vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2024-60-3-242-251vestifm-799Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВлияние отжига на оптические, морфологические и электрофизические свойства гранулированных наноструктур серебраInfluence of annealing on optical, morphological and electrophysical properties of granular silver nanostructuresЗамковецА. Д.ZamkovetsA. D.

Замковец Анатолий Дмитриевич – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник центра «Фотоника атомных и молекулярных структур»

пр. Независимости, 68-2, 220072, Минск

Anatoly D. Zamkovets – Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Center “Photonics of Atomic and Molecular Structures”

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

 

a.zamkovets@dragon.bas-net.byТихомировС. А.TikhomirovS A.

Тихомиров Сергей Александрович – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник центра «Фотоника атомных и молекулярных структур»

пр. Независимости, 68-2, 220072, Минск

Sergey A. Tikhomirov – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Scientific Head of the Center “Photonics of Atomic and Molecular Structures”

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

s.tik@ifanbel.bas-net.byБаранЛ. В.BaranL. V.

Баран Людмила Владимировна – кандидат физико-математических наук, заведующий сектором обслуживания научных исследований на кафедре твердого тела

пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Ludmila V. Baran – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of Department for Scientific Researches Service, Department of Physics of Solid States

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

 

brlv@mail.ruКузьмицкаяА. С.KuzmitskayaH. S.

Кузьмицкая Анна Сергеевна – научный сотрудник лаборатории фотоэлектроники

пр. Независимости, 68-1, 220072, Минск

Hanna S. Kuzmitskaya – Researcher at the Photoelectronics Laboratory

68-1, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

mickevichhanna@gmail.comМалютина-БронскаяВ. В.Malyutina-BronskayaV. V.

Малютина-Бронская Виктория Владимировна –заведующий лабораторией фотоэлектроники

пр. Независимости, 68-1, 220072, Минск

Victoriya V. Malyutina-Bronskaya – Head of the Photoelectronics Laboratory

68-1, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

 

malyutina@oelt.basnet.byФроловИ. Ю.FrolovI. Y.

Фролов Игорь Юрьевич – ведущий инженер-технолог лаборатории фотоэлектроники

пр. Независимости, 68-1, 220072, Минск

Igor Y. Frolov – Leading Engineer-Technologist of the Photoelectronics Laboratory

68-1, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

malyutina@oelt.basnet.byДуонгФ. В.DuongP. V.

Фам Ван Дуонг – кандидат физико-математических наук, руководитель научной группы центра квантовой электроники

10 Dao Tan Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

 

Pham Van Duong – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Scientific Worker of Center for Quantum electronics

10 Dao Tan Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

pvduong@iop.vast.vnМыньФ. Х.MinhP. H.

Фам Хон Мынь – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, заместитель директора центра квантовой оптики

10 Dao Tan Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

Pham Hong Minh – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of Laboratory, Vice Director of Center for Quantum electronics

10 Dao Tan Str., Cong Vi, Da Dinh, Нanoi

phminh@iop.vast.ac.vnИнститут физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук Беларуси,B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarussian State UniversityГНПО «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника»SSPA “Optics, Optoelectronics and Laser Technology”Институт физики Вьетнамской академии наук и технологийInstitute of Physics of the Vietnam Academy of Science and Technology202406102024603242251Copyright © Замковец А.Д., Тихомиров С.А., Баран Л.В., Кузьмицкая А.С., Малютина-Бронская В.В., Фролов И.Ю., Дуонг Ф.В., Мынь Ф.Х., 20242024Замковец А.Д., Тихомиров С.А., Баран Л.В., Кузьмицкая А.С., Малютина-Бронская В.В., Фролов И.Ю., Дуонг Ф.В., Мынь Ф.Х.Zamkovets A.D., Tikhomirov S.A., Baran L.V., Kuzmitskaya H.S., Malyutina-Bronskaya V.V., Frolov I.Y., Duong P.V., Minh P.H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/799

Исследованы оптические, морфологические и электрофизические свойства изготовленных электронно-лучевым испарением и подвергнутых отжигу при температурах 145 и 195 °С наноструктур серебра. Все образцы характеризуются наличием в видимом диапазоне выраженной полосы поверхностного плазмонного резонанса поглощения и представляют собой плотноупакованные монослои наночастиц, средние размеры которых увеличиваются от ~10 нм в исходных образцах до ~35–40 и ~45–60 нм в отожженных в зависимости от температуры отжига. Обсуждается влияние на спектральные характеристики образцов различных факторов, в том числе размеров наночастиц и электродинамических взаимодействий между наночастицами. Показано, что все исследованные гранулированные наноструктуры, как исходные, так и подвергнутые отжигу, являются высокоомными. Установлено, что для исходного и отожженного при 145 °C образцов вблизи малых значений подаваемого напряжения прослеживается зависимость тока от длины волны облучения с изменением его величины до двух порядков для определенных длин волн.

The optical, morphological and electrophysical properties of silver nanostructures fabricated by electron beam evaporation and annealed at temperatures of 145 and 195 °C were studied. All samples are characterized by the presence of a pronounced surface plasmon absorption resonance band in the visible range and represent close-packed monolayers of nanoparticles, the average sizes of which increase from ~10 nm in the original samples to ~35–40 nm and ~45–60 nm in the annealed ones, depending on the annealing temperature. The influence of various factors on the spectral characteristics of samples, including the size of nanoparticles and electrodynamic interactions between nanoparticles, is discussed. It has been shown that all granular nanostructures studied, both initial and annealed, are highly resistive. It has been established that for the initial and annealed at 145 °C samples, near low values of the applied voltage, a dependence of the current on the irradiation wavelength can be traced, with its value changing up to two orders of magnitude for certain wavelengths.

