Publication detail

Surface modification by high-energy heavy-ion irradiation in various crystalline ZnO facets

Year: 2021

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Physical Chemistry Chemical Physics

Publisher name: Royal Society of Chemistry

Place: Cambridge

Page from-to: 22673-22684

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Povrchová modifikace různých krystalických facet ZnO vysokoenergetickým ozářením těžkými ionty	Samostatně sestavené povrchové nanostruktury na různých ZnO fasetách jsou vynikající šablony pro depozici polovodičových kvantových teček a manipulaci s povrchovou optickou transparentností. V této práci jsme upravili povrch c-, m- a a-rovinných monokrystalů ZnO vysokoenergetickým W-iontovým ozářením s energií 27 MeV, abychom sledovali aspekty povrchové morfologie na optických vlastnostech. Udržovali jsme fluence iontů v rozsahu od 5 x 10(9) cm(-2) do 5 x 10(11) cm(-2) pomocí režimu jednoiontové implantace a režimu překrývajícího se nárazu, abychom viděli účinek různých režimy povrchových úprav. Rutherfordova spektroskopie zpětného rozptylu v kanálovém módu (RBS-C) a Ramanova spektroskopie identifikovaly mírně rostoucí poruchu podmřížky Zn v ozařovaných vzorcích s výraznějším zesílením pro nejvyšší fluence ozáření. Současně silné potlačení hlavních Ramanových módů a šíření módů odpovídajících polárním Zn-O vibracím svědčí o nepořádku především v O-podmřížce u nepolárních faset. Morfologie povrchu, analyzovaná mikroskopií atomárních sil (AFM), vykazuje významné změny po ozáření ionty. C- a a-rovina ZnO vykazuje tvorbu malých zrn na povrchu. M-rovina ZnO tvoří houbovitý povrch pro nižší fluence a zrna pro nejvyšší fluence. Samotná drsnost povrchu se zvyšuje s fluencem ozáření, jak ukazuje měření AFM a také analýza spektroskopické elipsometrie (SE). Poškození způsobené vysokoenergetickým ozářením vede k neradiačním procesům a potlačení píku na okraji pásma i píku hloubkové emise ve fotoluminiscenčním spektru. Dále, index lomu n a extinkční koeficient k ozářených vzorků, stanovené pomocí SE, mají znaky odpovídající konkrétním excitonovým stavům rozmazané a jsou mírně nižší v oblasti optické mezery, zejména pro fasetu ZnO v polární rovině c.	RBS; povrchová modifikace; ZnO; iradiace svazkem iontů
eng	Surface modification by high-energy heavy-ion irradiation in various crystalline ZnO facets	Self-assembled surface nanoscale structures on various ZnO facets are excellent templates for the deposition of semiconductor quantum dots and manipulation with surface optical transparency. In this work, we have modified the surface of c-, m- and a-plane ZnO single-crystals by high-energy W-ion irradiation with an energy of 27 MeV to observe the aspects of surface morphology on the optical properties. We kept ion fluences in the range from 5 x 10(9) cm(-2) to 5 x 10(11) cm(-2) using the mode of single-ion implantation and the overlapping impact mode to see the effect of various regimes on surface modification. Rutherford backscattering spectroscopy in the channeling mode (RBS-C) and Raman spectroscopy have identified a slightly growing Zn-sublattice disorder in the irradiated samples with a more significant enhancement for the highest irradiation fluence. Simultaneously, the strong suppression of the main Raman modes and the propagation of the modes corresponding to polar Zn-O vibrations indicate disorder mainly in the O-sublattice in non-polar facets. The surface morphology, analysed by atomic force microscopy (AFM), shows significant changes after ion irradiation. The c- and a-plane ZnO exhibit the formation of small grains on the surface. The m-plane ZnO forms a sponge-like surface for lower fluences and grains for the highest fluence. The surface roughness itself increases with the irradiation fluence as shown by AFM measurement as well as spectroscopic ellipsometry (SE) analysis. The damage caused by high-energy irradiation leads to non-radiative processes and suppression of the near-band-edge peak as well as the deep-level emission peak in the photoluminescence spectra. Furthermore, the refraction index n and the extinction coefficient k of irradiated samples, determined by SE, have features corresponding to the particular exciton states blurred and are slightly lower in the optical bandgap region especially for the polar c-plane ZnO facet.	rutherford backscattering; track formation; constants

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links