
Гидротермальный синтез наночастиц ZnO и их фотокаталитические свойства
49 Даулетбекова А., Акылбекова А., Гиниятова Ш., Баймуханов З., Власукова Л., Акилбеков
А., Усеинов А., Козловский А., Карипбаев Ж. Структура, электрические свойства и люминесценция нанокристаллов ZnO, электроосажденных в трековые матрицы SiO
2/
57
Мырзакулов Н.А., Мырзакулова Ш.А. Космологические решения в модифицированной F (T ) гравитации с полем Дирака
67 Жадыранова А .А., Ануарбекова Ы.Е. Иерархия уравнений ассоциативности WDVV для
случая n = 3 и N = 2 при V
0= 0
79 Жангозин К.Н., Каргин Д.Б. О способах увеличения мощности ветровых турбин с прямыми
лопастями
86 Жубатканова Ж.А., Мырзакулов Н.А., Мейрбеков Б.К. Космологические решения для
частного случая модифицированной теории гравитации с полем Бранс-Дикке
93 Калкозова Ж .К., Тулегенова А.Т., Абдуллин Х.А. Получение высокодисперсного
порошка алюмоиттриевого граната, легированного церием (Y
3Al
5O
12:Ce
3+) с интенсивной фотолюминесценцией
102
Рыскулов А.Е., Иванов И.А., Кислицин С.Б., Углов В.В., Здоровец М.В. Влияние облучения тяжелыми ионами Ni
12+на радиационное дефектообразование в керамиках BeO
110 Нурахметов Т.Н., Салиходжа Ж.М., Доломатов M.Ю., Жунусбеков А.М., Кайнарбай
А.Ж., Дауренбеков Д.Х., Балтабеков А.С., Садыкова Б.М., Жанылысов К.Б., Юсупбекова Б.Н. Зонная структура и оптические спектры смешанных сульфатов щелочных металлов
117
Ногай А.А., Стефанович С.Ю., Салиходжа Ж.М., НогайА.С. Проводящие и диэлектрические свойства Na
3Sc
2(PO
4)
3128 Карипбаев Ж.Т., Мусаханов Д.А., Лисицын В.М., Голковский М.Г., Лисицына Л.А.,
Алпысова Г.К., Тулегенова А.Т., Акылбеков А.Т., Даулетбекова A.К., Балабеков К.Н., Козловский А., Усеинов А. Синтез, исследование структуры ИАГ и ИАГГ люминофоров в поле радиации
138
Касенов Д., Абуова А.У., Инербаев Т.М., Абуова Ф.У., Каптагай Г.А. Моделирование как метод научного познания физико-химических процессов
147 Еримбетова Д.С., Степаненко В.Ф., Видергольд А.В., Жумадилов К.Ш. Современное
состояние исследований концентрации радона
153 Фаиз А.С., Абуова Ф.У., Шәкен Н., Абуова А.У., Джунисбекова Д.А., Байман Г.Б. BiCuSeO
оксиселенид как новый перспективный термоэлектрический материал
160
МРНТИ 29.19.31
А. Даулетбекова
1, А. Акылбекова
1, Ш. Гиниятова
1, З. Баймуханов
1, Л. Власукова
2, А. Акилбеков
1, А. Усеинов
1, А. Козловский
3, Ж. Карипбаев
11
Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, Нур-Султан, Казахстан
2
Институт прикладной физики им. Севченко, г. Минск, Белоруссия
3
Астанинский филиал Института ядерной физики, Нур-Султан, Казахстан (E-mail:
1aiman88_88@mail.ru)
Структура, электрические свойства и люминесценция нанокристаллов ZnO, электроосажденных в трековые матрицы SiO
2/Si
Аннотация: Исследованы нанокластеры ZnO, полученные электрохимическим осаждением (ЭХО) цинка в трековом темплэйте a-SiO
2/ Si-n. Структуру SiO
2/Si облучали на циклотроне DC-60 ионами Xe 200 МэВ (Ф = 108 ионов/см
2) с последующим химическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты (HF). Электрохимическое осаждение (ЭХО) Zn в трековом темплэйте проводили в потенциостатическом режиме. Поверхность образцов после осаждения исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа JSM 7500F. Рентгеноструктурный анализ (РСА) проводили с использованием рентгеновского дифрактометра D8 ADVANCE ECO. Согласно данным РСА электроосаждение цинка в трековом темплэйте a-SiO
2/Si-n привело к образованию нанокристаллов ZnO с кристаллической структурой цинковой обманки (ZB) Исследованы вольт-амперные характеристики и фотолюминесценция образцов SiO
2/Si с нанокристаллами ZnO ZB.
