Maksymchuk D. Structure, photoelectric and recombination processes in thin films of β-Ga2O3 activated by ions of trivalent elements

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U001734

Applicant for

Specialization

  • 105 - Прикладна фізика та наноматеріали

26-05-2026

Specialized Academic Board

PhD 12540

Ivan Franko National University of Lviv

Essay

The dissertation is devoted to experimental research and study of the influence of methods and conditions of obtaining, the presence of activator ions on the formation of the structure of thin films (X0.06Ga0.94)2O3:Eu3+,Cr3+ (X=Y, La), the peculiarities of their luminescent and photoelectric characteristics, the determination of methods for increasing the electrical conductivity of these films and, as a result, the creation of effective luminescent materials for display applications based on them. Among new and promising functional materials for use in optoelectronics and instrument engineering, thin-film materials based on pure and activated β-Ga2O3 films occupy an important place. Such thin films are used in the creation of luminescent displays, means for recording and visualizing information, and are promising for field-effect transistors, UV- and visible-light-transparent photodetectors and electrodes, gas sensors, and scintillators. At the same time, the optical and electrical characteristics of thin films based on -Ga2O3 depend on several factors, including the methods of preparation and application modes, post-application processing technology, and the presence of impurities introduced to deliberately alter the properties of the films. Considering that the optical and electrical processes in films based on -Ga2O3 are largely determined by structural defects, we studied thin films of the general formula (X0.06Ga0.94)2O3:Eu3+,Cr3+ (X=Y, La). In such films, part of the Ga3+ ions of the main matrix were replaced by isovalent Y3+ or La3+ ions, which did not require local compensation of the electric charge. This enables a more thorough investigation of luminescence centers resulting from defect-induced luminescence. The use of Eu3+ or Cr3+ ions as activators is due to the fact that a number of oxide films activated by these ions are promising red phosphors that are widely used in optoelectronics and luminescent technology.

Research papers

1. O. M. Bordun, I. Yo. Kukharskyy, I. I. Medvid, D. M. Maksymchuk, F. O. Ivashchyshyn, D. Całus, D. S. Leonov Electrical Conductivity of Pure and Cr3+-Doped β-Ga2O3 Thin Films // Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii – 2022, – V. 20, № 2 – P. 321–329. DOI: https://doi.org/10.15407/nnn.20.02.321

2. O.M. Bordun, I.Yo. Kukharskyy, I.I. Medvid, D.M. Maksymchuk, I.M. Bordun, P. Chabecki, D.S. Leonov The Local Trap Centres in β-Ga2O3:Cr3+ Thin Films // Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii – 2022, – V. 20, № 3 – P. 631–637. DOI: https://doi.org/10.15407/nnn.20.03.631

3. О.М. Bordun, B.О. Bordun, I.Yo. Kukharskyy, I.I. Medvid, D.М. Maksymchuk, Zh.Ya. Tsapovska, D.S. Leonov Photoconductivity of β-Ga2O3 and β-Ga2O3:Cr3+ thin films // Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii – 2023, – V. 21, № 1 – P. 49–55. DOI: https://doi.org/10.15407/nnn.21.01.049

4. O. M. Bordun, B. O. Bordun, I. Y Kukharskyy, D. M. Maksymchuk, I. I. Medvid. Luminescence of Cr-doped β-Ga2O3 thin films // Physics and Chemistry of Solid State. 2023, 24 (3), 490–494. DOI: https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.490-494

5. O. M. Bordun, B. O. Bordun, I. I. Medvid, M. V. Protsak, K. L. Biliak, I. Yo. Kucharskyy, D. M. Maksymchuk, I. M. Kofliuk, D. S. Leonov Surface Morphology of (La0.06Ga0.94)2O3:Eu Thin Films // Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii. 2023, 21 (3), 593–603. DOI: https://doi.org/10.15407/nnn.21.03.593

6. O. M. Bordun, B. O. Bordun, I. I. Medvid, I. Yo. Kukharskyy, D. M. Maksymchuk, I. M. Kofliuk. Dispersion properties of (La0.06Ga0.94)2O3:Eu thin films // Physics and Chemistry of Solid State. 2024, 25 (1), 85–90. DOI: https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.85-90

