Ijaers-oct-2014-025



Yüklə 64,95 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix26.11.2017
ölçüsü64,95 Kb.
#12548


International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS)                      [Vol-1, Issue-5, Oct.- 2014] 

 

 

ISSN: 2349-6495 

 

Page

 | 

108

  

 



 

 

 



Absorption Spectra and Energy Band Gapof 

Multilayer ZnS Films 

Vishal Kumar Sharma, Mahendra Kumar, Kapil Sirohi 

 

Dept.of Physics, University of Lucknow,Lucknow (U.P.), INDIA 



 

AbstractIn  the  present  investigation,  the  films  of  Zinc 

Sulphide and Polyaniline have been prepared by vacuum 

evaporation  methods.The  growth  and  characterization  of 

single layer and multilayer films have been done. Results 

are  reported  in  terms  of  absorption  spectra  and  energy 

band gap of Pani and Pani/ZnS thin films. 

 

Keywords:-ZnS 



thin 

films,vaccum 

evaporation 

technique. 

 

I.

 

INTRODUCTION 

The present era of microminiaturization of electronic and 

photonic  devices  to  be  used  in  civil  and  commercial 

applications  is  the  center  of  attention  of  present  day 

research.  Fast  and  efficient  electronic  devices  and 

photovoltaic  devices  has  been  fabricated  using  elements 

alloys  compound, in various forms. These forms consists 

of  single  crystal,  poly  crystal,  amorphous  bulk,  the  other 

forms are there films prepared by various methods. In this 

paper  we  shall  study  the  multilayer  ZnS  thin  films  with 

the help of vacuum evaporation technique. 

ZnS  is  the  II–VI  family  semiconductor,  has  wide  band 

gap  (3.65  eV)  at  room  temperature  and  large  excitation 

binding  energy  60  meV,  ZnS  is  an  attractive 

semiconductor  material  especially  in  electronic  and 

optoelectronic application. The dielectric constant of ZnS 

(wurtzite structure) is 8.75 at lower frequencies and 3.8 at 

higher frequencies. The molecular mass is 81.389 and the 

melting temperature is 1450 K. 

ZnS was used by Ernest Rutherford and others in the early 

years  of  nuclear  physics  as  a  scintillation  detector, 

because  it  emits  light  on  excitation  by  x-rays  or  electron 

beam, making it useful for x-ray screens and cathode ray 

tubes.It  also  exhibits  phosphorescence  due  to  impurities 

on illumination with blue or ultraviolet light. 

Zinc  sulfide,  with  addition  of  few  ppm  of  suitable 

activator, is used as phosphor in many applications, from 

cathode  ray  tubes  through  x-ray  screens  to  glow  in  the 

dark  products.When  silver  is  used  as  activator,  the 

resulting  color  is  bright  blue,  with  maximum  at  450  nm. 

Manganese yields an orange-red color at around 590 nm. 

Copper provides long glow time and the familiar glow-in-

the-dark  greenish  color.  Copper  doped  zinc  sulfide 

(ZnS+Cu) is also used in electroluminescent panels . 

Zinc  sulfide  is  also  used  as  an  infrared  optical  material, 

transmitting  from  visible  wavelengths  to  over  12 

micrometres.  It  can  be  used  planar  as  an  optical  window 

or shaped into a lens. It is made as microcrystalline sheets 

by the synthesis from H

2

S gas and zinc vapor and sold as 



FLIR  (Forward  Looking  IR)  grade  ZnS  in  a  pale  milky 

yellow  visibly  opaque  form.This  material  when  hot 

isostatically pressed (HIPed) can be converted to a water-

clear  form  known  as  Cleartran  (trademark).  Early 

commercial  forms  were  marketed  as  Irtran-2  but  this 

designation is now obsolete. 



II.