Структуры спектров фотолюминесценции для ZnO ZB и ZnO WS (кристаллическая структура - вюрцит) совпадают, но соотношение интенсивностей полос люминесценции различно. Сравнение интенсивностей полос показало, что кислородные вакансии являются доминирующими дефектами в полученной структуре ZnO ZB.
Ключевые слова: трековый SiO
2/Si темплэйт, темплэйтный синтез, электрохимическое осаждение, нанокристаллы, цинковая обманка.
DOI: https://doi.org/10.32523/2616-68-36-2019-128-3-57-66 Введение. Оксид цинка является широкозонным полупроводником с уникальными электрофизическими и оптическими свойствами. Материалы на основе оксида цинка могут быть использованы в качестве оптоэлектронных преобразователей, флуоресцентных материалов, прозрачных электродов, чувствительных элементов газовых и биологических датчиков, катализаторов, детекторов рентгеновского и гамма-излучения.
Эти применения для ZnO обычно рассматриваются для его кристаллической фазы вюрцита (WS). Это связано с тем, что в условиях окружающей среды ZnO имеет кристаллическую структуру вюрцита. Наночастицы ZnO WS различной морфологии, такие как наностержни, тетрапод [1-3], нанопроволоки [4,5], наногелики [6], а также нанокристаллы ZnO были синтезированы в трековом темплэйте a-SiO
2/Si-p [7].
Фаза ZnO со структурой цинковой обманки является метастабильной фазой. Монокристаллы
ZnO (ZB) пока не получены [8,9]. Эта фаза стабилизируется при гетероэпитаксиальном
росте пленок ZnO на кубически структурированных подложках [8-10]. Оксид цинка со
структурой каменной соли (RS) получается при высоких давлениях и может существовать
в наноструктурных формах и благодаря стабилизации в кубической матрице (MgO, NaCl)
[11]. При высоких давлениях (около 10 ГПа) наблюдается трансформация W S → RS ,
которая изучается как экспериментально, так и теоретически [12]. Свойства ZnO WS
изучены очень хорошо, в отличие от двух других фаз. В обзоре [13] описаны возможные
применения различных структурных модификаций кристалла ZnO в полупроводниковой
технологии. Высокая симметрия кристаллической структуры позволяет ожидать некоторые
преимущества, таких как более низкое рассеяние носителей, более высокая эффективность
легирования и т.д., которые могут использоваться в различных устройствах, детекторах
излучения. Создание трековых темплэйтов на основе SiO
2/Si и полимерных материалов,
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 3(128)
Фаза
Структура и пространст
венная группа
(hkl) 2θ
◦d ˚ A L, nm
Параметр ячейки,
˚ A
FWH M
Степень кристал личности,
%
Содержание фазы,
%
Объем,
˚ A
3и плотность
г/см
3ZnO
1.75 B
Кубическая F-43 m
111 34.742.58 -
a=4.47 -
68.1 100 89.45
5.97 200 40.242.2321.4 0.439
а также электрохимическое осаждение различных материалов в трековом темплэйте было описано в [14-18]. Целью данного исследования является изучение нанокристаллов ZnO ZB, полученных электрохимическим осаждением в трековом темплэйте a-SiO
2/Si-n. Следует отметить, что Si-подложка позволяет легко включать полученные структуры в кремниевую технологию.
Экспериментальная часть. Структура a-SiO
2/Si-n была получена термическим окислением кремниевой подложки (тип Si - n) во влажной атмосфере кислорода при 900
◦C . Толщина оксидного слоя по данным эллипсометрии составляла 700 нм. Образцы облучали ионами Xe 200 МэВ, Ф = 10
8ионов /см
2с использованием ускорителя DC-60.
