NAXÇIVAN DÖVLƏT UNİVERSİTETİNİN ELMİ ƏSƏRLƏRİ

NADİR TORPAQ METALLARI (Dy, Eu, Ce) İONLARI İLƏ LEGİRLƏNMİŞ SİNK TELLURİDİNİN LÜMİNESSENSİYASI

LUMINESCENCE OF ZINC TELLURIDE DOPED WITH RARE-EARTH METAL IONS (Dy, Eu, Ce)

Səadət MƏMMƏDOVA (ORCID: https://orcid.org/0009-0009-2319-7831), Kazım ƏLİYEV (ORCID: https://orcid.org/0009-0008-3521-3352), Aytən SULTANOVA (ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0472-3647), Güntəkin ŞÜKÜROVA (ORCID: https://orcid.org/0009-0005-5916-7467), Sevda İSMAYİLOVA (ORCID: https://orcid.org/0009-0004-2481-7485), Əhməd ƏHMƏDOV (ORCID: https://orcid.org/0009-0008-2548-3885)

İl: 2026 Səhifə: 236-240 Cild: 2026-cı il №2 Cild (135)
PDF Yüklə

Xülasə

Bu işdə Dy³⁺, Eu³⁺ və Ce³⁺ nadir torpaq metalları ionları ilə legirlənmiş sink telluridinin (ZnTe) nazik təbəqələrinin lüminessent xassələri tədqiq edilmişdir. Təbəqələr monokristallik silisium altlıqlar üzərində vakuum maqnetron püskürtmə üsulu ilə, legirləyici qatqıların konsentrasiyası 5 at.%-ə qədər olmaqla alınmışdır. Tədqiqatın əsas məqsədi nadir torpaq ionlarının ZnTe təbəqələrinin struktur və optik-lüminessent xüsusiyyətlərinə təsirinin müəyyən edilməsi olmuşdur. Nümunələrin kristal quruluşu və faza tərkibi rentgenfaz analiz üsulu ilə, səthin morfologiyası və element tərkibi isə enerji dispersiyalı analizlə birlikdə rastrov elektron mikroskopiyası vasitəsilə öyrənilmişdir. Lüminessensiya spektrləri 77 K temperaturda, 338 nm dalğa uzunluqlu azot lazeri ilə həyəcanlandırılaraq 400–870 nm spektral diapazonda qeydə alınmışdır. Müəyyən edilmişdir ki, alınmış təbəqələr polikristallik quruluşa malikdir və sfalerit və vürsit modifikasiyalarında ZnTe fazalarını ehtiva edir. Lüminessensiya spektrlərində Eu³⁺ və Dy³⁺ ionlarının xarakterik zolaqdaxili f–f keçidləri üstünlük təşkil edir. Lüminessensiyanın maksimal intensivliyi yalnız europium ilə legirlənmiş təbəqələrdə müşahidə olunur ki, bu da Eu³⁺ ionlarının elektron konfiqurasiyasının xüsusiyyətləri ilə əlaqədardır. Bir neçə nadir torpaq elementi ilə birgə legirləmə zamanı şüalanma intensivliyinin azalması, konsentrasiya sönməsi effekti ilə bağlıdır. Alınmış nəticələr nadir torpaq metalları ilə legirlənmiş ZnTe təbəqələrinin günəş elementləri üçün lüminessent işıqkeçirici örtüklər kimi tətbiq perspektivliyini göstərir.

Abstract (EN)

