zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1564Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕИВАЮЩИХ СРЕДSPECTROSCOPY OF SCATTERING MEDIAТемпературная зависимость спектров оптического отражения монокристаллов CuInSe2 со структурой халькопиритаTemperature Dependence of the Optical Reflection Spectra of CuInSe2 Single Crystals with a Chalcopyrite StructureБородавченкоО. М.BorodavchenkoO. M.

Минск

Minsk

borodavchenko@physics.byЖивулькоВ. Д.ZhivulkoV. D.

Минск

Minsk

МяликИ. Д.MyalikI. D.

Минск

Minsk

МудрыйА. В.MudryiA. V.

Минск

Minsk

ЯкушевМ. В.YakushevM. V.

Екатеринбург

Ekaterinburg

Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедениюScientific-Practical Material Research Centre of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут физики металлов им. М. Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет; Институт химии твердого тела УрО РАНM. N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of Russian Academy of Sciences; Ural Federal University; Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of Russian Academy of Sciences202427052024913409416Copyright © Бородавченко О.М., Живулько В.Д., Мялик И.Д., Мудрый А.В., Якушев М.В., 20242024Бородавченко О.М., Живулько В.Д., Мялик И.Д., Мудрый А.В., Якушев М.В.Borodavchenko O.M., Zhivulko V.D., Myalik I.D., Mudryi A.V., Yakushev M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1564

В спектрах оптического отражения монокристаллов прямозонного соединения CuInSe2 при температуре 8.6 К в областях энергии А ~ 1.0409 эВ, В ~ 1.0445 эВ и С ~ 1.2690 эВ обнаружены резонансы свободных экситонов. Установлено, что появление трех резонансов отражения А, В и С обусловлено снятием вырождения с энергетических уровней валентной зоны из-за наличия кристаллического поля и спин-орбитального взаимодействия в тетрагональной решетке CuInSe2 с ΔCF ~ 5.4 мэВ и ΔSO ~ 224 мэВ. По данным измерения температурной зависимости спектров отражения в диапазоне температур 8.6—90 К обнаружено увеличение энергетического положения резонансов свободных экситонов А и В, обусловленное деформацией элементарной ячейки (тетрагональным растяжением) соединения CuInSe2 со структурой халькопирита. По данным тушения интенсивности экситонных резонансов А ~ 1.0409 эВ и В ~ 1.0445 эВ при увеличении температуры определена энергия связи свободных экситонов — 10.7 и 152 мэВ.

The resonances of free excitons A ~ 1.0409 eV, B ~ 1.0445 eV and C ~ 1.2690 eV are detected in the reflection spectra of single crystals of the direct-gap compound CuInSe2 at temperature of 8.6 K. It has been established that the resolving of these resonances A, B and C can be explained by the removal of degeneracy from the energy levels of the valence band due to the influence of crystal field and spin-orbit interaction in the tetragonal lattice of CuInSe2 with ΔCF ~ 5.4 meV and ΔSO ~ 224 meV. Based on measurements of the temperature dependence of the reflection spectra in the range of 8.6–90 K an effect of increasing the energy position of the resonances of free excitons A and B caused by the deformation of the unit cell (tetragonal stretching) of the CuInSe2 lattice with a chalcopyrite structure has been discovered. Based on the temperature quenching of the exciton resonances A ~ 1.0409 eV and B ~ 1.0445 eV the binding energy of these excitons has been determined to be 10.7 and 15.2 meV, respectively.