После облучения образцы SiO
2/Si травили в 1% -ном водном растворе HF с добавлением палладия (m (Pd) = 0,025 г) при 18 ± 1
◦C . Перед травлением поверхность образцов очищали в изопропаноле в течение 15 минут в ультразвуковом очистителе 6.SB25 − 12DT S . После травления образцы промывали деионизированной водой (18,2 МОм). Морфологию протравленной поверхности и нанопор изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа JSM-7500F. Электрохимическое осаждение Zn в трековый темплэйт SiO
2/Si проводили в потенциостатическом режиме при 1,75 В и рН = 3. Состав электролита был следующим: ZnSO
4· 7H
2O 360 г/л; NH
4Cl - 30 г/л; 3H
2O · CH
3COONa - 15 г/л;
аскорбиновая кислота - 120 г/л. Аскорбиновая кислота действовала как дополнительный агент для корректировки значения pH на уровне 3,0. Контроль значения pH осуществляли с целью предотвращения образования водорода во время процесса ЭХО и улучшения заполнения пор осадками на основе Zn. Время осаждения составило 10 минут. Рентгеновский дифрактометр D8 ADVANCE ECO с использованием рентгеновской трубки с Cu-анодом в диапазоне углов 2θ ( 30 − 110
◦) с шагом 0, 01
◦был использован для рентгеноструктурного анализа (РСА). Программное обеспечение Bruker AXSDIFFRAC.EVAv.4.2 и международная база данных ICDD PDF-2 использовались для идентификации фаз и исследования кристаллической структуры.
Источник тока HP 66312A и мультиметр 34401A Agilent (США) использовались для определения электрических свойств нанокристаллов. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) были измерены для массива заполненных наноканалов. Схема установки для измерения ВАХ была следующей: образец с осажденными нанокристаллами помещался между двумя металлическими пластинами, которые перекрывали только часть образца с наноканалами. Размер этой части составлял 0,3 см
2. Затем пластины были подключены к источнику тока последовательным соединением мультиметра. Все ВАХ были построены с использованием полиномиальной подгонки 2-го порядка. Спектры фотолюминесценции (ФЛ) регистрировали с использованием флуоресцентного спектрофотометра Agilent Cary Eclipse (оптический диапазон (200-900) нм.
Результаты и обсуждение. Анализ СЭМ-изображений поверхности (Zn) SiO
2/Si-n показал, что степень заполнения нанопор при U = 1,75 В составляет 97,6% (рис. 1).
Результаты исследования РСА были показаны в таблице 1 и на рис.2.
Анализ данных РСА показал образование нанокристаллов ZnO ZB с параметром элементарной ячейки a = 4.4722 ˚ A. Это хорошо согласуется с расчетным значением в диапазоне от 4,60 до 4,62 ˚ Aи с экспериментальными данными для пленок ZnO, выращенных на подложках ZnS, в диапазоне от 4,37 до 4,47 ˚ A[9]. Обычно оксид
58
А. Даулетбекова, А. Акылбекова, Ш. Гиниятова, З. Баймуханов, Л. Власукова, А. Акилбеков, . . .
Figure 1– СЭМ-изображение образца Zn/SiO2/Si - поперечное сечение после ЭХО в течение 10мин.: U = 1,75В.
Inset - поверхность образца после ЭХО.
цинка кристаллизуется в структуре WS. Теоретически установлено, что ZnO может быть устойчивым в метастабильной фазе ZB [19-26]. Экспериментально возможна стабилизация фазы ZB при эпитаксиальном росте на основе субстрата с аналогичной структурой [13].
Следовательно, рост фаз ZB при темплэйтном синтезе также связан со стабилизацией этой фазы в структуре ГЦК кремниевой подложки в трековом темплэйте.
Вольт-амперная характеристика. Оксид цинка кристаллизуется в структуре WS, представляет собой линейный полупроводник с шириной запрещенной зоны Eg = 3,37 эВ при 300 К (экспериментальное значение). Расчетные значения обычно занижены, чем экспериментальные. Зонная структура ZnO хорошо известна. Уровни глубоких валентных зон образованы Zn 3d-орбиталями, а верхние уровни валентности представлены в основном O 2p-орбиталями. Взаимодействие Zn 4s - O 2pσ * приводит к образованию нижних уровней зоны проводимости [27].