In this work, the luminescent properties of zinc telluride (ZnTe) thin films doped with rare-earth metal ions (Dy³⁺, Eu³⁺, and Ce³⁺) were investigated. The films were fabricated by vacuum magnetron sputtering on monocrystalline silicon substrates with dopant concentrations up to 5 at.%. The main objective of the study was to determine the influence of rare-earth dopants on the structural and optical-luminescent characteristics of ZnTe thin films. The crystalline structure and phase composition were analyzed using X-ray diffraction (XRD), while surface morphology and elemental composition were examined by scanning electron microscopy (SEM) combined with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Luminescence spectra were recorded in the wavelength range of 400–870 nm at a temperature of 77 K under excitation by a nitrogen laser with a wavelength of 338 nm. The results showed that the deposited films possess a polycrystalline structure and contain ZnTe phases in sphalerite and wurtzite modifications. The luminescence spectra are dominated by characteristic intra-4f transitions of Eu³⁺ and Dy³⁺ ions. The highest luminescence intensity was observed in films doped solely with europium, which is attributed to the favorable electronic configuration of Eu³⁺ ions. In contrast, co-doping with multiple rare-earth ions leads to a decrease in luminescence intensity due to concentration quenching effects. The obtained results demonstrate the potential of rare-earth-doped ZnTe thin films for application as luminescent antireflection coatings in photovoltaic devices.

Резюме (RU)

В данной работе исследованы люминесцентные свойства тонких плёнок теллурида цинка (ZnTe), легированных ионами редкоземельных металлов Dy³⁺, Eu³⁺ и Ce³⁺. Плёнки были получены методом вакуумного магнетронного распыления на подложках из монокристаллического кремния при концентрациях легирующих примесей до 5 ат.%. Основной целью исследования являлось определение влияния редкоземельных ионов на структурные и оптико-люминесцентные характеристики плёнок ZnTe. Кристаллическая структура и фазовый состав образцов исследовались методом рентгенофазового анализа, а морфология поверхности и элементный состав — с использованием растровой электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионным анализом. Спектры люминесценции регистрировались в спектральном диапазоне 400–870 нм при температуре 77 К при возбуждении азотным лазером с длиной волны 338 нм. Установлено, что полученные плёнки обладают поликристаллической структурой и содержат фазы ZnTe в модификациях сфалерита и вюрцита. В спектрах люминесценции преобладают характерные внутриполосные f–f переходы ионов Eu³⁺ и Dy³⁺. Максимальная интенсивность люминесценции наблюдается в плёнках, легированных исключительно европием, что обусловлено особенностями электронной конфигурации ионов Eu³⁺. При совместном легировании несколькими редкоземельными элементами отмечается снижение интенсивности излучения, связанное с эффектом концентрационного тушения люминесценции. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения плёнок ZnTe, легированных редкоземельными металлами, в качестве люминесцентных просветляющих покрытий для солнечных элементов.

Açar sözlər: Sink telluridi, nadir torpaq metalları, lüminessensiya, europium, disprosium, serium, nazik təbəqələr

İstinadlar

  1. Bünzli J.-C.G., Eliseeva S.V. (2013). Lanthanide luminescence for functional materials and bio-sciences. Chemical Science, 4,1939–1949.
  2. Green M.A. (2006). Luminescent layers for enhanced silicon solar cell performance. Solar Energy Materials & Solar Cells, 90, 1189–1207.
  3. Li, X., et al. (2021). Optical properties and luminescence of rare-earth-doped II–VI semiconductors. Journal of Alloys and Compounds, 853, 157274.
  4. Mammadova S. O., Aliyev K. A.,Shukurova G. M., Jafarova E. K. (2025, April). Synthesis of the semiconductor compound ZnNd₂MnS₅. Scientific Achievements of Contemporary Society: Proceedings of the IX International Scientific and Practical Conference, London, United Kingdom.
  5. Mammadova S.O., Aliyev K.A., Sultanova A. N., Jafarova Y.K., Sultanova S. Q. (2026) Study of phase equilibrium in the ZnTe–Cd2Te3 system. Universum: Химия и Биология. 3(141), 46-49
  6. Mammadova S.O., Aliyev K.A., Sultanova A. N., Shukurova G. M., Ismailova S.B. (2026). Phase Equilibria and Thermodynamic Features of the ZnTe–Gd₂Te₃ System. International Scientific and Practical Journal Endless Light in Science, 2, 39–43.
  7. Zhang Y., Li J., Wang X. (2018) Photoluminescence properties of rare-earth-doped ZnTe thin films. Optical Materials, 79, 97–103.