<div>
	Оптические свойства границы раздела тонких пленок оксидов индия и олова с лазерно-осажденными одностенными углеродными нанотрубками</div>

Тойкка Андрей Сергеевич , Каманина Наталия Владимировна

doi:10.17586/2226-1494-2024-24-3-339-347

2024 , ТОМ 24, НОМЕР 3 ( май-июнь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-339-347

УДК 535.016

Оптические свойства границы раздела тонких пленок оксидов индия и олова с лазерно-осажденными одностенными углеродными нанотрубками

Тойкка А.С., Каманина Н.В.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Тойкка А.С., Каманина Н.В. Оптические свойства границы раздела тонких пленок оксидов индия и олова с лазерно-осажденными одностенными углеродными нанотрубками // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 3. С. 339–347. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-3-339-347

Аннотация

Введение. Представлены результаты исследования оптических свойств тонких пленок на основе оксидов индия и олова (Indium Tin Oxide, ITO) с одностенными углеродными нанотрубками. Метод. Тонкие пленки ITO напылялись на подложки стекла К8 методом лазерно-ориентированного осаждения. Этим же методом на поверхность ITO наносились одностенные углеродные нанотрубки. Для варьирования параметров границы раздела применялась перестройка средней напряженности электрического поля в процессе осаждения в диапазоне 100–600 В/см. Идентификация структур производилась методом эллипсометрии в спектральном диапазоне 200–800 нм. Для интерпретации результатов эллипсометрии тонких пленок ITO на стеклянных подложках К8 применялись совместно модели Коши (для подложек) и Лоренца (для ITO). Анализ границы раздела ITO c углеродными нанотрубками проводился методом аппроксимации сплошной среды и с использованием модели Лоренца с несколькими осцилляторами. Основные результаты. Показано, что при лазерно-ориентированном осаждении углеродных нанотрубок на поверхность тонких пленок ITO, согласно методу аппроксимации сплошной среды, толщина границы раздела ITO–углеродные нанотрубки варьируется в диапазоне 23–36 нм при содержании углеродных нанотрубок в диапазоне 30–64 % на границе раздела. Рост данных параметров коррелирует с увеличением средней напряженности электрического поля в процессе осаждения углеродных нанотрубок. В соответствии с моделью Лоренца наблюдается длинноволновый сдвиг пиков коэффициентов экстинкции и снижение показателя преломления границы раздела в видимой области. Данный эффект можно объяснить имплантацией углеродных нанотрубок в ITO. При увеличении напряженности электрического поля повышается вклад лазерно-осажденных углеродных нанотрубок в границу раздела ITO–углеродные нанотрубки, который сопровождается уменьшением показателя преломления в видимой области и длинноволновым сдвигом пиков коэффициентов экстинкции. Обсуждение. Полученные результаты свидетельствуют о формировании композитной структуры на основе ITO с углеродными нанотрубками, оптическими свойствами которой можно управлять путем изменения средней напряженности электрического поля в процессе лазерно-ориентированного осаждения. Указанные структуры могут быть использованы при проектировании элементов оптической электроники в случаях необходимости оптического согласования с соседними функциональными слоями.

Ключевые слова: ITO, оксиды индия и олова, одностенные углеродные нанотрубки, граница раздела, лазерный ориентированный метод осаждения, эллипсометрия, оптические свойства

Благодарности. Исследование частично поддержано грантом Российского научного фонда № 24-23-00021.