Типичная зонная структура цинкбленда и вюрцита фаз ZnO схематически представлена на рис.3. Можно видеть, что ZnO ZB также является полупроводником с прямой запрещенной зоной с запрещенной зоной E
g= 3,37 эВ, как ZnO WS. Следовательно, следует ожидать, что электропроводность ZnO ZB имеет n-тип. Известно, что оксид цинка является хорошим полупроводником n-типа, а материал с эффективной проводимостью p-типа еще не создан [28]. Отличная электропроводность, скорее всего, связана с введением достаточного количества водородсодержащей примеси, такой как H
2, H
2O и т. д., которая находится в химическом растворе прекурсора. Это приводит к заметным изменениям электронных свойств кристалла. Впоследствии теоретические исследования с использованием квантово- химического моделирования также подтверждают эту точку зрения [29]. Собственные дефекты не играют существенной роли в проводимости в нормальных условиях и
59
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 3(128)
Figure 2– Схематическое изображение спин-орбитального расщепления и расщепления кристаллического поля в вюрцитных материалах по сравнению с ZnO ZB. Обозначены переходы, которые допускают различные поляризации вектора фотонэлектрического поля относительно оси c [13]
начинают играть ее только при повышении температуры. Известно, что подвижность заряда электрона, который зависит от эффективной массы электрона в периодическом поле кристалла, определяет скорость современных интегральных микросхем. Численное значение подвижности определяется соотношением:
µ = qτ /m∗ (1)
где q - заряд электрона, τ - среднее время пробега между двумя столкновениями (диссипация в донорных центрах), m * - эффективная масса электрона. Известно, что эффективная масса электрона в оксиде цинка составляет 0,19 m
e[30]. Среднее время жизни может быть рассчитано из уравнения τ = λ/v , где λ = 1 / (N
dπ R
2), а v определяется из следующего соотношения:
mv
2/2 = 3/2kT (2)
Принимая во внимание концентрацию доноров N
dв оксиде цинка 10
17−3и радиус R центра сферического рассеяния 50 нм, подвижность заряда при Т = 300 К будет составлять:
µ = q p
m
∗/3kT
m
∗N
dπR
2≈ 43 cm
2V s (3)
Можно видеть, что численное значение подвижности электронов в оксиде цинка на порядок выше, чем это значение в других полупроводниковых кристаллах, таких как германий (0,39
2/(Vs)) и кремний (0,14
2/(Vs)). Это говорит о хороших электронных свойствах и потенциальном применении наноструктур оксида цинка в микроэлектронике.
На рисунке 4 показаны ВАХ образцов до и после осаждения. Видно, что до осаждения Zn проводимости нет как в прямом, так и в обратном направлении. Тем не менее, наблюдается увеличение тока с напряжением между электродами до значения 0,02 мкА.
Этот ток обусловлен р-носителями. Для образцов с нанесенными нанокристаллами ZnO ZB вольт-амперные характеристики имеют диодную природу. Постоянный ток обусловлен электронами, поскольку в Si-основе имеются каналы n-типа, в которых образуется ZnO ZB проводимости n-типа. Согласно структуре ВАХ (рис. 4), дифференциальное сопротивление при прямом напряжении составляет R = ∆ U/ ∆ I ≈ 1В/300 мА = 3,3 Ом. Такая структура
60
А. Даулетбекова, А. Акылбекова, Ш. Гиниятова, З. Баймуханов, Л. Власукова, А. Акилбеков, . . .
потенциально может использоваться в устройствах, где обратный ток недопустим или должен быть незначительным.
Figure 3– Вольт-амперная характеристика ZnO-ZB - сплошная кривая - начальная, пунктирная - с осажденным ZnO ZB
Люминесценция. Для изучения оптических свойств оксида цинка широко используется фотолюминесценция (ФЛ). Дифференциальный спектр люминесценции образца ZnO ZB/ SiO
2/Si показан на рисунке 5а.
Figure 4– Спектры люминесценции образца Zn/SiO2/Si после ЭХО в течение 10 минут, U = 1,75 В
ФЛ была возбуждена светом с λ = 300 нм. Спектр ФЛ содержит различные спектральные полосы в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Люминесценция в диапазоне 300-400 нм настолько слабая, что свечение матрицы в некоторых местах превышает ее. Давайте сравним наши спектры ФЛ со спектрами для ZnO WS, поскольку зонные структуры ZnO ZB и ZnO WS довольно близки (рис. 3). Известно, что зеленое свечение с максимумом при 500 нм в ZnO WS обусловлено наличием единичных кислородных вакансий (VO) [31]. Было показано [11],
61
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 3(128)
что одиночные кислородные вакансии (область высокоэнергетической зоны), а также пары донор-акцептор (область низкоэнергетической зоны, донор - VO) участвуют в образовании зеленой (500 нм) ФЛ ZnO WS и электрон перепрыгивает с уровня энергии одиночного VO в валентную зону. То есть полоса с максимумом 500 нм (рис. 5а, б) обусловлена вакансией кислорода в решетке ZnO ZB. Полоса с максимумом 422 нм, синяя ФЛ, обусловлена вакансиями цинка (VZn) [31]. Полоса ФЛ с максимумом 422 нм связана с вакансиями цинка (VZn) в решетке ZnO WS, а также в спектре ФЛ ZnO ZB (рис. 5б). Точно так же мы предполагаем, что это связано с VZn. Следует отметить, что полоса с максимумом при 422 нм появляется при переходе электрона из зоны проводимости на глубокий уровень вакансии Zn. Сравнение интенсивностей полос люминесценции позволяет сравнивать концентрации VZn и VO. Сравнение показывает, что кислородные вакансии являются доминирующими дефектами в полученной структуре ZnO ZB. Следует отметить, что для фазы вюрцита ZnO WS, полученной в трековой матрице a-SiO
2/Si-p, наблюдалось обратное соотношение интенсивностей полос ФЛ, и вакансии цинка являются доминирующими дефектами. ФЛ с максимумом при 352 нм в ZnO WS объясняется экситонной люминесценцией (3.32- 3.27) эВ [32]. Аналогичная люминесценция наблюдается у ZnO ZB, но менее интенсивная.
