Отправить статью по E-mail Структурные и оптические свойства тонких пленок сульфида галлия, полученных плазмохимическим осаждением из газовой фазы
- Авторы: Мочалов Л.А.1,2, Кудряшов М.А.1,2, Вшивцев М.А.1, Прохоров И.О.1, Юнин П.А.2, Сазанова Т.С.1, Кудряшова Ю.П.2, Малышев В.М.1, Куликов А.Д.1, Воротынцев В.М.1,2
-
Учреждения:
- Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
- Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
- Выпуск: Том 17, № 2 (2023)
- Страницы: 96-107
- Раздел: Технологии и технологическое оборудование
- URL: https://journals.eco-vector.com/1993-7296/article/view/627288
- DOI: https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.2.96.106
- ID: 627288
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Сульфиды галлия обладают широкой запрещенной зоной в диапазоне 2,85–3,05 эВ и перспективны для использования в фотовольтаике и оптоэлектронике, нелинейной оптики, оптоэлектроники, терагерцевых устройствах, а также в качестве пассивирующих слоев в полупроводниковых приборах III–V групп. В данной работе тонкие пленки сульфида галлия GaxS1−x впервые были получены методом плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD) с помощью транспортной реакции с участием хлора, при этом непосредственно высокочистые элементы (Ga и S) были использованы в качестве исходных веществ. Неравновесная низкотемпературная плазма ВЧ-разряда (40,68 МГц) при пониженном давлении (0,01 Торр) являлась инициатором химических превращений. Были изучены зависимости состава, морфологии поверхности, структурных и оптических свойств полученных пленок от мощности плазменного разряда.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Л. А. Мочалов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-7842-8563
Россия, Нижний Новгород; Нижний Новгород
М. А. Кудряшов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-3090-1622
Россия, Нижний Новгород; Нижний Новгород
М. А. Вшивцев
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Email: journal@electronics.ru
Россия, Нижний Новгород
И. О. Прохоров
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0009-0003-5180-5394
Россия, Нижний Новгород
П. А. Юнин
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-7081-2934
Россия, Нижний Новгород
Т. С. Сазанова
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0003-2580-821X
Россия, Нижний Новгород
Ю. П. Кудряшова
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Email: journal@electronics.ru
Россия, Нижний Новгород
В. М. Малышев
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Email: journal@electronics.ru
Россия, Нижний Новгород
А. Д. Куликов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Email: journal@electronics.ru
Россия, Нижний Новгород
В. М. Воротынцев
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-9451-937X
Россия, Нижний Новгород; Нижний Новгород
Список литературы
- Alderhami S. A., Collison D., Lewis D. J., McNaughter P.D., O’Brien P., Spencer B. F., Vitorica-Yrezabala I., Whitehead G. Accessing γ-Ga2S3 by solventless thermolysis of gallium xanthates: a low-temperature limit for crystalline products. Dalton Trans. 2019; 48(41):15605–15612. doi: 10.1039/C9DT02061F.
- Zappia M. I., Bianca G., Bellani S., Curreli N., Sofer Z., Serri M., Najafi L., Piccinni M., Oropesa-Nuñez R., Marvan P., Pellegrini V., Kriegel I., Prato M., Cupolillo A., Bonaccorso F. Two-Dimensional Gallium Sulfide Nanoflakes for UV-Selective Photoelectrochemical-type Photodetectors. J. Phys. Chem. C. 2021; 125(22):11857–11866. doi: 10.1021/acs.jpcc.1c03597.
- Jones A. C., O’Brien P. CVD of Compound Semiconductors: Precursor Synthesis, Development and Applications. 1997; CHAPTER 1. Basic Concepts. P. 1–42. doi: 10.1002/9783527614639.ch1.
- Cuculescu E., Evtodiev I., Caraman M., Rusu M. Optical and photoelectrical properties of GaS and CdTe thin FILMS, components of GaS/CdTe heterojunctions. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2006; 8(3):1077–1081.
- Lu Y., Chen J., Chen T., Shu Y., Chang R.-J., Sheng Y., Shautsova V., Mkhize N., Holdway P., Bhaskaran H., Warner J. H. Controlling Defects in Continuous 2D GaS Films for High-Performance Wavelength-Tunable UV-Discriminating Photodetectors. Adv. Mater. 2020; 32(7):1906958. doi: 10.1002/adma.201906958.
- Alsaif M. M.Y.A., Pillai N., Kuriakose S., Walia S., Jannat A., Xu K., Alkathiri T., Mohiuddin M., Daeneke T., Kalantar-Zadeh K., Zhen Ou J., Zavabeti A. Atomically Thin Ga2S3 from Skin of Liquid Metals for Electrical, Optical, and Sensing Applications. ACS Appl. Nano Mater. 2019; 2(7):4665–4672. doi: 10.1021/acsanm.9b01133.
- Yang S., Li Y., Wang X., Huo N., Xia J.-B., Li S.-S., Li J. High performance few-layer GaS photodetector and its unique photo-response in different gas environments. Nanoscale. 2014; 6(5):2582–2587. doi: 10.1039/C3NR05965K.
- Gutiérrez Y., Giangregorio M. M., Dicorato S., Palumbo F., Losurdo M. Exploring the Thickness-Dependence of the Properties of Layered Gallium Sulfide. Front. Chem. 2021; 9:781467. doi: 10.3389/fchem.2021.781467.
- Cingolani A., Minafra A., Tantalo P., Paorici C. Edge emission in GaSe and Ga S. Phys. Status Solidi A. 1971; 4(1): K83–K85. doi: 10.1002/pssa.2210040150.
- Jung C. S., Shojaei F., Park K., Oh J. Y., Im H. S., Jang D. M., Park J., Kang H. S. Red-to-Ultraviolet Emission Tuning of Two-Dimensional Gallium Sulfide/Selenide. ACS Nano. 2015; 9(10):9585–9593. doi: 10.1021/acsnano.5b04876.
- Huang Z., Huang J.-G., Kokh K. A., Svetlichnyi V. A., Shabalina A. V., Andreev Y. M., Lanskii G. V. Ga2S3: Optical properties and perspectives for THz applications. 2015. 40-th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). doi: 10.1109/irmmw-thz.2015.7327440.
- Ho C.-H., Chen H.-H. Optically decomposed near-band-edge structure and excitonic transitions in Ga2S3. Sci Rep. 2014; 4:6143. doi: 10.1038/srep06143.
- Hu Z. M., Fei G. T., Zhang L. D. Synthesis and tunable emission of Ga2S3 quantum dots. Materials Letters. 2019; 239:17–20. doi: 10.1016/j.matlet.2018.12.046.
- Lu H., Chen Y., Yang K., Kuang Y., Li Z., Liu Y. Ultrafast Nonlinear Optical Response and Carrier Dynamics in Layered Gallium Sulfide (GaS) Single-Crystalline Thin Films. Front. Mater. 2021; 8:775048. doi: 10.3389/fmats.2021.775048.
-
Kokh K., Lapin I. N., Svetlichnyi V., Galiyeva P., Bakhadur A., Andreev Y. Synthesis and Bridgman Growth of Ga2S3 Crystals. Key Eng. Mater. 2016; 683:71–76. doi: 10.4028/
- Chen X., Hou X., Cao X., Ding X., Chen L., Zhao G., Wang X. Gallium sulfide thin film grown on GaAs(100) by microwave glow discharge. Journal of Crystal Growth. 1997; 173(1–2):51–56. doi: 10.1016/s0022-0248(96)00808-1.
- Eriguchi K., Biaou C., Das S., Yu K. M., Wu J., Dubon O. D. Temperature-dependent growth of hexagonal and monoclinic gallium sulfide films by pulsed-laser deposition. AIP Advances. 2020; 10(10):105215. doi: 10.1063/5.0021938.
- Meng X., Libera J. A., Fister T. T., Zhou H., Hedlund J. K., Fenter P., Elam J. W. Atomic Layer Deposition of Gallium Sulfide Films Using Hexakis(dimethylamido)digallium and Hydrogen Sulfide. Chem. Mater. 2014; 26(2):1029–1039. doi: 10.1021/cm4031057.
-
Ahamad T., Alshehri S. M. Green Synthesis and Characterization of Gallium(III) Sulphide (α-Ga2S3) Nanoparicles at Room Temperature. Nano Hybrids. 2014; 6:37–46. doi: 10.4028/
- Rao P., Kumar S., Sahoo N. K. Influence of boat material on the structure, stoichiometry and optical properties of gallium sulphide films prepared by thermal evaporation. Mater. Chem. Phys. 2015; 149–150:164–171. doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.10.002.
- Kim J., Park W., Lee J.-H., Seong M.-J. Simultaneous growth of Ga2S3 and GaS thin films using physical vapor deposition with GaS powder as a single precursor. Nanotechnology. 2019; 30(38):384001. doi: 10.1088/1361-6528/ab284c.
- Ertap H., Baydar T., Yüksek M., Karabulut M. Structural and optical properties of gallium sulfide thin film. Turk. J. Phys. 2016; 40(3):297–303. doi: 10.3906/fiz-1604-14.