Список литературы

Dong W.J., Yu H.K., Lee J.L. Abnormal dewetting of Ag layer on three-dimensional ITO branches to form spatial plasmonic nanoparticles for organic solar cells // Scientific Reports. 2020. V. 10. N 1. P. 12819. https://doi.org/10.1038/s41598-020-69320-4
Amin R., Maiti R., Gui Y., Suer C., Miscuglio M., Heidari E., Khurgin J.B., Chen R.T., Dalir H., Sorger V.J. Heterogeneously integrated ITO plasmonic Mach–Zehnder interferometric modulator on SOI // Scientific Reports. 2021. V. 11. N 1. P. 1287. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80381-3
Liu C., Wang J., Wang F., Su W., Yang L., Lv J., Fu G., Li X., Liu Q., Sun T., Chu P.K. Surface plasmon resonance (SPR) infrared sensor based on D-shape photonic crystal fibers with ITO coatings // Optics Communications. 2020. V. 464. P. 125496. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.125496
Hong C.H., Shin J.H., Ju B.K., Kim K.-H., Park N.-M., Kim B.-S., Cheong W.-S. Index-matched indium tin oxide electrodes for capacitive touch screen panel applications // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2013. V. 13. N 11. P. 7756–7759. https://doi.org/10.1166/jnn.2013.7814
Ahmed M., Bakry A., Qasem A., Dalir H. The main role of thermal annealing in controlling the structural and optical properties of ITO thin film layer // Optical Materials. 2021. V. 113. P. 110866. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.110866
Losego M.D., Efremenko A.Y., Rhodes C.L., Cerruti M.G., Franzen S., Maria J.P. Conductive oxide thin films: Model systems for understanding and controlling surface plasmon resonance // Journal of Applied Physics. 2009. V. 106. N 2. P. 024903. https://doi.org/10.1063/1.3174440
El Nahrawy A.M., Abou Hammad A.B., Youssef A.M., Mansour A.M., Othman A.M. Thermal, dielectric and antimicrobial properties of polystyrene-assisted/ITO:Cu nanocomposites // Applied Physics A. 2019. V. 125. N 1. P. 46. https://doi.org/10.1007/s00339-018-2351-5
Mei F., Huang J., Yuan T., Li R. Effect of cerium doping on the microstructure and photoelectric properties of Ce-doped ITO films // Applied Surface Science. 2020. V. 509. P. 144810. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144810
Taha H., Jiang Z.T., Yin C.Y., Henry D.J., Zhao X., Trotter G., Amri A. Novel approach for fabricating transparent and conducting SWCNTs/ITO thin films for optoelectronic applications // Journal of Physical Chemistry C. 2018. V. 122. N 5. P. 3014–3027. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b10977
Toikka A., Ilin M., Kamanina N. Perspective coatings based on structured conducting ITO thin films for general optoelectronic applications // Coatings. 2024. V. 14. N 2. P. 178. https://doi.org/10.3390/coatings14020178
Каманина Н.В., Васильев П.Я., Студенов В.И. Оптическое покрытие на основе ориентированных в электрическом поле углеродных нанотрубок для оптического приборостроения, микро- и наноэлектроники при нивелировании границы раздела сред: твердая подложка-покрытие. Патент RU 2405177. Бюл. 2010. № 33.
Complete EASE: Data Analysis Manual (version 4.63). J.A. Wollam Co. 2011, 410 p.
Jung Y.S. Spectroscopic ellipsometry studies on the optical constants of indium tin oxide films deposited under various sputtering conditions // Thin Solid Films. 2004. V. 467. N 1-2. P. 36–42. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.02.047
Emam-Ismail M., El-Hagary M., El-Sherif H.M., El-Nahass M.M. Spectroscopic ellipsometry and morphological studies of nanocrystalline NiO and NiO/ITO thin films deposited by e-beams technique // Optical Materials. 2021. V. 112. P. 110763. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110763
Ermolaev G.A., Tsapenko A.P., Volkov V.S., Volkov V.S., Anisimov A.S., Gladush Y.G., Nasibulin A.G. Express determination of thickness and dielectric function of single-walled carbon nanotube films // Applied Physics Letters. 2020. V. 116. N 23. P. 231103. https://doi.org/10.1063/5.0012933
Kamanina N.V., Zubtcova Yu.A., Kukharchik A.A., Lazar C., Rau I. Control of the IR-spectral shift via modification of the surface relief between the liquid crystal matrixes doped with the lanthanide nanoparticles and the solid substrate // Optics Express. 2016. V. 24. N 2. P. A270–A275. https://doi.org/10.1364/oe.24.00a270
Sheka E.F., Chernozatonskii L.A. Graphene-carbon nanotube composites // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2010. V. 7. N 9. P. 1814–1824. https://doi.org/10.1166/jctn.2010.1546

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License