Таким образом, структуры спектров ФЛ для ZnO ZB и ZnO WS совпадают, но отношение интенсивностей полос различно.
Заключение. Нанокристаллы ZnO с кристаллической структурой цинковой обманки (ZB) были получены электрохимическим осаждением в трековую матрицу a-SiO
2/Si-n.
На первых этапах осаждения нанокристаллы ZnO формировались на границе раздела SiO
2/Si, а образование фазы ZB можно объяснить кубической структурой подложки Si.
Исследование вольт-амперных характеристик показало, что сформировался полупроводник n-типа. Исследование фотолюминесценции показало, что положения максимумов в спектрах ФЛ для ZnO со структурой цинковой обманки совпадают с положениями максимумов в спектре ФЛ для ZnO со структурой вюрцита, но отношение интенсивностей полос различно. Сравнение интенсивностей полос показало, что кислородные вакансии являются доминирующими дефектами в полученной структуре ZnO ZB.
Список литературы
1 Zi-Qiang X., Hong D., Yan, L., Hang C. Al-doping effects on structure, electrical and optical proper- ties of c-axis-orientated ZnO: Al thin films // Mater. Sci. Semicon. Proc. -2006. №9. -P.132-137. -URL:
https://doi.org/10.1016/j.mssp.2006.01.082.
2 Jun W., Yintang Y. Deposition of K-doped p type ZnO thin films on (0001) Al2O3 substrates // J. Mat. Lett.
-2008. №62. -P.1899-1901. -URL: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.10.035.
3 Norton D.P., Ivill M., Li, Y., Kwon, Y.W., Erie, J.M., Kim, H.S., Ip, K., Pearton, S.J., Heo, Y.W., Kim, S., Kang, B.S., Ren, F., Hebard, A.F., Kelly, J. Charge carrier and spin doping in ZnO thin films // Thin Solid Films. -2006. №496 (1). -P.160-168. -URL: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.08.246.
4 Prabhu Y.T., Rao K.V., Kumar V.S.S., Kumari B.S. X-ray analysis by williamson-hall and size-strain plot methods of ZnO nanoparticles with fuel variation // World. J. Nano Sci. Eng. -2014. №4 (1). -P.21-28. -URL:
https://doi.org/10.4236/wjnse.2014.41004.
5 Maensiri S., Laokul P., Promarak V. Synthesis and optical properties of nanocrystallineZnO powders by a simple method using zinc acetate dihydrate and poly (vinyl pyrrolidone) // J. Cryst. Growth. -2006.№289 (1).
-P.102-106. -URL: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.10.145.
6 Castro R.H.R. Gouvea D. Sintering and Nanostability: The Thermodynamic Perspective // J. Am. Ceram. Soc.
-2016. №99 (4). -P.1105-1121. -URL: https://doi.org/10.1111/jace.14176.
7 Dauletbekova A., Kozlovskyi A., Akilbekov A., Seitbayev A. Alzhanova A. Synthesis of ZnO nanocrystals in a- SiO2/Si ion track templates // Surf. Coat. Technol. -2018. -URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.04.008.
8 Ellmer K. Transparent conductive zinc oxide and its derivatives, in: Gimley, D.S., Hosono, H., Paine, D.C.
(Eds.), Handbook of transparent conductors. -New York: Springer, 2010. -P. 193-263.
9 Ozgur U., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Dogan S., Avrutin V., Cho S.-J., MorkocH. A comprehensive review of ZnO materials and devices // J. Appl. Phys. -2005. №98. -URL:
https://doi.org/10.1063/1.1992666.