 

SAMPLE PREPARATION OF ZnS 

Thin  films  of  ZnS  have  been  prepared  by  vacuum 

deposition  technique.  For  sample  preparation  Zinc 

Sulphide  powder  of  99.99%.  purity  was  evaporated  at 

about  115°C  from  a  deep  narrow  mouthed  molybdenum 

boat.  Deposition  was  made  on  to  highly  cleaned  glass 

substrate  held  at  200°C  in  a  vacuum  of  10

-5

  torr.  The 



substrate  was  cleaned  in  aquaregia  washed  in  distilled 

water  and  isopropyl  alcohol  (IPA).  We  have  used  glass 

substrate for the preparation of Zinc Sulphide. 

III.

 

SAMPLE PREPARATION OF POLY 

ANILINE 

Thin  film  of  polyaniline  have  been  prepared  by  vacuum 

evaporation technique, polyaniline is usually prepared by 

redox  polymerization  of  aniline  using  ammonium 

perdisulphate,  (NH4)

2

  S



2

O

2



  as  on  oxidant.  Distilled 

aniline (0.02 M) is dissolved in 300 ml of pre-cooled HC1 

(l.0M)  solution,  maintained  at  0-50°C.  A  calculated 

amount  of  ammonium  perdisulphate,  (0.05M)  dissolved 

in 200 ml of HCl (1M), pre-coated to 0-50° C, is added to 

the  above  solution.  The  dark  green  precipitate  (ppt) 

resulting  from  this  reaction  is  washed  with  HC1  (l.OM) 

uptil  the  green  colour  disappears.  This  ppt  is  further 

extracted  with  terta-hydofuran  and  NMP  (N-Methyl 

Pyrolidinone)  solution  by  soxhelf  extraction  and  dried  to 

yield  the  emeraldine  salt.  Emeraldine  base  can  be 

obtained  by  heating  the  emeraldine  salt  with  ammonia 

solution.  Simultaneously,  separate  salt  solution  is 

prepared by dissolving the MX (M=Metal and X=Halide) 

in distilled water. The solution is then slowly added to the 



International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS)                      [Vol-1, Issue-5, Oct.- 2014] 

 

 

ISSN: 2349-6495 

 

Page

 | 

109

  

 



 

 

 



precooled  polymer  solution  with  constant  stirring.  The 

composite is then dried in an oven, at high temperature, to 

get  the  conducting  polymer  in  the  powder  form.  This 

powder  is  vacuum  evaporated  on  to  highly  cleaned  glass 

substrate as well as metallic substrate. 

 

IV.



 

ABSORPTION SPECTRA AND ENERGY 

BAND GAP OF ZNS AND PANI ON ZNS 

FILMS 

The absorption spectra of these films have been recorded 

in  the  wavelength  range  of  400  to  1000  nm,  at  room 

temperature.  The  energy  band  gap  of  films  was 

determined by absorption spectra. To measure the energy 

band gap of ZnS we use the Tauc relation for direct band 

gap semiconductors, in which a graph between (αhν)

 2

 vs. 



hν is plotted, where α is the absorption coefficient and hν 

is the photon energy. The absorption coefficient α is also 

proportional  to  Ln  [(R

max


-R

min


)  /  (R-R

min


)],  where 

reflectance  falls  from  R

max

  to  R


min

  due  to  absorption  of 

photons.  Hence  we  have  α  in  terms  of  reflectance  as  Ln 

[(R


max

-R

min



)  /  (R-R

min


)].When  we  plot  a  graph  between 

(αhν)


 2

 vs. hν, a straight line is obtained. The extrapolation 

of this straight line to (αhν)

 2

 = 0, gives the value of band 



gapof  the  film  material.  The  band  gap  measurement  of 

ZnS on glass substrate comes out to be 3.65 eV which is 

shown in fig.4. 

