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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 6/2021

18.02.2021

The main role of bismuth in controlling linear and nonlinear optical, electronic and electrical parameters of Se–Ge–Bi thin films

verfasst von: Abdullah F. A. L. Naim, Ashraf H. Farha, Ammar Qasem, E. R. Shaaban

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 6/2021

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Abstract

A widespread analysis of the structural, optical, electronic and electrical properties of Se80Ge20-xBix with (x = 0, 5, 10, 15 and 20 at.%) glasses were carried out. The bulk materials of the studied films have been prepared utilizing the usual melt quench procedure. Thus, the thin film has been deposited under a vacuum of 10–5 Torr on cleaned glass substrates by thermal evaporation. The supreme purpose of this research is to highlight the role of adding bismuth to the films studied as a regulator and controller for the linear and nonlinear parameters. The thickness of the studied thin films has been mathematically determined by the methods of Swanepoel. Using logarithmic functions, it has been proven that the electron transport mechanism between the valence and conduction bands is an allowed indirect transition. Linear optical parameters, dielectric constants and also dispersion parameters have been calculated. The energy-loss functions (VELF and SELF) were discussed. The effect of Bi concentration in the studied thin films on the linear and nonlinear optical properties is determined based on the optical measurements (transmittance and reflectance spectra). The optical bandgap decreases with increasing Bi concentration; while the tail energy portrays an opposite behavior. Linear optical and electrical parameters are found significantly affected by the change of Bi concentration. In contrast, the nonlinear optical parameters have been computed utilizing (H. Ticha and L. Tichy) and Boling formula. Energies of Plasmon, Penn and Fermi and the electronic polarizability have been determined. Furthermore, the DC electrical conductivity has been studied as a function of both temperature in the thermal range from 300 to 500 K and also Bi concentration. In the extended and hopping regions, the activation energy and pre-exponential factor were extracted from the slopes and intercepts of straight lines. It has been found that increasing Bi content is controlled the electrical parameters and reduces the activation energies in the regions of the extended and the hopping states.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat T. Rajagopalan, G.B. Reddy, J. Mater. Sci.: Mater. 9, 133–137 (1998) T. Rajagopalan, G.B. Reddy, J. Mater. Sci.: Mater. 9, 133–137 (1998)
2.
Zurück zum Zitat A.M. Andriech, V.V. Ponimar, V.L. Smirnov, A.V. Mironos, Sov. J. Quantum Electron. 16, 721 (1986)CrossRef A.M. Andriech, V.V. Ponimar, V.L. Smirnov, A.V. Mironos, Sov. J. Quantum Electron. 16, 721 (1986)CrossRef
3.
5.
Zurück zum Zitat W.A. King, A.G. Clare, W.C. Lacourse, SJ. Non-Cryst. Solids. 181, 231 (1995)CrossRef W.A. King, A.G. Clare, W.C. Lacourse, SJ. Non-Cryst. Solids. 181, 231 (1995)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat A.M. Flank, D. Bazin, H. Dexpert, P. Lagarde, C. Hervo, J.Y. Barraud, J. Non-Cryst. Solids. 91, 306–314 (1987)CrossRef A.M. Flank, D. Bazin, H. Dexpert, P. Lagarde, C. Hervo, J.Y. Barraud, J. Non-Cryst. Solids. 91, 306–314 (1987)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat S.A. Fayek, M.M. Ibrahim, Arab J. Nucl. Sci. Appl. 46, 142 (2013) S.A. Fayek, M.M. Ibrahim, Arab J. Nucl. Sci. Appl. 46, 142 (2013)
9.
Zurück zum Zitat M. Mitkova, M.N. Kozicki, H.C. Kim, T.L. Alford, J. Non-Cryst, Solids. 552, 338–340 (2004) M. Mitkova, M.N. Kozicki, H.C. Kim, T.L. Alford, J. Non-Cryst, Solids. 552, 338–340 (2004)
10.
Zurück zum Zitat L. Koudelka, L. Tichy, M. Pisarcik, J. Mater. Sci. Lett. 11, 1060–1062 (1992)CrossRef L. Koudelka, L. Tichy, M. Pisarcik, J. Mater. Sci. Lett. 11, 1060–1062 (1992)CrossRef
11.
14.
Zurück zum Zitat A.I. Gubanov, Sov. Phys. Solid State. 3, 1694–1697 (1962) A.I. Gubanov, Sov. Phys. Solid State. 3, 1694–1697 (1962)
16.
Zurück zum Zitat N. Tohge, H. Matsuo, T. Minami, J. Non-Cryst. Solids. 95, 809–816 (1987)CrossRef N. Tohge, H. Matsuo, T. Minami, J. Non-Cryst. Solids. 95, 809–816 (1987)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat N. Tohge, K. Kanda, T. Minami, J. Ceram. Soc. Jpn. 94, 226 (1986) N. Tohge, K. Kanda, T. Minami, J. Ceram. Soc. Jpn. 94, 226 (1986)
18.
19.
Zurück zum Zitat P. Nagels, L. Tichy, A. Triska, H. Ticha, J. Non-Cryst. Solids. 59–60, 1015 (1983)CrossRef P. Nagels, L. Tichy, A. Triska, H. Ticha, J. Non-Cryst. Solids. 59–60, 1015 (1983)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat J. Sotiropoulos, W. Fuhs, J. Non-Cryst, Solids. 114, 97–99 (1989) J. Sotiropoulos, W. Fuhs, J. Non-Cryst, Solids. 114, 97–99 (1989)
22.
Zurück zum Zitat D.C. Jiles, CRC Press, New York (2001) D.C. Jiles, CRC Press, New York (2001)
23.
Zurück zum Zitat J. Tauc, ed., Springer, Berlin (2012) J. Tauc, ed., Springer, Berlin (2012)
24.
Zurück zum Zitat J. Johnson, T. Ralph, R.K. Quinn, J. Appl. Phys. 43, 3875–3877 (1972)CrossRef J. Johnson, T. Ralph, R.K. Quinn, J. Appl. Phys. 43, 3875–3877 (1972)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat E. Mytilineou, B.S. Chao, D. Papadimitriou, J. Non-Cryst, Solids. 195, 279–285 (1996) E. Mytilineou, B.S. Chao, D. Papadimitriou, J. Non-Cryst, Solids. 195, 279–285 (1996)
26.
Zurück zum Zitat M.M. Hafiz, A.A. Othman, M.M. El-Nahass, A.T. Al-Motasem, Radiat. Eff. Defects Solids. 162, 669–676 (2007)CrossRef M.M. Hafiz, A.A. Othman, M.M. El-Nahass, A.T. Al-Motasem, Radiat. Eff. Defects Solids. 162, 669–676 (2007)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat A. Aparimita, C. Sripan, R. Ganesan, S. Jena, R. Naik, Phase Transit. 91, 872–886 (2018)CrossRef A. Aparimita, C. Sripan, R. Ganesan, S. Jena, R. Naik, Phase Transit. 91, 872–886 (2018)CrossRef
28.
29.
32.
Zurück zum Zitat J. Pankove, I, Optical Processes in Semiconductors (Dover Publications, New York, 1975). J. Pankove, I, Optical Processes in Semiconductors (Dover Publications, New York, 1975).
33.
Zurück zum Zitat E.R. Shaaban, N. Afify, A. El-Taher, J. Alloys Compd. 482, 400–404 (2009)CrossRef E.R. Shaaban, N. Afify, A. El-Taher, J. Alloys Compd. 482, 400–404 (2009)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat J.E. Enderby and A. C. Barnes 159, 156 (1974) J.E. Enderby and A. C. Barnes 159, 156 (1974)
35.
Zurück zum Zitat J. Tauc, R. Grigorovici, A. Vancc, Phys. Status Solidi B. 15, 627–637 (1966)CrossRef J. Tauc, R. Grigorovici, A. Vancc, Phys. Status Solidi B. 15, 627–637 (1966)CrossRef
36.
38.
Zurück zum Zitat I.S. Yahia, G.F. Salem, J. Iqbal, F. Yakuphanoglu, Phys. B 511, 54–60 (2017)CrossRef I.S. Yahia, G.F. Salem, J. Iqbal, F. Yakuphanoglu, Phys. B 511, 54–60 (2017)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat J.M. Gonzalez-Leal, R. Prieto-Alcon, J.A. Angel, E. Marquez, J. Non-Cryst. Solids. 315, 134–143 (2003)CrossRef J.M. Gonzalez-Leal, R. Prieto-Alcon, J.A. Angel, E. Marquez, J. Non-Cryst. Solids. 315, 134–143 (2003)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat J.B. Ramirez-Malo, E. Marquez, C. Corrales, P. Villares, R. Jimenez-Garay, Mater Sci Eng B 25, 53–59 (1994)CrossRef J.B. Ramirez-Malo, E. Marquez, C. Corrales, P. Villares, R. Jimenez-Garay, Mater Sci Eng B 25, 53–59 (1994)CrossRef
41.
42.
44.
Zurück zum Zitat M.M. Malik, M. Zulfequar, A. Kumar, M. Husain, J. Condens. Matter Phys. 4, 8331 (1992)CrossRef M.M. Malik, M. Zulfequar, A. Kumar, M. Husain, J. Condens. Matter Phys. 4, 8331 (1992)CrossRef
45.
Zurück zum Zitat E.R. Shaaban, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, A. Qasem, A.M.A. Gomaa, Optik. 186, 275–287 (2019)CrossRef E.R. Shaaban, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, A. Qasem, A.M.A. Gomaa, Optik. 186, 275–287 (2019)CrossRef
46.
Zurück zum Zitat A. Qasem, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, M.A. Hammam, H.Y. Zahran, I.S. Yahia, E.R. Shaaban, Opt. Mater. 109, 110257 (2020)CrossRef A. Qasem, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, M.A. Hammam, H.Y. Zahran, I.S. Yahia, E.R. Shaaban, Opt. Mater. 109, 110257 (2020)CrossRef
48.
Zurück zum Zitat N.F. Mott, E.A. Davis, R.A. Street, Philos. Mag. 32, 961–996 (1975)CrossRef N.F. Mott, E.A. Davis, R.A. Street, Philos. Mag. 32, 961–996 (1975)CrossRef
50.
Zurück zum Zitat E.R. Shaaban, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, A. Qasem, G.A.M. Ali, and E.S. Yousef, Acta Phys. Pol. A. 136, (2019) E.R. Shaaban, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, A. Qasem, G.A.M. Ali, and E.S. Yousef, Acta Phys. Pol. A. 136, (2019)
52.
Zurück zum Zitat M.M. El-Nahass, A.M. Farag, K.F. Abd El-Rahman, A.A.A. Darwish, Opt Laser Technol. 37, 513–523 (2005)CrossRef M.M. El-Nahass, A.M. Farag, K.F. Abd El-Rahman, A.A.A. Darwish, Opt Laser Technol. 37, 513–523 (2005)CrossRef
53.
Zurück zum Zitat M.M. El-Nahass, H.S. Soliman, A.A. Hendi, Aust. J. Basic Appl. Sci. 5, 145–156 (2011) M.M. El-Nahass, H.S. Soliman, A.A. Hendi, Aust. J. Basic Appl. Sci. 5, 145–156 (2011)
54.