10 Ashrafi A., Jagadish C. Review of zincblendeZnO: Stability of metastable ZnO phases // J. Appl. Phys. -2007.
№102. -URL: https://doi.org/10.1063/1.2787957.
62
А. Даулетбекова, А. Акылбекова, Ш. Гиниятова, З. Баймуханов, Л. Власукова, А. Акилбеков, . . .
11 Solozhenko V.L., Kurakevych O.O., Sokolov P.S., Baranov A.N. Kinetics of the wurtzite-to-rock-salt phase transformation in ZnO at high pressure // J. Phys. Chem. A. -2011. №115 (17). -P.4354-4358. - URL:https://doi.org/10.1021/jp201544f.
12 Koster R.S., Fang C.M., Dijkstra M., Van Blaaderen A., Van Huis M.A. Stabilization of rock salt ZnOnanocrys- tals by low-energy surfaces and Mg additions: a first-principles study // J. Phys. Chem. -2015. №119 (10).
-P.5648-5656. -URL: https://doi.org/10.1021/jp511503b.
13 Ashrafia A., Jagadish C. Review of zincblendeZnO: Stability of metastable ZnO phases // J. Appl. Phys. -2007.
№102. -URL: https://doi.org/10.1063/1.2787957.
14 Norton D.P., Heo Y.W., Ivill M.P., Ip K., Pearton S.J., Chisholm M.F., Steiner T. ZnO: growth, doping and processing // Mater. today. -2004. №7 (6). -P.34-40. -URL: https://doi.org/10.1016/S1369-7021(04)00287-1.
15 Ivanova Yu. A., Ivanou D. K., Fedotov A. K., et al. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n-Si(100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template // J. Mater. Sci. -2007. №42 (22). -P.9163-9169. -URL:
https://doi.org/10.1007/s10853-007-1926-x.
16 ToimilMolares M. E., Buschmann V., Dobrev D., Neumann R., Scholz R., Schuchert I.U., Vetter J. Sin- gle Crystalline Copper Nanowires Produced by Electrochemical Deposition in Polymeric Ion Track Mem- branes // Adv. Mater. -2001. №13(1). -P.62-65. -URL: https://doi.org/10.1002/1521-4095(200101)13:1<62::AID- ADMA62>3.0.CO;2-7.
17 Kadyrzhanov D.B., Zdorovets M.V., Kozlovskiy A.L., Kenzhina L.E., Petrov A.V. Modification of structural and conductive properties of Zn nanotubes by irradiation with electrons with an energy of 5 MeV // Mater.
Res. Express. -2017. №4(12). -URL: https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa9e64.
18 Rusakov V.S., Kadyrzhanov K.K., Kozlovskiy A.L., Kiseleva T.Y., Fadeev M.S., Luk’yanova E.N. Luk’yanova E.N., Zdorovets M.V. Studying the properties of Fe and Fe-Co nanotubes in polymer ion-track membranes //
Bull. Russ. Acad. Sci: Phys. -2017. №81(7). -P.831-835. -URL: https://doi.org/10.3103/S1062873817070243.
19 Zhang L., Huang H. Structural transformation of ZnO nanostructures // Appl. Phys. Lett. -2007. №90. -URL:
https://doi.org/10.1063/1.2431073.
20 Jaffe J. E., Hess A.C. Hartree-Fock study of phase changes in ZnO at high pressure // Phys. Rev. -1993.
-P.7903-7909. -URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.7903.
21 Jaffe J.E., Snyder J.A., Lin Z., Hess A.C. LDA and GGA calculations for high-pressure phase transitions in ZnO and MgO // Phys. Rev. -2000. -P.1660-1665. -URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.1660.
22 Uddin J., Scuseria G. E. Theoretical study of ZnO phases using a screened hybrid density functional // Phys.
Rev. -2006. -URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.245115.
23 Qteish A. Self-interaction-corrected local density approximation pseudopotential calculations of the structural phase transformations of ZnO and ZnS under high pressure // J. Phys.: Condens. Matter. -2000. №12. -P.5639- 5654. -URL: https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/26/311.
24 Baaziz H., Charifi Z., Haj Hassan F. El., Hashemifar S.J,.Akbarzadeh H. FP-LAPW investigations of Zn1- xBexS, Zn1-xBexSe and Zn1-xBexTe ternary alloys // Phys. Stat. Sol. -2006. №243 (6). -P.1296-1305. -URL:
https://doi.org/10.1002/pssb.200541481.