7. О. М. Bordun, І. О. Bordun, І. І. Medvid, D. M. Maksymchuk, І. Yo. Kucharskyy, І. М. Kofliuk, and D. S. Leonov Surface Morphology and Low-Temperature Luminescence of Thin (Y0.06Ga0.94)2O3:Cr3+ Films // Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii. 2025. V. 23, No. 2. P. 437-448. DOI: https://doi.org/10.15407/nnn.23.02.0437 https://doi.org/10.15407/nnn.18.01.053

8. O. M. Bordun, I. I. Medvid, M. V. Protsak, I. Yo. Kukharskyy, I. M. Kofliuk, and D. M. Maksymchuk. The influence of deposition conditions on the surface morphology and luminescent properties of (Y0.06Ga0.94)2O3:Cr thin films // Molecular Crystals and Liquid Crystals 2024, 1–8 DOI: https://doi.org/10.1080/15421406.2024.2359653

9. Іванна Медвідь, Марія Процак, Катерина Біляк, Богдан Бордун, Данило Максимчук, Аліна Мацаєнко. Дослідження морфології поверхні тонких плівок (Y0.06Ga0.94)2O3 з домішкою Cr. Тези доповідей Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “ЕВРИКА–2023” Львів, 16-18 травня 2023 року. С.67. URL: https://physics.lnu.edu.ua/conferences/heureka2023/files/Heureka2023.pdf

10. O.M. Bordun, B.O. Bordun, I.Yo. Kukharskyy, I.I. Medvid, I.M. Kofliuk, D.M. Maksymchuk Dispersion Properties of (La0.06Ga0.94)2O3:Eu Thin Films. ХІХ Міжнародна Фреїківська конференція з фізики і технології тонких плівок та наносистем. Матеріали. // За ред. Л.І. Никируя, Р.О. Дзумедзея. Івано-Франківськ : Вид-во Прикарпатського нац. ун-т ім. Василя Стефаника, 2023. C. 87. URL: https://kfhtt.pnu.edu.ua/wp-content/uploads/sites/48/2023/10/abstract-book_2023.pdf

11. D. M. Maksymchuk, B. R. Penyukh, R. I. Bihun PMT-2 Thermocouple Vacuum Gauge Embedded Measurement Module Development. ХІХ Міжнародна Фреїківська конференція з фізики і технології тонких плівок та наносистем. Матеріали. // За ред. Л.І. Никируя, Р.О. Дзумедзея. Івано-Франківськ: Вид-во Прикарпатського нац. ун-т ім. Василя Стефаника, 2023. C. 165. URL: https://kfhtt.pnu.edu.ua/wp-content/uploads/sites/48/2023/10/abstract-book_2023.pdf

12. O.M. Bordun , I.I. Medvid , M.V. Protsak , I.Yo. Kukharskyy, I.M. Kofliuk , D.M. Maksymchuk The influence of deposition conditions on the surface morphology and luminescent properties of (Y0.06Ga0.94)2O3:Cr thin films // International research and practice conference “Nanotechnology and nanomaterials” (NANO-2023) : Abstract Book of participants of the International research and practice conference, Bukovel, Ukraine, 16–19 August 2023 – Kyiv: LLC APF POLYGRAPH SERVICE, 2023. – P. 461.

13. І. Медвідь, Б. Бордун, М. Процак, Д. Максимчук, В. Федюшко Дослідження впливу атмосфери відпалу на оптичні властивості тонких плівок (Y0.06Ga0.94)2O3:Tm // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА–2025, Львів, Україна, 13-15 травня 2025 – 2025. – С. B24. URL: https://physics.lnu.edu.ua/conferences/heureka2025/files/Heureka2025.pdf.

14. O. M. Bordun, B. O. Bordun, I. I. Medvid, I. Yo. Kukharskyy, D. M. Maksymchuk, I. M. Kofliuk. Surface morphology and luminescence spectroscopy of thin films of (X0.06Ga0.94)2O3:Eu3+ (X = Y, La) // 13th International Conference "Nanotechnologies and Nanomaterials" (NANO-2025), Bukovel, Ukraine, 20 – 23 of August 2025 – 2025.

Files

Similar theses