Influence of vacuum annealing on the composition of electrochemically deposited zinc selenide layers

Abstract

The paper is devoted to the analysis of electrodeposited zinc selenide films compositions and to the research of their homogenization and purification probabilities by vacuum annealing. In order to investigate the surface morphology and the composition of electrodeposited films electron-probe microanalysis and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) methods were used. It was revealed that as-electrodeposited films were enriched with selenium and consisted of ZnSe and Zn(OH)₂, covered with Se, SeO₂ and OSe(OH)₂ layers. The film compositions before annealing were not homogenous. There were friable conglomerates, consisting mostly of Zn(OH)₂, on their surfaces. Vacuum annealing at 100-350°C provided for Zn(OH)₂ transformation into ZnO, for water removing from the films and partially for the desorption of oxygen and selenium. The second part of surplus selenium in the chemical state of Se, SeO₂ and OSe(OH)₂ during the vacuum annealing at 350°C interacted with Zn(OH)₂ or ZnO and hydrogen occluded in the films due to supplementary cathode process of water reduction. As a result of such interaction, ZnSe was obtained. The friable conglomerates after the annealing were enriched by selenium that also led to the generation of ZnSe.

Работа посвящена анализу состава пленок и изучению возможности их гомогенизации и очистки от примесей посредством вакуумных отжигов. Для анализа морфологии поверхности и состава электроосажденных пленок использованы методы рентгеновского микроанализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Обнаружено, что свежеосажденные пленки были обогащены селеном и состояли из ZnSe и Zn(OH)₂, покрытых слоями Se, SeO₂ и OSe(OH)₂. На поверхности пленок до отжига имелись рыхлые скопления, состоящие преимущественно из Zn(OH)₂. Отжиги в вакууме при 100-350°С обеспечивали превращение Zn(OH)₂ в ZnO, удаление из пленок воды и частичную десорбцию кислорода и элементарного селена. Другая часть избыточного селена в форме Se, SeO₂ и OSe(OH)₂ в процессе отжига при 350°С взаимодействовала с Zn(OH)₂ и ZnO и окклюдированным в пленках водородом, образующимся в результате побочной катодной реакции восстановления воды, с образованием ZnSe. Рыхлые скопления в результате отжига обогащались селеном и также превращались в ZnSe.

Робота присвячена аналізу складу електроосаджених плівок селеніду цинку та вивченню можливості їх гомогенізації й очищення від домішок за допомогою вакуумних відпалів. Для аналізу морфології поверхні та складу електроосаджених плівок використано методи рентгенівського мікроаналізу та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Виявлено, що безпосередньо після електроосадження плівки були збагачені селеном і складалися з ZnSe і Zn(OH)₂, вкритих шарами Se, SeO₂ і OSe(OH)₂. Перед відпалами склад плівок не був однорідним. На їх поверхні існували розріджені скупчення, які переважно складалися з Zn(OH)₂. Відпалювання у вакуумі при 100-350 °С забезпечувало перетворення Zn(OH)₂ на ZnO, видалення з плівок води та часткову десорбцію кисню й елементарного селену. Інша частина надлишкового селену у вигляді Se, SeO₂ і OSe(OH)₂ у процесі відпалювання при 350 °С реагувала з Zn(OH)₂ і ZnO та оклюдованим у плівках воднем, отриманим під час супутньої катодної реакції віднов лення води з утворенням ZnSe. Розріджені скупчення у результаті відпалу збагачувалися селеном, що також спричиняло виникнення ZnSe.