25 Bragg W.H., Darbyshire J.A. // J. Met. -1954. №6. -P.238.
26 Sun X. W., Liu Z.J., Chen Q.F., Lu H.W., Seong T., Wang C. W. Heat capacity of ZnO with cubic structure at high temperatures // Solid State Commun. -2006. №140. -P.219-224. - URL:
https://doi.org/10.1016/j.ssc.2006.08.024.
27 J.L.G. Fierro. Metal Oxides: Chemistry and Applications. - CRC Taylor and Francis, 2006.
28 Ozgur U., Alivov Ya.I., Liu C., Teke A., Reshchikov M.A., Dogan S., Avrutin V., Cho S.J., Morkoc H. A comprehensive review of ZnO materials and devices // J. Appl. Phys. -2005. №98 (4). -URL:
https://doi.org/10.1063/1.1992666.
29 Usseinov A.B., Kotomin E.A., Akilbekov A., Zhukovskii Yu., Purans J. Hydrogen adsorption on the ZnO(1100) surface: ab initio hybrid density functional linear combination of atomic orbitals calculations // Phys. Scr. -2014.
№89. -URL: https://doi.org/10.1088/0031-8949/89/04/045801.
30 Harrison W.A. Electronic Structure and the Properties of Solids. - The Physics of the Chemical Bond, Fairford, GLOS, United Kingdom, 1989.
31 Studenikin S.A., Golego N., Cocivera M. Fabrication of green and orange photoluminescent, undopedZnO films using spray pyrolysis // J. Appl.Phys. - 1998. №84. -URL: https://doi.org/10.1063/1.368295
32 Kumano H., Ashrafi A.A., Ueta A., AvramescuA.,Suemune I. Luminescence properties of ZnO films grown on GaAs substrates by molecular-beam epitaxy excited by electron-cyclotron resonance oxygen plasma // J. Crystal Growth. -2000. -P.214-215. -URL: https://doi.org/10.1016/S0022-0248(00)00091-9.
63
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Bulletin of L.N. Gumilyov ENU, 2019, 3(128)
А. Даулетбекова1, А. Акылбекова1, Ш. Гиниятова1, З. Баймуханов1, Л. Власукова2, А. Акилбеков1, А. Усеинов1, А. Козловский3, Ж. Карипбаев1
1Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетi, Нұр-Сұлтан, Қазақстан
2 Қолданбалы физика институты, Минск, Белорусь Республикасы
3 Ядролық физика институтының Нұр-Сұлтандық филиалы, Нұр-Сүлтан, Қазақстан
SiO2/Si тректi матрицаларына электрлi тұндырылған ZnO нанокристалдарының құрылымы, электрлiк қасиеттерi және люминесценциясы
Аңдатпа. Мақалада а-SiO2/Si-n тректi темплэйттерде мырышты электрохимиялық тұндыру (ЭХТ) арқылы алынған ZnO нанокластерлерiн зерттеу нәтижелерi келтiрiлген. SiO2/Si құрылымы Xe 200 MэВ иондарымен (Ф = 108ион/2) DC-60 циклотронында сәулелендiрiлiп, содан кейiн гидрофторлық қышқылдың (HF) судағы ертiндiсiнде химиялық күйдiрiлдi. Мырышты трек үлгiсiне электрохимиялық тұндыру (ЭХТ) потенциостатикалық режимде жүргiзiлдi.
Тұндырылған үлгiлердiң бетi JSM 7500F сканерлеушi электронды микроскоптың көмегiмен зерттелдi. Рентгендiк құрылымдық талдау (XRD) D8 ADVANCE ECO рентгендiк дифрактометрiмен жүргiзiлдi. Рентгендiк құрылымдық талдауына сәйкес, a-Si2О/Si-n тректi темплэйттерде мырышты электротұндыру кристалдық құрылымы мырышты қоспа ZB болатын ZnO нанокристалдарының түзiлуiне әкелдi. ZnO ZB нанокристалдары бар SiO2/Si үлгiлерiнiң вольт- амперлiк сипаттамалары және фотолюминесценциясы зерттелдi. ZnO ZB және ZnO WS (кристалды құрылым - вюрцит) фотолюминесценция спектрлерiнiң құрылымы сәйкес келедi, алайда люминесценция жолақтарының қарқындылығы әртүрлi. Жолақтардың қарқындылығын салыстыру оттегiнiң бос орындары алынған ZnO ZB құрылымындағы басым ақаулар болып табылатынын көрсеттi.