CuInSe2монокристаллэкситоныоптическое отражениеCuInSe2single crystalexcitonsoptical reflectivityРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф22М-010) и Министерства науки и высшего образования РФ (“Спин” № АААА-А18-118020290104-2).ReferencesM. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidacis, K. Bothe, G. Siefer, X. Xao. Prog. Photovolt. Res. Appl., 31 (2023) 651—653M. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidacis, K. Bothe, G. Siefer, X. Xao. Prog. Photovolt. Res. Appl., 31 (2023) 651—653P. J. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wishmann, P. Powalla. Phys. Stat. Sol. PRL, 10, N 3 (2016) 583—586P. J. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wishmann, P. Powalla. Phys. Stat. Sol. PRL, 10, N 3 (2016) 583—586M. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, H. Sigumoto. IEEE J. Photovolt., 9, N 6 (2019) 1863—1867M. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, H. Sigumoto. IEEE J. Photovolt., 9, N 6 (2019) 1863—1867U. Banik, K. Sasaki, N. Reininghaus, K. Gehrke, M. Vehse, M. Sznajder, T. Sproewitz, C. Agert. Solar Energy Mater. Solar Cells, 209 (2020) 110456(1—8)U. Banik, K. Sasaki, N. Reininghaus, K. Gehrke, M. Vehse, M. Sznajder, T. Sproewitz, C. Agert. Solar Energy Mater. Solar Cells, 209 (2020) 110456(1—8)S. Hamtaei, G. Brammertz, J. Poortmans, B. Vermang. npj Flexible electron., 7, N 1 (2023) 36(1—12)S. Hamtaei, G. Brammertz, J. Poortmans, B. Vermang. npj Flexible electron., 7, N 1 (2023) 36(1—12)S. Siebentritt, T. P. Weiss. Sci. China-Phys. Mech. Astron., 66, N 1 (2023) 217301(1—15)S. Siebentritt, T. P. Weiss. Sci. China-Phys. Mech. Astron., 66, N 1 (2023) 217301(1—15)M. Yamaguchi. J. Appl. Phys., 78, N 3 (1995) 1476—1480M. Yamaguchi. J. Appl. Phys., 78, N 3 (1995) 1476—1480A. Jasenek, U. Rau. J. Appl. Phys., 90, N 2 (2001) 650—658A. Jasenek, U. Rau. J. Appl. Phys., 90, N 2 (2001) 650—658M. Yakushev, Y. Feofanov, J. Krustok, M. Grossberg, A. Mudryi. Bull. Russ. Academy Sci.: Physics, 70, N 6 (2006) 913—923M. Yakushev, Y. Feofanov, J. Krustok, M. Grossberg, A. Mudryi. Bull. Russ. Academy Sci.: Physics, 70, N 6 (2006) 913—923M. Imaizumi, T. Sumita, S. Kawakita, K. Aoyama, O. Anzawa, T. Aburaya, T. Hisamatsu, S. Matsuda. Prog. Photovolt. Res. Appl., 13 (2005) 93—102M. Imaizumi, T. Sumita, S. Kawakita, K. Aoyama, O. Anzawa, T. Aburaya, T. Hisamatsu, S. Matsuda. Prog. Photovolt. Res. Appl., 13 (2005) 93—102R. D. Tomlinson. Solar Cells, 16 (1986) 17—26R. D. Tomlinson. Solar Cells, 16 (1986) 17—26P. Deus, H. Neumann, G. Kuhn, B. Hinze. Phys. Status Solidi (a), 80 (1983) 205—209P. Deus, H. Neumann, G. Kuhn, B. Hinze. Phys. Status Solidi (a), 80 (1983) 205—209W. Paszkowicz, R. Minikayev, P. Piszora, D. Trots, M. Knapp, T. Wojciechowski, R. Bacewicz. Appl. Phys. A, 116, N 2 (2014) 767—780W. Paszkowicz, R. Minikayev, P. Piszora, D. Trots, M. Knapp, T. Wojciechowski, R. Bacewicz. Appl. Phys. A, 116, N 2 (2014) 767—780L. J. Shay, J. H. Wernick. Ternary Chalcopyrite Semiconductors – Growth, Electronic Properties, and Applications, Pergamon, Oxford (1975)L. J. Shay, J. H. Wernick. Ternary Chalcopyrite Semiconductors – Growth, Electronic Properties, and Applications, Pergamon, Oxford (1975)J. L. Shay, B. Tell. Surface Science, 37 (1973) 748—762 [16] J. J. Hopfield. J. Phys. Chem. Solids, 15 (1960) 97—107J. L. Shay, B. Tell. Surface Science, 37 (1973) 748—762 [16] J. J. Hopfield. J. Phys. Chem. Solids, 15 (1960) 97—107S. Chichibu, T. Mizutani, K. Murakami, T. Shioda, T. Kurafuji, H. Nakanishi, S. Niki, P. J. Fons, A. Yamada. J. Appl. Phys., 83, N 7 (1998) 3678—3689S. Chichibu, T. Mizutani, K. Murakami, T. Shioda, T. Kurafuji, H. Nakanishi, S. Niki, P. J. Fons, A. Yamada. J. Appl. Phys., 83, N 7 (1998) 3678—3689S. Shirakata, H. Miyaki. Phys. Status Solidi (a), 203, N 11 (2006) 2897—2903S. Shirakata, H. Miyaki. Phys. Status Solidi (a), 203, N 11 (2006) 2897—2903K. Chatrophorm, P. Yoode, P. Songpongs, K. Chityuttakan, K. Sayavong, S. Wongmanerod, P. Holtz. Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 37 (1998) L269—L271K. Chatrophorm, P. Yoode, P. Songpongs, K. Chityuttakan, K. Sayavong, S. Wongmanerod, P. Holtz. Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 37 (1998) L269—L271A. V. Mudryi, M. V. Yakushev, R. D. Tomlinson, A. E. Hill, R. D. Pilkingtom, I. V. Bodnar, I. A. Victorov, V. F. Gremenok. Semiconductors, 34, N 5 (2000) 550—554A. V. Mudryi, M. V. Yakushev, R. D. Tomlinson, A. E. Hill, R. D. Pilkingtom, I. V. Bodnar, I. A. Victorov, V. F. Gremenok. Semiconductors, 34, N 5 (2000) 550—554A. V. Mudryi, I. V. Bodnar, I. A. Viktorov, V. F. Gremenok, M. V. Yakushev, R. D. Tomlinson, A. E. Hill, R. D. Pilkington. Appl. Phys. Lett., 77 (2000) 2542—2544A. V. Mudryi, I. V. Bodnar, I. A. Viktorov, V. F. Gremenok, M. V. Yakushev, R. D. Tomlinson, A. E. Hill, R. D. Pilkington. Appl. Phys. Lett., 77 (2000) 2542—2544A. V. Mudryi, V. F. Gremenok, I. A. Victorov, V. B. Zalesski, F. V. Kurdesov, V. I. Kovalevskii, M. V. Yakushev, R. W. Martin. Thin Solid Films, 431-432 (2003) 193—196A. V. Mudryi, V. F. Gremenok, I. A. Victorov, V. B. Zalesski, F. V. Kurdesov, V. I. Kovalevskii, M. V. Yakushev, R. W. Martin. Thin Solid Films, 431-432 (2003) 193—196M. V. Yakushev, A. V. Rodina, R. P. Seisyan, Yu. E. Kitaev, S. A. Vaganov, M. A. Abdullaev, A. V. Mudryi, T. V. Kuznetsova, C. Faugeras, R. W. Martin. Phys. Rev. B, 100 (2019) 235202(1—7)M. V. Yakushev, A. V. Rodina, R. P. Seisyan, Yu. E. Kitaev, S. A. Vaganov, M. A. Abdullaev, A. V. Mudryi, T. V. Kuznetsova, C. Faugeras, R. W. Martin. Phys. Rev. B, 100 (2019) 235202(1—7)K. P. Korona, A. Wysmołek, K. Pakuła, R. Stępniewski, J. M. Baranowski, I. Grzegory, B. Łucznik, M. Wroblewski, S. Porowski. Appl. Phys. Lett., 69, N 6 (1996) 788—790K. P. Korona, A. Wysmołek, K. Pakuła, R. Stępniewski, J. M. Baranowski, I. Grzegory, B. Łucznik, M. Wroblewski, S. Porowski. Appl. Phys. Lett., 69, N 6 (1996) 788—790F. Luckert, M. V. Yakushev, C. Faugeras, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, R. W. Martin. J. Appl. Phys., 111 (2012) 093507(1—8)F. Luckert, M. V. Yakushev, C. Faugeras, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, R. W. Martin. J. Appl. Phys., 111 (2012) 093507(1—8)M. V. Yakushev, R. W. Martin, A. V. Mudryi. Phys. Status Solidi (c), 6, N 5 (2009) 1082—1085M. V. Yakushev, R. W. Martin, A. V. Mudryi. Phys. Status Solidi (c), 6, N 5 (2009) 1082—1085N. Yamamoto, H. Horinaka, K. Okada, T. Miyauchi. Jpn. J. Appl. Phys., 16, N 10 (1977) 1817—1822N. Yamamoto, H. Horinaka, K. Okada, T. Miyauchi. Jpn. J. Appl. Phys., 16, N 10 (1977) 1817—1822P. Y. Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Material Properties, Springer Science, Business Media (2010)P. Y. Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Material Properties, Springer Science, Business Media (2010)J. Bhosale, A. K. Ramdas, A. Burger, A. Munoz, A. H. Romero, M. Cardona, R. Lauck, R. K. Kremer. Phys. Rev. B, 86 (2012) 195208(1—10)J. Bhosale, A. K. Ramdas, A. Burger, A. Munoz, A. H. Romero, M. Cardona, R. Lauck, R. K. Kremer. Phys. Rev. B, 86 (2012) 195208(1—10)M. V. Yakushev, F. Luckert, C. Faugeras, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, R. W. Martin. Appl. Phys. Lett., 97 (2010) 152110(1—3)M. V. Yakushev, F. Luckert, C. Faugeras, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, R. W. Martin. Appl. Phys. Lett., 97 (2010) 152110(1—3)M. Leroux, N. Grandjean, B. Beaumont, G. Nataf, F. Semond, J. Massies, P. Gibart. J. Appl. Phys., 86 (1999) 3721—3728M. Leroux, N. Grandjean, B. Beaumont, G. Nataf, F. Semond, J. Massies, P. Gibart. J. Appl. Phys., 86 (1999) 3721—3728

The authors declare that there are no conflicts of interest present.