наночастицы серебраповерхностный плазмонный резонансэлектродинамические взаимодействиявольт-амперная характеристикафотопроводимостьsilver nanoparticlessurface plasmon resonanceelectrodynamic interactionsvolt-ampere characteristicsphotoconductivityРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и Вьетнамской академии наук и технологий (проекты № Ф23В-007 и № QTBY01.09/23-24).The work was sponsored by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research and the Vietnam Academy of Science and Technology (projects no. Ф23В-007 and no. QTBY01.09/23-24).ReferencesГусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. – М.: Физматлит, 2005. – 416 с.Gusev A. I. Nanomaterials, Nanostructures, Nanotechnology. Moscow, Fizmatlit Publ., 2005. 416 p. (in Russian).Kreibig, U. Optical Properties of Metal Clusters / U. Kreibig, М. Volmer. – Berlin: Springer, 1995. – 533 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-09109-8Kreibig U., Volmer М. Optical Properties of Metal Clusters. Berlin, Springer, 1995. 533 p. https://doi.org/10.1007/978- 3-662-09109-8Maier, S. A. Plasmonics: Fundamentals and Applications / S. A. Maier. – New York: Springer, 2007. – 224 p. https://doi.org/10.1007/0-387-37825-1Maier S. A. Plasmonics: Fundamentals and Applications. New York, Springer, 2007. 224 p. https://doi.org/10.1007/0- 387-37825-1Климов, В. В. Наноплазмоника / В. В. Климов. – М.: Физматлит, 2009. – 480 с. 5. Morris, J. E. Resistance changes of discontinuous gold films in air / J. E. Morris // Thin Solid Films. – 1970. – Vol. 5, № 5–6. – P. 339–353. https://doi.org/10.1016/0040-6090(70)90106-9Klimov V. V. Nanoplasmonics. Moscow, Fizmatlit Publ., 2009. 480 p. (in Russian). 5. Morris J. E. Resistance changes of discontinuous gold films in air. Thin Solid Films, 1970, vol. 5, no. 5–6, pp. 339–353. https://doi.org/10.1016/0040-6090(70)90106-9Thurstans, R. E. The electroformed metal-insulator-metal structure: a comprehensive model / R. E. Thurstans, D. P. Oxley // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2002. – Vol. 35, № 8. – P. 802–809. https://doi.org/10.1088/0022-3727/35/8/312Thurstans R. E., Oxley D. P. The electroformed metal-insulator-metal structure: a comprehensive model. Journal of Physics D: Applied Physics, 2002, vol. 35, no. 8, pp. 802–809. 10.1088/0022-3727/35/8/312A hydrogen sensor based on tunneling between palladium clusters / J. Lith [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2007. – Vol. 91, № 18. – Art. ID 181910 (3 p.). https://doi.org/10.1063/1.2802730Lith J., Lassesson A, Brown S. A., Schulze M., Partridge J. G., Ayesh A. A hydrogen sensor based on tunneling between palladium clusters. Applied Physics Letters, 2007, vol. 91, no. 18, art. ID 181910 (3 p.). https://doi.org/10.1063/1.2802730Introductory Lecture: Surface enhanced Raman spectroscopy: new materials, concepts, characterization tools, and applications / J. A. Dieringer [et al.] // Faraday Discuss. – 2006. – Vol. 132. – P. 9–26. https://doi.org/10.1039/b513431pDieringer J. A., McFarland A. D., Shah N. C., Stuart D. A., Whitney A. V., Yonzon C. R., Young M. A., Zhang X., Van Duyne R. P. Introductory Lecture: Surface enhanced Raman spectroscopy: new materials, concepts, characterization tools, and applications. Faraday Discuss, 2006, vol. 132, pp. 9–26. https://doi.org/10.1039/b513431pStuart, H. R. Island size effects in nanoparticle-enhanced photodetectors / H. R. Stuart, D. G. Hall // Appl. Phys. Lett. – 1998. – Vol. 73, № 26. – P. 3815–3817. https://doi.org/10.1063/1.122903Stuart H. R., Hall D. G. Island size effects in nanoparticle-enhanced photodetectors. Applied Physics Letters, 1998, vol. 73, no. 26, pp. 3815–3817. https://doi.org/10.1063/1.122903Atwater, H. A. Plasmonics for improved photovoltaic devices / H. A. Atwater, A. Polman // Nat. Mater. – 2010. – Vol. 9. – P. 205–213. https://doi.org/10.1038/nmat2629Atwater H. A., Polman A. Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials, 2010, vol. 9, pp. 205–213. https://doi.org/10.1038/nmat2629Чопра, Н. Л. Электрические явления в тонких пленках / Н. Л. Чопра. – М.: Мир, 1972. – 434с. 12. Neugebauer, C. A. Electrical conduction mechanism in ultrathin, evaporated metal films / C. A. Neugebauer, M. N. Web // J. Appl. Phys. – 1962. – Vol. 33, № 1. – P. 74–82. https://doi.org/10.1063/1.1728531Chopra K. L. Thin Film Phenomena. McGraw-Hill, 1969. 844 p.Wei, H. From silver nanoparticles to thin films: Evolution of microstructure and electrical conduction on glass substrates / H. Wei, H. Eilers // J. Phys. Chem. Solids. – 2009. – Vol. 70, № 2. – P. 459–465. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.11.012Neugebauer C. A., Web M. N. Electrical conduction mechanism in ultrathin evaporated metal films. Journal of Applied Physics, 1962, vol. 33, no. 1, pp. 74–82. https://doi.org/10.1063/1.1728531Sieradzki, K. Agglomeration and percolation conductivity / K. Sieradzki, K. Bailey, T. L. Alford // Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 79, № 21. – P. 3401–3403. https://doi.org/10.1063/1.1419043Wei H., Eilers H. From silver nanoparticles to thin films: Evolution of microstructure and electrical conduction on glass substrates. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2009, vol. 70, no. 2, pp. 459–465. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.11.012Electromagnetic energy transport via linear chains of silver nanoparticles / М. Quinten [et al.] // Opt. Lett. – 1998. – Vol. 23, № 17. – P. 1331. https://doi.org/10.1364/ol.23.001331Sieradzki K., Bailey K., Alford T. L. Agglomeration and percolation conductivity. Applied Physics Letters, 2001, vol. 79, no. 21, pp. 3401–3403. https://doi.org/10.1063/1.1419043Araki, H. The temperature dependence of electron emission from a discontinuous carbon film device between silver film electrodes / H. Araki, T. Hanawa // Thin Solid Films. – 1988. – Vol. 158, № 2. – P. 207–216. https://doi.org/10.1016/0040-6090(88)90022-3Quinten M., Leitner А., Krenn J. R., Aussenegg F. R. Electromagnetic energy transport via linear chains of silver nanoparticles. Optics Letters, 1998, vol. 23, no. 17, pp. 1331–1333. https://doi.org/10.1364/ol.23.001331Xu, N. S. Novel cold cathode materials and applications / N. S. Xu, S. Ejaz Huq // Mater. Sci. Eng.: R: Rep. – 2005. – Vol. 48, № 2–3. – P. 47–189. https://doi.org/10.1016/j.mser.2004.12.001Araki H., Hanawa T. The temperature dependence of electron emission from a discontinuous carbon film device between silver film electrodes. Thin Solid Films, 1988, vol. 158, no. 2, pp. 207–216. https://doi.org/10.1016/0040-6090(88)90022-3Fedorovich, R. D. Electronic phenomena in nanodispersed thin films / R. D. Fedorovich, A. G. Naumovets, P. M. Tomchuk // J. Phys.: Condens. Matter. – 1999. – Vol. 11, № 49. – P. 9955–9967. https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/49/313Xu N. S., Huq S. Ejaz. Novel cold cathode materials and applications. Materials Science and Engineering: R: Reports, 2005, vol. 48, no. 2–3, pp. 47–189. https://doi.org/10.1016/j.mser.2004.12.001Миронов, В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / В. Л. Миронов. – М.: Техносфера, 2004. – 144 c.Fedorovich R. D., Naumovets A. G., Tomchuk P. M. Electronic phenomena in nanodispersed thin films. Journal of Physics: Condensed Matter, 1999, vol. 11, no. 49, pp. 9955–9967. https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/49/313Автоматизированный базовый лазерный испытательный комплекс для тестирования перспективных видов полупроводниковых фотоприемников / В. Б. Залесский [и др.] // Приборостроение-2020: материалы 13-й Междунар. науч.-техн. конф. – Минск, 2020. – С. 391–392.Mironov V. L. Fundamentals of Scanning Probe Microscopy. Moscow, Tekhnosfera Publ., 2004. 144 p. (in Russian).Metal cluster enhanced organic solar cells / M. Westphalen [et al.] // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. – 2000. – Vol. 61, № 1. – P. 97–105. https://doi.org/10.1016/s0927-0248(99)00100-2Zalessky V. B., Malyutina-Bronskaya V. V., Soroka S. A., Ermakov O. V., Grebenshchikov O. A., Leonova T. R. Automated basic laser testing complex for testing promising types of semiconductor photodetectors. Priborostroenie-2020: materialy 13-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [Instrumentation-2020: materials of the 13th International Scientific and Technical Conference]. Minsk, 2020, pp. 391–392 (in Russian).Bohren, C. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / C. Bohren, D. Huffman. – New York: Wiley, 1983. – 530 p. https://doi.org/10.1002/9783527618156Westphalen M., Kreibig U., Rostalski J., Lüth H., Meissner D. Metal cluster enhanced organic solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2000, vol. 61, no. 1, pp. 97–105. https://doi.org/10.1016/s0927-0248(99)00100-2Замковец, А. Д. Высокий сенсорный потенциал самоорганизующихся металлических наноструктур / А. Д. Замковец, С. М. Качан, А. Н. Понявина // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. – 2008. – № 4. – C. 73–79.Bohren C., Huffman D. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York, Wiley, 1983. 530 p. https://doi.org/10.1002/9783527618156Kachan, S. M. Optical diagnostics of 2D self-assembled silver nanoparticles arrays / S. M. Kachan, A. N. Ponyavina // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. – 2007. – P. 165–168. https://doi.org/10.1142/9789812770950_0036Zamkovets A. D., Kachan S. M., Ponyavina A. N. High sensory potential of self-organizing metal nanostructures. Sensorna elektronіka і mіkrosistemnі tekhnologії = Sensor Electronics and Microsystem Technologies, 2008, no. 4, pp. 74–79 (in Russian).Suresh, S. Synthesis, Structural, Surface Morphology, Optical and Electrical Properties of Silver Oxide Nanoparticles/ S. Suresh // Int. J. Nanoelectron. Mater. – 2016. – Vol. 9. – P. 37–49.Kachan S. M., Ponyavina A. N. Optical diagnostics of 2D self-assembled silver nanoparticles arrays. Physics, Chemistry and Application of Nanostructures, 2007, pp. 165–168. https://doi.org/10.1142/9789812770950_0036Characterization of silver oxide thin films with thickness variation prepared by thermal evaporation method / F. A. Jasim [et al.] // Dig. J. Nanomater. Biostructures. – 2023. – Vol. 18, № 13. – P. 1039–1049. https://doi.org/10.15251/djnb.2023.183.1039Suresh S. Synthesis, Structural, Surface Morphology, Optical and Electrical Properties of Silver Oxide Nanoparticles. International Journal of Nanoelectronics and Materials, 2016, vol. 9, pp. 37–49.Оптические и электрические свойства и переключение сопротивления гранулированных пленок серебра на сапфире / И. А. Гладских [и др.] // Опт. журн. – 2014. – Т. 81, № 5. – С. 67–73.Jasima F. A., Mosa Z. S. A., Habubi N. F., Kadhim Y. H., Chiad S. S. Characterization of silver oxide thin films with thickness variation prepared by thermal evaporation method. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 2023, vol. 18, no. 13, pp. 1039–1049. https://doi.org/10.15251/djnb.2023.183.1039Vashchenko, E. V. Photoconductivity of silver nanoparticle ensembles on quartz glass (SiO2) supports assisted by localized surface plasmon excitations / E. V. Vashchenko, T. A. Vartanyan, F. Hubenthal // Plasmonics. – 2013. – Vol. 8. – P. 1265–1271. https://doi.org/10.1007/s11468-013-9544-8Gladskikh I. A., Leonov N. B., Przhibel’sky S. G., Vartanyan T. A. The optical and electrical properties and resistance switching of granular films of silver on sapphire. Journal of Optical Technology, 2014, vol. 81, no. 5, pp. 280–284. https://doi.org/10.1364/jot.81.000280Даревский, А. С. Описание механизма переноса в островковых пленках металлов в рамках представлений теории протекания / А. С. Даревский, А. Г. Ждан, В. Н. Неменущий // Диспергированные металлические пленки. – Киев, Изд.-во АН УССР, 1976. – С. 155–163.Vashchenko E. V., Vartanyan T. A., Hubenthal F. Photoconductivity of silver nanoparticle ensembles on quartz glass (SiO2) supports assisted by localized surface plasmon excitations. Plasmonics, 2013, vol. 8, pp. 1265–1271. https://doi.org/10.1007/s11468-013-9544-8Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах: пер. с англ. / Н. Мотт, Э. Дэвис. – М.: Мир, 1974. – 472 с.Darevsky A. S., Zhdan A. G., Nemenushchiy V. N. Description of the transport mechanism in island films of metals within the framework of the concepts of percolation theory. Dispersed Metal Films. Kyiv, Publishing House of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, 1976, pp. 155–163 (in Russian).Проводимость и фотопроводимость гранулированной пленки серебра на сапфировой подложке / Е. В. Ващенко [и др.] // Опт. журн. – 2013. – Т. 80, № 5. – С. 3–10.Mott N., Davis E. Electronic Processes in Noncrystalline Materials. London, Oxford University Press, 1971. xiii + 437 p.Vashchenko E. V., Gladskikh I. A., Przhibel’sky S. G., Khromov V. V., Vartanyan T. A. Conductivity and photoconductivity of granular silver film on a sapphire substrate. Journal of Optical Technology, 2013, vol. 80, no. 5, pp. 263–268. https://doi.org/10.1364/jot.80.000263Vashchenko E. V., Gladskikh I. A., Przhibel’sky S. G., Khromov V. V., Vartanyan T. A. Conductivity and photoconductivity of granular silver film on a sapphire substrate. Journal of Optical Technology, 2013, vol. 80, no. 5, pp. 263–268. https://doi.org/10.1364/jot.80.000263

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