CdCr2S4 İnce Filmlerin Çözelti Molaritesinin Yapısal ve Optiksel Özellikleri Üzerindeki Etkileri

Farklı molarite değerlerinde saydam kadmiyum kromiyum sülfat çözeltisi [CdCr2S4, (CCS)] cam altlıkların yüzeyi üzerine kimyasal banyo yöntemi ile kaplanmıştır. Yapısal analiz, film kalınlığı, elemental komposizyon analizi ve yüzey morfolojisi için X‐ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağıtıcı X‐ışını spektrometresi ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ölçüm teknikleri kullanılmıştır. Filmlerin optik özelliklerini belirlemek için UV‐1800 spektrum analiz cihazı kullanılmıştır. XRD sonuçlarından, ince film örneklerinde molarite arttıkça pik şiddetinde azalma olduğu görülmüştür. AFM sonuçları, molarite arttıkça filmlerin oluşturduğu yüzey yapısının iki boyutlu yapıdan (2B), üç boyutlu (3B) yapıya geçtiğini göstermiştir. Parçacık büyüklüğü molarite ile doğru orantılı olarak değişmiştir. CCS ince filmlerinin optik ölçümleri, yasak bant optik enerji aralıklarının 2,6 – 2,7 eV aralığında değiştiğini göstermiştir. Optik bant enerji aralığındaki enerji kaymasında kuantum kafesleme etkisinin bir sonucu olduğu fikri öne sürülmüştür.

Molarite Effects on the Structural and Optical Properties of CdCr2S4Thin Films

Transparent cadmium chromium sulphate thin films in different molarity values [CdCr2S4 (CCS)] were coated on the surface of the glass substrate using chemical bath method. In order to scrutinize the structural analysis, film thickness, elemental composition analysis and surface morphology of the thin film samples, X‐ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM), X‐ray spectrometry, and Atomic force microscopy (AFM) techniques were caried out. For optical measurement, UV‐1800 spectrum analyzer was also used. XRD results show that, the peak intensity of each reflection on the samples decreases with increasing molar concentration ratio of the thin films. According to AFM results, surface morphology of the films shifted from two dimension (2D) to three dimension (3D) by increasing molar concentration ratio of the films. Particule size increased with increasing molar concentration ratio. Optical measurement of CCS thin films show that the optical band gap changed between 2.6 and 2.7 eV. In order to explain shifting of the optical band gap energy, quantum confinement effect was proposed.

PDF

___

Safdar, A., Islam, M., Iftikhar, A., Aftab, A., Mujahid, M., Khalid. Y., Zhu, Y. 2016. Quantum confinement and size effects in Cu2ZnSnS4 thin films produced using solution processed ultrafine nanoparticles. Materials Science in Semiconductor Processing 41, 420–427.
Todkar, V. V., Mane, R. S., Lokhande, C. D., Pathan, H.M., Oh‐Shim,J., Joo, Chung H., Yoon M.Y., Han, S.H. 2008. Structural and optical properties of chemically synthesized monodispersed CdCr2S4 films. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69, 1802–1807.
Hartmann, O., Kalvius, G. M., Wappling, R., Günther, A., Tsurkan, V. 2013. Magnetic properties of the multiferroic chromium thio‐ spinels CdCr2S4and HgCr2S4 . European Physical Journal, B86, 148.
Radautsan,S.I.,Tezlevan,V.E.,Nikiforov,K.G. 1980. Crystal growth and the influence of structural defects on the physical properties of CdCr2S4. Journal of Crystal Growth, 49, 67–70.
Tsurkan,V., Ehlers,D., Felea,V., Krug von Nidda, H.A., Loidl,A. 2013. Critical magnetic behavior of ferromagnetic CdCr2S4. Physical Review B, 88, 144417.
Sun, C. P., Lin, C. C., Her, J. L., Ho, J. C., Taran, S., Berger, H., Chaudhuri, B. K., Yang, H. D. 2009. Field‐dependent dielectric and magnetic properties in multiferroic CdCr2S4 Physical Review B, 79, 214116.
Krohns, S., Schrettle, F., Lunkenheimer, P., Tsurkan, V., Loidl, A. 2008. Colossal magneto capacitive effect in differently synthesized and doped CdCr2S4 . Physica B 403, 4224‐4227.
Hemberger, J., Lunkenheimer, P., Fichtl, R., KrugvonNidda, H. A., Tsurkan, V., Loidl, A. 2005.Multiferroic behavior in CdCr2X4 (X = S, Se). Nature,434, 364 –367.
Ramirez, A. P., Cava, R. C., Krajewski, J. 1997. Colossal magnetoresistance in Cr‐based chalcogenide spinels. Nature, 386, 156‐159.
Weber,S., Lunkenheimer,P.,Fichtl,R.,Hemberger, J.,Tsurkan, V.,Loidl. 2006. Colossal Magneto capacitance and Colossal Magnetoresistance in HgCr2S4. A., Physical Review Letters, 96, 157202.
Thanikaikarasan,S.,Mahalingam,T.,Sundaram,K., Kathalingam, A., Kim, Y.D., Kim, T. 2009. Growth and characterization of electro synthesized iron selenide thin film. Vacuum, 83, 1066–1072.
Boyraz, C., Urfa, Y. 2015. Effect of solution molarity on microstructural and optical properties of CdCr2S4thin films. Materials Science in Semiconductor Processing, 36, 1–6.
Thanikaikarasan,S .,T.Mahalingam,T. ,Sundaram, K., Kim,T., Kim, Y.D., Velumani, S. 2009. Electrochemical Deposition and Characterization of Cd‐Fe‐Se Thin Films. Advanced Materials Research 68, 69–76.
Golik,L., Grigorovitch,S.M., Elinson, M.I., Kunkova, Z.E., Ukrainkys, V.M. 1975. Proceedings of the 3rdInt. Conf.on Thin Films,Basic Problems, Applications and Trends 25–29 August, Budapest,Hungary, P17.
Kale, S.S., Lokhande, C.D. 2000. Thickness‐ dependent properties of chemically deposited CdSe thin films. Materials Chemistry and Physics 62, 103.