- Micocci G., Rella R., Tepore A. Conductivity and optical absorption in amorphous gallium sulphide thin films. Thin Solid Films. 1989; 172(2):179–183. doi: 10.1016/0040-6090(89)90647-0.
- Kuhs J., Hens Z., Detavernier C. Plasma enhanced atomic layer deposition of gallium sulfide thin films. J. Vac. Sci. Technol. A. 2019; 37(2):020915. doi: 10.1116/1.5079553.
- Sanz C., Guillén C., Gutiérrez M. T. Influence of the synthesis conditions on gallium sulfide thin films prepared by modulated flux deposition. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009; 42(8):085108. doi: 10.1088/0022-3727/42/8/085108.
- Mochalov L., Logunov A., Kudryashov M. Kudryashova Yu., Vshivtsev M., Malyshev V. Lead-based chalcogenide thin films for mid-IR photoreceivers: plasma synthesis, semiconductor, and optical properties. Opt. Mater. Express. 2022; 12(4):1741–1753. doi: 10.1364/OME.455345.
- Mochalov L., Logunov A., Kudryashov M., Prokhorov I., Sazanova T., Yunin P., Pryakhina V., Vorotuntsev I., Malyshev V., Polyakov A., Pearton S. J. Heteroepitaxial Growth of Ga2O3 Thin Films of Various Phase Composition by Oxidation of Ga in Hydrogen-Oxygen Plasmas. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2021; 10:073002. doi: 10.1149/2162-8777/ac0e11.
- Mochalov L., Logunov A., Prokhorov I., Vshivtsev M., Kudryashov M., Kudryashova Yu., Malyshev V., Spivak Yu., Greshnyakov E., Knyazev A., Fukina D., Yunin P., Moshnikov V. Variety of ZnO nanostructured materials prepared by PECVD. Opt. Quant. Electron. 2022; 54:646. doi: 10.1007/s11082-022-03979-z.
- Mochalov L., Logunov A., Gogova D., Zelentsov S., Prokhorov I., Starostin N., Letnianchik A., Vorotyntsev V. Synthesis of gallium oxide via interaction of gallium with iodide pentoxide in plasma. Opt. Quant. Electron. 2020; 52:510. doi: 10.1007/s11082-020-02625-w.
- Mochalov L., Logunov A., Prokhorov I., Sazanova T., Kudrin A., Yunin P., Zelentsov S., Letnianchik A., Starostin N., Boreman G., Vorotyntsev V. Plasma-Chemical Synthesis of Lead Sulphide Thin Films for Near-IR Photodetectors. Plasma Chem. Plasma Process. 2021; 41:493–506. doi: 10.1007/s11090-020-10123-w.
- Mochalov, L.A., Kudryashov, M.A., Logunov, A.A., Kudryashova, Yu. P., Malyshev V. M., Drozdov P. N., Kovalev, A.V., Vorotyntsev, V. M. Plasma-Chemical Synthesis of Ytterbium Doped As–S Thin Films. Plasma Chem. Plasma Process. 2021; 41:1661–1670. doi: 10.1007/s11090-021-10190-7.
- Shirai T., Reader J., Kramida A. E., Sugar J. Spectral Data for Gallium: Ga I through Ga XXXI. J. Phys. Chem. Ref. Data. 2007; 36(2):509. doi: 10.1063/1.2207144.
- Shakhatov V. A., Lebedev Y. A., Lacoste A., Bechu S. Emission spectroscopy of a dipolar plasma source in hydrogen under low pressures. High Temperature. 2016; 54(4):467–474. (In Russ).
- Шахатов В. А., Лебедев Ю. А., Lacoste A., Bechu S. Эмиссионная спектроскопия диполярного источника плазмы в водороде при низких давлениях. ТВТ. 2016; 54(4):491–499. doi: 10.7868/S0040364416040219.
- Horley G. A., Lazell M. R., O’Brien P. Deposition of Thin Films of Gallium Sulfide from a Novel Liquid Single-Source Precursor, Ga(SOCNEt2)3, by Aerosol-Assisted CVD. Chem. Vap. Depos. 1999; 5(5):203–205. doi: 10.1002/(SICI)1521-3862(199910)5:5%3C203:: AID-CVDE203%3E3.0.CO;2-L.
- Isik M., Gasanly N. M., Gasanova L. Spectroscopic ellipsometry investigation of optical properties of β-Ga2S3 single crystals. Opt. Mater. 2018; 86:95–99. doi: 10.1016/j.optmat.2018.09.049.
Дополнительные файлы
