Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Optical and electrical properties of Cu6PS5I-based thin films versus copper content variation

1Studenyak I.P., 1Izai V.Yu., 1Bendak A.V., 1Guranich P.P., 1,2Azhniuk Yu.M., 3Kúš P. and 4Zahn D.R.T.

1Uzhhorod National University, Uzhhorod, Ukraine
2Institute of Electron Physics, Uzhhorod, Ukraine
3Comenius University, Bratislava, Slovakia 
4Chemnitz University of Technology, Chemnitz, Germany

Download this article

Abstract. Cu6PS5I-based thin films are deposited onto silicate-glass substrates using magnetron sputtering. Their chemical compositions are determined with the aid of energy-dispersive X-ray spectroscopy. Changes in the Raman spectra of the Cu6PS5I-based thin films with respect to the spectra typical for crystalline Cu6PS5I are discussed. Optical absorption spectra and refractive indices for the films with different Cu contents are studied. Decrease in the energy pseudogap and the Urbach energy is observed with increasing Cu content, accompanied by increase in the refractive index. Electrical conductivity of the Cu6PS5I-based thin films is revealed to increase nonlinearly with increasing copper concentration

Keywords: thin films, magnetron sputtering, electrical conductivity, Raman scattering, optical absorption, refractive index

PACS: 78.40.Ha; 77.80.Bh
UDC: 535.34
Ukr. J. Phys. Opt. 18 232-238
doi: 10.3116/16091833/18/4/232/2017
Received: 31.10.2017

Анотація. Тонкі плівки на основі Cu6PS5I висаджено на силікатні скляні підкладки із застосуванням магнетронного розпилення. Їхній хімічний склад визначено за допомогою енергетично-дисперсійної рентгенівської спектроскопії. Обговорено зміни раманівських спектрів тонких плівок на основі Cu6PS5I, знайдені відносно спектрів кристалічного Cu6PS5I. Вивчено спектри оптичного поглинання та показники заломлення для плівок з різним вмістом Cu. Зі зростанням вмісту Сu спостерігаємо зменшення енергетичної псевдощілини та енергії Урбаха, а також зростання показника заломлення тонких плівок на основі Cu6PS5I. Показано також, що з підвищенням концентрації міді їхня електрична провідність зростає нелінійно
REFERENCES
  1. Kuhs W F, Nitsche R and Scheunemann K, 1976. Vapour growth and lattice data of new compounds with icosahedral structure of the type Cu6PS5Hal (Hal= Cl, Br, I). Mat. Res. Bull. 11: 1115–1124. doi:10.1016/0025-5408(76)90010-6
  2. Nilges T and Pfitzner A, 2005. A structural differentiation of quaternary copper argirodites: Structure – property relations of high temperature ion conductors Z. Kristallogr. 220: 281–294. doi:10.1524/zkri.220.2.281.59142
  3. Panko V V, Studenyak I P, Dyordyai V S, Kovacs Gy Sh, Borets A N and Voroshilov Yu V, 1988. Influence of technological conditions on properties of Cu6PS5Hal crystalls. Neorg. Mater. 24: 120–123. 
  4. Studenyak I P, Stefanovich V O, Kranjčec M, Desnica D I, Azhnyuk Yu M, Kovacs Gy Sh and Panko V V, 1997. Raman scattering studies of Cu6PS5Hal (Hal = Cl, Br, I) fast-ion conductors. Solid State Ionics. 95: 221–225. doi:10.1016/S0167-2738(96)00477-8 
  5. Studenyak I P, Kranjčec M, Kovacs Gy Sh, Panko V V, Desnica D I, Slivka A G and Guranich P P, 1999. The effect of temperature and pressure on the optical absorption edge in Cu6PS5X (X = Cl, Br, I) crystals. J. Phys. Chem. Solids. 60: 1897–1904. doi:10.1016/S0022-3697(99)00220-6
  6. Studenyak I P, Kranjčec M, Kovacs Gy Sh, Desnica I D, Panko V V and Slivka V Yu, 2001. Influence of compositional disorder on optical absorption processes in Cu6P(S1–xSex)5I crystals. J. Mat. Res. 16: 1600–1608. doi:10.1557/JMR.2001.0222
  7. Studenyak I P, Kranjčec M and Kurik M V, 2006. Urbach rule and disordering processes in Cu6P(S1–xSex)5Br1–yIy superionic conductors. J. Phys. Chem. Solids. 67: 807–817. doi:10.1016/j.jpcs.2005.10.184
  8. Studenyak I P, Kranjčec M, Izai V Yu, Chomolyak A A, Vorohta M, Matolin V, Cserhati C and Kökényesi S, 2012. Structural and temperature-related disordering studies of Cu6PS5I amorphous thin films. Thin Solid Films. 520: 1729–1733. doi:10.1016/j.tsf.2011.08.043
  9. Studenyak I, Rybak S, Bendak A, Izai V, Guranich P, Kúš P and Mikula M, 2017. Structural disordering studies of Cu6PS5I-based thin films deposited by magnetron sputtering. EPJ Web of Conferences. 133: 02002. doi:10.1051/epjconf/201713302002
  10. Studenyak I P, Izai V Yu, Studenyak V I, Bendak A V, Kranjčec M, Kúš P, Mikula M, Gračič B, Roch T, Suleimenov B, Ławicki T and Gurov E, 2017. Influence of structural disordering on optical properties of non-stoichiometric Cu6PS5I-based thin films. Proc. SPIE. 10445: 104454Z-7. doi:10.1117/12.2280742 
  11. Studenyak I P, Kranjčec M, Chomolyak A A, Vorokhta M and Matolin V, 2012. Optical absorption and refractive properties of annealed thin films of Cu6PS5I superionic conductor. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 10: 489–496.
  12. Studenyak I P, Bendak A V, Demko P Yu, Studenyak V I, Izai V Yu, Vorokhta M, Matolin V, Kúš P, Lisý V, Komada P and Kashaganova G, 2015. Influence of external factors on optical parameters in Cu6PS5I thin films. Proc. SPIE. 9816: 98160C-8. doi:10.1117/12.2229338
  13. Despotuli A L, Andreeva A V and Rambabu B, 2005. Nanoionics of advanced superionic conductors. Ionics. 11: 306–314. doi:10.1007/BF02430394
  14. Swanepoel R, 1983. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. J. Phys. E: Sci. Instrum. 16: 1214–1222. doi:10.1088/0022-3735/16/12/023 
  15. Urbach F, 1953. The long-wavelength edge of photographic sensitivity and electronic absorption of solids. Phys. Rev. 92: 1324–1326.doi:10.1103/PhysRev.92.1324
  16. Sumi H and Sumi A, 1987. The Urbach–Martiensen rule revisited. J. Phys. Soc. Japan. 56: 2211–2220. doi:10.1143/JPSJ.56.2211
  17. Kurik M V, 1971. Urbach rule (Review). Phys. Stat. Sol. (a). 8: 9–30.doi:10.1002/pssa.2210080102
  18. Cody G D, Tiedje T, Abeles B, Brooks B and Goldstein Y, 1981. Disorder and the optical absorption edge of hydrogenated amorphus silicon. Phys. Rev. Lett. 47: 1480–1483. doi:10.1103/PhysRevLett.47.1480
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics