Peculiarities of specular infrared reflection spectra of ZnO-based ceramics
Loading...
Date
2021
Authors
Melnichuk, Olexandr
Korsunska, Nadiia
Markevich, Iryna
Boyko, Vitaliy
Polishchuk, Yulia
Tsybrii, Zinoviia
Melnichuk, Lyudmyla
Venger, Yevgen
Kladko, Vasyl
Khomenkova, Larysa
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Undoped and Mn-doped ZnO ceramics were theoretically and experimentally
investigated using specular infrared reflection method. It was shown that infrared reflection
spectra can be modeled using the parameters explored for ZnO single crystals. For ceramic
samples, it was shown that ZnO grains with orientation of the C-axis along the normal to
the electric field give the main contribution to IR reflection spectra. It has been
ascertained that the surface roughness is manifested in these spectra mainly within the
range 450…550 cm–1
giving negligible effect for the frequencies above longitudinal
phonon frequency. This allowed the electrophysical parameters of ZnO crystallites to be
evaluated. In the case of undoped ceramics, the obtained results were found to be consistent
with the values of direct current measurements. This finding supports the utility of infrared
spectroscopy for determination of the electrophysical parameters of polycrystalline ceramic
materials. For Mn-doped ceramic samples, the conductivity value measured using the direct
current method was found to be essentially lower than those determined from simulation of
infrared reflection spectra. This phenomenon was explained by barrier formation at the
grain boundaries in Mn-doped ZnO ceramics.
Виготовлено нелеговану та леговану манганом кераміку оксиду цинку та досліджено її структурні, оптичні та електричні властивості. Показано, що метод інфрачервоної спектроскопії може бути застосований для визначення електрофізичних параметрів керамічних зразків. При цьому для моделювання спектрів інфрачервоного відбивання таких зразків можна використовувати параметри, одержані для монокристалів ZnO. Виявлено, що основний внесок у спектри інфрачервоного відбивання керамічних зразків надають зерна ZnO з орієнтацією осі С, перпендикулярної до напрямку вектора електричного поля. Установлено, що шорсткість поверхні проявляється в цих спектрах переважно в діапазоні 450…550 см–1, що дає незначний ефект у діапазоні частот вищих за частоту LO-фононa. Проведено оцінку електрофізичних параметрів нелегованих та легованих манганом зразків. Установлено, що у разі нелегованої кераміки отримані результати збігаються з результатами прямих вимірювань електропровідності зразків. Для керамічних зразків, легованих манганом, пряме вимірювання їх провідності дає значення, яке значно менше за величину, одержану при моделюванні спектрів інфрачервоного відбивання. Така відмінність пояснюється утворенням бар’єрів на границях зерен ZnO, легованих манганом.
Виготовлено нелеговану та леговану манганом кераміку оксиду цинку та досліджено її структурні, оптичні та електричні властивості. Показано, що метод інфрачервоної спектроскопії може бути застосований для визначення електрофізичних параметрів керамічних зразків. При цьому для моделювання спектрів інфрачервоного відбивання таких зразків можна використовувати параметри, одержані для монокристалів ZnO. Виявлено, що основний внесок у спектри інфрачервоного відбивання керамічних зразків надають зерна ZnO з орієнтацією осі С, перпендикулярної до напрямку вектора електричного поля. Установлено, що шорсткість поверхні проявляється в цих спектрах переважно в діапазоні 450…550 см–1, що дає незначний ефект у діапазоні частот вищих за частоту LO-фононa. Проведено оцінку електрофізичних параметрів нелегованих та легованих манганом зразків. Установлено, що у разі нелегованої кераміки отримані результати збігаються з результатами прямих вимірювань електропровідності зразків. Для керамічних зразків, легованих манганом, пряме вимірювання їх провідності дає значення, яке значно менше за величину, одержану при моделюванні спектрів інфрачервоного відбивання. Така відмінність пояснюється утворенням бар’єрів на границях зерен ZnO, легованих манганом.
Description
Keywords
ZnO, ceramics, infrared spectroscopy, doping, conductivity, article, ZnO, кераміка, інфрачервона спектроскопія, легування, провідність
Citation
Peculiarities of specular infrared reflection spectra of ZnO-based ceramics / O. V. Melnichuk, N. O. Korsunska, I. V. Markevich, V. V. Boyko, Yu. O. Polishchuk, Z. F. Tsybrii, L. Yu. Melnichuk, Ye. F. Venger, V. P. Kladko, L. Yu. Khomenkova // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2021. - Vol. 24, No. 4. - P. 390-398.