 

400



600

800


1000

0.0


0.1

0.2


0.3

0.4


0.5

0.6


(PANI)

A

b



s

o

rb



a

n

c



e

Wavelenth (nm)

 

Fig.1:  UV-VIS-NIR Absorbance spectra of Polyaniline 

400

600


800

1000


0.00

0.05


0.10

0.15


0.20

0.25


0.30

(PANI on ZnS)

A

b

s



o

rb

a



n

c

e



Wavelenth (nm)

 

 



Fig.2:  UV-VIS-NIR Absorbance spectra of   PANI on ZnS 

 

 



 Fig. 3:  Absorbance spectra of ZnS 

 

 



 

 

 



                    Fig.4:  Band gap measurement of ZnS thin 

film 

 



International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS)                      [Vol

 

 

 

 



 

 

 



 Fig.5: Band gap measurement of PANI on ZnS

 

The band gap energy of PANI on ZnS as observed is 2.86 

eV  which  is  shown  in  fig.5.  The  absorption  spectrum  of 

this sample is given by fig.2. It is observed that band gap 

decreases  when  PANI  is  deposited  on  to  it.  Fig.

shows UV-VIS-NIR absorption spectra for both samples.   

For Polyaniline on ZnS, the peak at 304 nm due to the 

*  transition  of  benzene  amine  structure.  The 



absorbance spectrum of pure polyaniline shows two peaks 

at 329 nm and 633 nm. The peak at 329 nm due to the 

* transition of benzene amine structure. And additional 

peak  at  633  nm  due  to  a  charge-  transfer 

transition  from  the  highest  occupied  energy  level  to  the 

lowest unoccupied energy level.  

 

V.

 

RESULTS AND DISCUSSIONS

 The absorption spectra analyzed within the range of 300 

to  1000  nm  region  at  room  temperature  to  determine  the 

energy  band  gaps  for  single  layer  and  multilayer  thin 

films. It is observed that absorption spectra

and  accurate  information.  Large  variations  in  band  gap 

energy of thin films have been observed. So the band gap 

technology  can  be  used  with  modifying  the  structure  of 

the  Polyaniline  thin  film  by  introducing  the  addition  of 

new  material  like  CdS  and  ZnS  to  reduce  the  band  gap 

and  different  substrate  can  also  be  a  part  in  s

phenomena.  The  band  gap  measurement  of  ZnS  on  glass 

substrate comes out to be 3.65 eV while it reduces to 2.86 

eV when pani is deposited onto it. 

 

REFERENCES 

[1]


 

M.K  Sharma,  M.Kumar  and  M  sharma,  thin  solid 

films, 312(1998), 139. 

[2]


 

V.P.Gorokhov et.al, Prib.Sist.Upr.l (1971)39.

[3]

 

P.Cioldbery,  Luminescence  of  Inorganic  solids, 



Acadmic Press, New York(1996). 

Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS)                      [Vol

 

 



: Band gap measurement of PANI on ZnS 

The band gap energy of PANI on ZnS as observed is 2.86 

.  The  absorption  spectrum  of 

. It is observed that band gap 

decreases  when  PANI  is  deposited  on  to  it.  Fig.1.  &  3, 

NIR absorption spectra for both samples.   

on ZnS, the peak at 304 nm due to the 

 

*  transition  of  benzene  amine  structure.  The 



absorbance spectrum of pure polyaniline shows two peaks 

at 329 nm and 633 nm. The peak at 329 nm due to the 

 - 

* transition of benzene amine structure. And additional 



r  excitation-like 

transition  from  the  highest  occupied  energy  level  to  the 



RESULTS AND DISCUSSIONS 

the range of 300 

to  1000  nm  region  at  room  temperature  to  determine  the 

energy  band  gaps  for  single  layer  and  multilayer  thin 

absorption spectra gives the fast 

and  accurate  information.  Large  variations  in  band  gap 

n films have been observed. So the band gap 

technology  can  be  used  with  modifying  the  structure  of 

the  Polyaniline  thin  film  by  introducing  the  addition  of 

new  material  like  CdS  and  ZnS  to  reduce  the  band  gap 

and  different  substrate  can  also  be  a  part  in  such 

phenomena.  The  band  gap  measurement  of  ZnS  on  glass 

substrate comes out to be 3.65 eV while it reduces to 2.86 

M.K  Sharma,  M.Kumar  and  M  sharma,  thin  solid 

ist.Upr.l (1971)39. 

P.Cioldbery,  Luminescence  of  Inorganic  solids, 

[4]

 

G.  Wingen.  Y  Lyeepika,  D  Jagara,  Awill  and  C  . 



Klingshirn  SPIE,  optical  computing  88,  693  (1988) 

103. 


[5]

 

S.V Bagdanov and V.G Lyssonko, Phy, Status Solidi 



B . 150, (1998) 593. 

[6]


 

J.  Z.  Deklerk  and  E.  F  Kelly,  Appl.  Phy.  Lett.  5 

(1964) 2. 

[7]


 

Sou,  V.VStefko,  Commun.  Technol  Eledron,  36 

(1991) 127. 

[8]


 

J.L Chue, S.S Chue. J.Britt, C.Ferekids, C wang, C.R. 

wu,  H.S  Ullal,  IEEE  Electron  Dev.  Lett.  EDL  13 

1992 (303).. 

[9]

 

J. Britt, C. Ferekids, App. Phys. Lett 62 (1993) 285.



[10]

 

Chiang, C.K; Fincher, C.R; Park, Y.W.; Heeger, A.J.; 



Shirakawa, H.; Louis, E.J.; Gau, S.C.; Mac Diarmid, 

A.G. phys, Rev. lett 1977, 39, 1098.

[11]

 

Grandstrom, M. et al Nature 1998, 395, 257.



[12]

 

Liu,G. ; Freund, M.SMacromol



[13]

 

Barllett; P.N.; Asiter, Y. Chem. Commun. 2000, 105, 



391. 

[14]


 

Jasty,  S.;  Epstein,  A.JPolym.  Material. 

1995, 72, 56. 

[15]


 

Thompson, B.C. et al Chem. 

[16]

 

Burroughes, J.H et al Nature, 1990, 347, 152.



[17]

 

Conducting  Polymers:  Ease  of  processing  spear 



heads  commercial  success,  Savage,  Peter,  Ed.; 

Technical Insight; Inc./John Viley & Sons, NJ, 1998.



 

Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS)                      [Vol-1, Issue-5, Oct.- 2014] 

ISSN: 2349-6495 

Page

 | 


110

  

G.  Wingen.  Y  Lyeepika,  D  Jagara,  Awill  and  C  . 



Klingshirn  SPIE,  optical  computing  88,  693  (1988) 

S.V Bagdanov and V.G Lyssonko, Phy, Status Solidi 

J.  Z.  Deklerk  and  E.  F  Kelly,  Appl.  Phy.  Lett.  5 

Sou,  V.VStefko,  Commun.  Technol  Eledron,  36 

J.L Chue, S.S Chue. J.Britt, C.Ferekids, C wang, C.R. 

wu,  H.S  Ullal,  IEEE  Electron  Dev.  Lett.  EDL  13 

Ferekids, App. Phys. Lett 62 (1993) 285. 

Chiang, C.K; Fincher, C.R; Park, Y.W.; Heeger, A.J.; 

Shirakawa, H.; Louis, E.J.; Gau, S.C.; Mac Diarmid, 

A.G. phys, Rev. lett 1977, 39, 1098. 

Grandstrom, M. et al Nature 1998, 395, 257. 

Liu,G. ; Freund, M.SMacromolecule 1997, 30, 5660. 

Barllett; P.N.; Asiter, Y. Chem. Commun. 2000, 105, 

Jasty,  S.;  Epstein,  A.JPolym.  Material.  Sci.  Eng. 

Thompson, B.C. et al Chem. Mater. 2000, 12, 1563. 

Burroughes, J.H et al Nature, 1990, 347, 152. 

Polymers:  Ease  of  processing  spear 

heads  commercial  success,  Savage,  Peter,  Ed.; 



Technical Insight; Inc./John Viley & Sons, NJ, 1998. 

Yüklə 64,95 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə