npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562922050098npe-212Research ArticleФизика наноструктурPhysics of NanostructuresИсследование оптических свойств нанокластерных пленок оксида тантала в инфракрасном диапазонеOptical Properties of Tantalum Oxide Nanocluster Films in the Infrared RangeБорткоД. В.BortkoD. V.

Москва, 115409

Moscow, 115409

DVBortko@mephi.ruБорисюкП. В.BorisyukP. V.

Москва, 115409

Moscow, 115409

ШиловВ. А.ShilovV. A.

Москва, 115409

Moscow, 115409

ВасильевО. С.VasilyevO. S.

Москва, 115409

Moscow, 115409

ЛебединскийЮ. Ю.LebedinskiiYu. Yu.

Москва, 115409;

Москва, 141701

Moscow, 115409;

Moscow Region, 141701

БалахневК. М.BalakhnevK. M.

Москва, 115409

Moscow, 115409

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Moscow Institute of Physics and Technology (State University)Russian Federation202327042024142194201Copyright © Бортко Д.В., Борисюк П.В., Шилов В.А., Васильев О.С., Лебединский Ю.Ю., Балахнев К.М., 20242024Бортко Д.В., Борисюк П.В., Шилов В.А., Васильев О.С., Лебединский Ю.Ю., Балахнев К.М.Bortko D.V., Borisyuk P.V., Shilov V.A., Vasilyev O.S., Lebedinskii Y.Y., Balakhnev K.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/212

Представлены результаты формирования, аттестации морфологии поверхности и исследования оптических свойств в ближнем и среднем ИК диапазоне нанокластерных пленок Та2О5, полученных путем термического оксидирования на атмосфере монодисперсных кластерных пленок металлического тантала, созданных на подложках кремния Si(001) методом магнетронного распыления. Методами атомно-силовой микроскопии (in situ) получены изображения поверхности и показано, что пленки Ta обладают пористой плотноупакованной структурой, состоящей из отдельных наночастиц сферической формы. При помощи спектрометра на ближний и средний ИК диапазон излучения исследованы оптические свойства полученных пленок. Показано, что тонкие пленки (толщиной менее 100 нм) имеют резкую границу между областью пропускания излучения и областью поглощения и/или отражения, тогда как для более толстых пленок данный эффект постепенно исчезает с ростом толщины кластерной пленки и не зависит от размера нанокластеров. Обсуждается возможность применения полученных структур в составе термофотоэлектрогенераторов с целью повышения их КПД.

The results of formation, certification of surface morphology and investigation of optical properties in the near and middle IR range of Ta2O5 nanocluster films obtained by thermal oxidation in the atmosphere of monodisperse cluster films of metallic tantalum created on Si(001) silicon substrates by magnetron sputtering are presented. Surface images were obtained by atomic force microscopy (in situ) and it was shown that Ta films have a porous densely packed structure consisting of individual spherical nanoparticles. The optical properties of the obtained films were studied using a spectrometer for the near and medium IR radiation range. It is shown that thin films (with a thickness of less than 100 nm) have a sharp boundary between the radiation transmission region and the absorption and/or reflection region, whereas for thicker films this effect gradually disappears with an increase in the thickness of the cluster film and does not depend on the size of the nanoclusters. The possibility of using the obtained structures as part of thermal photoelectric generators in order to increase their efficiency is discussed.

нанокластерные тонкие пленкиоксид танталаTa2O5пропускание ИК излученияnanocluster thin filmstantalum oxideTa2O5IR transmissionИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-72-10054).ReferencesDaneshvar H. et al. // Appl. Energy. 2015. V. 159. P. 560.Daneshvar H. et al. // Appl. Energy. 2015. V. 159. P. 560.Wang Z. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2022. V. 238. P. 111554.Wang Z. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2022. V. 238. P. 111554.Wang H.J. et al. // Sci. China Tech. Sci. 2014. V. 57 (2). P. 332.Wang H.J. et al. // Sci. China Tech. Sci. 2014. V. 57 (2). P. 332.Nam Y. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2014. V. 122. P. 287.Nam Y. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2014. V. 122. P. 287.Zhou Z. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2022. V. 278. P. 108016.Zhou Z. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2022. V. 278. P. 108016.Sakakibara R. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2022. V. 238. P. 111536.Sakakibara R. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2022. V. 238. P. 111536.Kondaiah P. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2019. V. 198. P. 26.Kondaiah P. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2019. V. 198. P. 26.Rana A.S. et al. // Nano Energy. 2021. V. 80. P. 105520.Rana A.S. et al. // Nano Energy. 2021. V. 80. P. 105520.Crowley C.J. et al. // Proc. AIP Conf. 2005. P. 601.Crowley C.J. et al. // Proc. AIP Conf. 2005. P. 601.Lee J. et al. // Int. J. Heat Mass Transf. 2017. V. 108. P. 1115.Lee J. et al. // Int. J. Heat Mass Transf. 2017. V. 108. P. 1115.Burger T. et al. // Joule. 2020. V. 4. P. 1660.Burger T. et al. // Joule. 2020. V. 4. P. 1660.Chen Y.B., Zhang Z.M. // Opt. Commun. 2007. V. 269. P. 411.Chen Y.B., Zhang Z.M. // Opt. Commun. 2007. V. 269. P. 411.Silva-Oelker G. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2019. V. 231. P. 61.Silva-Oelker G. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2019. V. 231. P. 61.Ollier E. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2017. V. 170. P. 205.Ollier E. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2017. V. 170. P. 205.Borisyuk P.V. et al. // Mater. Lett. 2021. V. 286. P. 129204.Borisyuk P.V. et al. // Mater. Lett. 2021. V. 286. P. 129204.Васильев О.С. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10. № 5. С. 489Vasilyev O.S. et al. // Phys. At. Nucl. 2020. V. 83 (10). P. 1484Shvets P., Maksimova K., Goikhman A. // Coatings. 2022. V. 12 (3). P. 291.Shvets P., Maksimova K., Goikhman A. // Coatings. 2022. V. 12 (3). P. 291.Tan G.-L. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2003. V. 86 (11). P. 1885.Tan G.-L. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2003. V. 86 (11). P. 1885.Abbasiyan A. et al. // Opt. Quantum Electron. 2019. V. 51. P. 338.Abbasiyan A. et al. // Opt. Quantum Electron. 2019. V. 51. P. 338.Briggs D., Grant J. Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. 2003. Chichester: IM Publications.Briggs D., Grant J. Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. 2003. Chichester: IM Publications.

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