Zurück zum Zitat H. Ticha, L. Tichy, J. Optoelectron. Adv. Mater. 4, 381–386 (2002) H. Ticha, L. Tichy, J. Optoelectron. Adv. Mater. 4, 381–386 (2002)
55.
Zurück zum Zitat M. Alzaid, A. Qasem, E.R. Shaaban, N.M.A. Hadia, Opt. Mater. 110, 110539 (2020)CrossRef M. Alzaid, A. Qasem, E.R. Shaaban, N.M.A. Hadia, Opt. Mater. 110, 110539 (2020)CrossRef
56.
Zurück zum Zitat N.L. Boling, A. Glass, A. Owyoung, IEEE J. Quantum Electron. 14, 601–608 (1987)CrossRef N.L. Boling, A. Glass, A. Owyoung, IEEE J. Quantum Electron. 14, 601–608 (1987)CrossRef
57.
58.
Zurück zum Zitat J. Phillips, C (Academic Press, New York, 1973). J. Phillips, C (Academic Press, New York, 1973).
59.
Zurück zum Zitat V.P. Gupta, V.K. Srivastava, P.N.L. Gupta, J. Phys. Chem. Solids. 42, 1079–1085 (1981)CrossRef V.P. Gupta, V.K. Srivastava, P.N.L. Gupta, J. Phys. Chem. Solids. 42, 1079–1085 (1981)CrossRef
60.
Zurück zum Zitat R.R. Reddy, Y. Nazeer Ahammed, K. Rama Gopal, P. Abdul Azeem, T.V.R. Rao, P. Mallikarjuna Reddy, Opt. Mater. 14, 355–358 (2000)CrossRef R.R. Reddy, Y. Nazeer Ahammed, K. Rama Gopal, P. Abdul Azeem, T.V.R. Rao, P. Mallikarjuna Reddy, Opt. Mater. 14, 355–358 (2000)CrossRef
62.
Zurück zum Zitat R.L. Sutherland, D.G. Mclean, S. Kikparik, Handbook on Non-Linear Optics, 2nd edn. (Marcel Dekkar inc, New York, 2003).CrossRef R.L. Sutherland, D.G. Mclean, S. Kikparik, Handbook on Non-Linear Optics, 2nd edn. (Marcel Dekkar inc, New York, 2003).CrossRef
63.
Zurück zum Zitat E.R. Shaaban, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, Appl. Phys. A. 126, 34 (2020)CrossRef E.R. Shaaban, M.Y. Hassaan, M.G. Moustafa, Appl. Phys. A. 126, 34 (2020)CrossRef
64.
Zurück zum Zitat W.K. Njoroge, H.-W. Wöltgens, M. Wuttig, J. Vac. Sci. Technol. 20, 230–233 (2002)CrossRef W.K. Njoroge, H.-W. Wöltgens, M. Wuttig, J. Vac. Sci. Technol. 20, 230–233 (2002)CrossRef
65.
66.
Zurück zum Zitat M.I. Abd-Elrahman, M.M. Hafiz, A. Qasem, M.A. Abdel-Rahim, Appl. Phys. A. 122, 772 (2016)CrossRef M.I. Abd-Elrahman, M.M. Hafiz, A. Qasem, M.A. Abdel-Rahim, Appl. Phys. A. 122, 772 (2016)CrossRef
67.
69.
Zurück zum Zitat P. Paufler, and S R. Elliott, 1238 (1984) P. Paufler, and S R. Elliott, 1238 (1984)
70.
Zurück zum Zitat M. Sudha, and A. Giridhar, J. Mater. Sci. 29, 3837–3842 (1994) M. Sudha, and A. Giridhar, J. Mater. Sci. 29, 3837–3842 (1994)
71.
Zurück zum Zitat M. M. Ahmed, C. A. Hogarth, and M. N. Khan, J. Mater. Sci. 19, 4040–4044 (1984)CrossRef M. M. Ahmed, C. A. Hogarth, and M. N. Khan, J. Mater. Sci. 19, 4040–4044 (1984)CrossRef
72.
Zurück zum Zitat M.A. Majeed Khan, M. Zulfequar, M. Husain, Phys. B 322, 1–11 (2002)CrossRef M.A. Majeed Khan, M. Zulfequar, M. Husain, Phys. B 322, 1–11 (2002)CrossRef
Metadaten
Titel
The main role of bismuth in controlling linear and nonlinear optical, electronic and electrical parameters of Se–Ge–Bi thin films
verfasst von
Abdullah F. A. L. Naim
Ashraf H. Farha
Ammar Qasem
E. R. Shaaban
Publikationsdatum
18.02.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 6/2021
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-021-05392-w

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