Түйiн сөздер:SiO2/Si тректi темплэйт, темплэйттi синтез, электрохимиялық тұндыру, нанокристалдар, мырышты қоспа.
A.K. Dauletbekova1, A. Akylbekova1, Sh. Giniyatova1, Z. Baimukhanov1, L.Vlasukova2, A.
Akilbekov1, A. Usseinov1, A. Kozlovskii3, Zh. Karipbayev1
1L.N. Gumilyov Eurasian national university, Nur-Sultan, Kazakhstan
2A.N. Sevchenko Institute of Applied Physics Problem, Minsk, Belarus
3Nur-Sultan Branch of Institute of Nuclear Physics, Nur-Sultan, Kazakhstan
Structure, electrical properties and luminescence of ZnO nanocrystals deposited in SiO2/Si track templates Abstract. ZnO nanoclusters obtained by electrochemical deposition (ECD) of zinc in track template a-SiO2/Si-n have been studied. The structure SiO2/Si was irradiated on a DC-60 cyclotron with Xe 200 MeV ions (Ф = 108 ions / cm2), followed by chemical etching in an aqueous solution of hydrofluoric acid (HF). Electrochemical deposition (ECD) Zn in track template was performed in a potentiostatic mode. The surface of the samples after deposition was examined using a JSM 7500F scanning electron microscope. X-ray diffraction analysis (XRD) was performed using a D8 ADVANCE ECO X-ray diffractometer. According to X-ray diffraction data, zinc electroplating in a-SiO2 / Si-n track templating led to the formation of ZnO nanocrystals with a zinc blende crystal structure (ZB). The current-voltage characteristics and photoluminescence of SiO2/Si samples with ZnO ZB nanocrystals were studied. The structures of the photoluminescence spectra for ZnO ZB and ZnO WS (crystal structure - wurtzite) are the same, but the ratio of the intensities of the luminescence bands is different. A comparison of the band intensities showed that oxygen vacancies are the dominant defects in the obtained ZnO ZB structure.
Keywords: SiO2/Si track template, template synthesis, electrochemical deposition, nanocrystals, zinc blende.
References
1 Zi-Qiang X., Hong D., Yan, L., Hang C. Al-doping effects on structure, electrical and optical proper- ties of c-axis-orientated ZnO: Al thin films [Mater. Sci. Semicon. Proc.], (9) 132-137 (2006). Available at:
https://doi.org/10.1016/j.mssp.2006.01.082.
2 Jun W., Yintang Y. Deposition of K-doped p type ZnO thin films on (0001) Al2O3 substrates [J. Mat. Lett.], (62), 1899-1901 (2008). Available at: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.10.035.
3 Norton D.P., Ivill M., Li, Y., Kwon, Y.W., Erie, J.M., Kim, H.S., Ip, K., Pearton, S.J., Heo, Y.W., Kim, S., Kang, B.S., Ren, F., Hebard, A.F., Kelly, J. Charge carrier and spin doping in ZnO thin films [Thin Solid Films],496 (1) 160-168 (2006). Available at: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.08.246.
4 Prabhu Y.T., Rao K.V., Kumar V.S.S., Kumari B.S. X-ray analysis by williamson-hall and size-strain plot methods of ZnO nanoparticles with fuel variation [World. J. Nano Sci. Eng.], 4 (1) 21-28 (2014). Available at:
https://doi.org/10.4236/wjnse.2014.41004.
5 Maensiri S., Laokul P., Promarak V. Synthesis and optical properties of nanocrystallineZnO powders by a simple method using zinc acetate dihydrate and poly (vinyl pyrrolidone) [J. Cryst. Growth.], 289 (1) 102-106 (2006).
Available at: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.10.145.
6 Castro R.H.R. Gouvea D. Sintering and Nanostability: The Thermodynamic Perspective [J. Am. Ceram. Soc.], 99 (4) 1105-1121 (2016). Available at: https://doi.org/10.1111/jace.14176.
7 Dauletbekova A., Kozlovskyi A., Akilbekov A., Seitbayev A. Alzhanova A. Synthesis of ZnO nanocrystals in a-SiO2/Si ion track templates [Surf. Coat. Technol.], (2018). Available at:
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.04.008.
64
А. Даулетбекова, А. Акылбекова, Ш. Гиниятова, З. Баймуханов, Л. Власукова, А. Акилбеков, . . .
