Влияние температуры подложки на оптические свойства тонких пленок GaSe, полученных методом PECVD

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Впервые тонкие пленки GaSe были получены методом плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD), где в качестве исходных веществ использовались высокочистые элементарные галлий и селен. Инициирование взаимодействия элементов осуществлялось ВЧ-разрядом (40,68 МГц) при пониженном давлении 0,1 Торр. Исследованы состав, морфология поверхности, структурные и оптические свойства пленок селенида галлия в зависимости от температуры подложки. Осажденные пленки поликристаллического GaSe были получены на сапфировой подложке при температурах 250 и 350 °C, а аморфные пленки GaSe – при 150 °C.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Кудряшов

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru
Россия, г. Нижний Новгород; г. Нижний Новгород

Л. А. Мочалов

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева;

Email: journal@electronics.ru
Россия, г. Нижний Новгород; г. Нижний Новгород

Ю. П. Кудряшова

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: journal@electronics.ru
Россия, г. Нижний Новгород; г. Нижний Новгород

Е. А. Слаповская

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: journal@electronics.ru
Россия, г. Нижний Новгород

М. А. Вшивцев

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: journal@electronics.ru
Россия, г. Нижний Новгород; г. Нижний Новгород

Р. Н. Крюков

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: journal@electronics.ru
Россия, г. Нижний Новгород

Список литературы

  1. Ares P., Novoselov K. S. Recent advances in graphene and other 2D materials. Nano Mater. Sci. 2022; 4(1): 3–9. doi: 10.1016/j.nanoms.2021.05.002.
  2. Das S., Sebastian A., Pop E., McClellan C.J., Franklin A. D., Grasser T., Knobloch T., Illarionov Yu., Penumatcha A. V., Appenzeller J., Chen Z., Zhu W., Asselberghs I., Li L.-J., Avci U. E., Bhat N., Anthopoulos T. D., Singh R. Transistors based on two-dimensional materials for future integrated circuits. Nat. Electron. 2021; 4(11):786–799 doi: 10.1038/s41928-021-00670-1.
  3. Malik M., Iqbal M. A., Choi J. R., Pham P. V. 2D materials for efficient photodetection: overview, mechanisms, performance and UV-IR range applications. Front. Chem. 2022; 10:905404. doi: 10.3389/fchem.2022.905404.
  4. Turunen, M., Brotons-Gisbert, M., Dai, Y., Wang Y., Scerri E., Bonato C., Jöns K. D., Sun Z., Gerardot B. D. Quantum photonics with layered 2D materials. Nat. Rev. Phys. 2022; 4(4):219–236. doi: 10.1038/s42254-021-00408-0.
  5. Katiyar A. K., Hoang A. T., Xu D., Hong J., Kim B. J., Ji S., Ahn J.-H. 2D materials in flexible electronics: recent advances and future prospectives. Chem. Rev. 2024; 124(2):318–419. doi: 10.1021/acs.chemrev.3c00302.
  6. Grzonka J., Claro M. S., Molina-Sánchez A., Sadewasser S., Ferreira P. J. Novel polymorph of GaSe. Adv. Funct. Mater. 2021; 31(48):2104965. doi: 10.1002/adfm.202104965
  7. Arutyunyan N. R., Rybkovskiy D. V., Obraztsova E. A., Obraztsova E. D. Size-induced evolution of optical properties in gallium selenide thin layers. J. Lumin. 2022; 242:118546. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118546.
  8. Song M., An N., Zou Y. Zhang Y., Huang W., Hou H., Chen X. Epitaxial growth of 2D gallium selenide flakes for strong nonlinear optical response and visible-light photodetection. Front. Phys. 2023; 18(5):52302. doi: 10.1007/s11467-023-1277-3.
  9. 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.
  10. Jiang B., Hao Z., Ji Y. Hou Y., Yi R., Mao D., Gan X., Zhao J. High-efficiency second-order nonlinear processes in an optical microfibre assisted by few-layer GaSe. Light Sci. Appl. 2020; 9:63. doi: 10.1038/s41377-020-0304-1.
  11. Manfredotti C., Murri R., Quirini A., Vasanelli L. A particular application of GaSe semiconductor detectors in the neutrino experiment at CERN. Nuclear Instruments and Methods. 1975; 131(3):457–462. doi: 10.1016/0029-554x(75)90434-6.
  12. Fritsche R., Wisotzki E., Islam A. B.M.O., Thissen A., Klein A., Jaegermann W., Rudolph R., Tonti D., Pettenkofer C. Electronic passivation of Si(111) by Ga–Se half-sheet termination. Appl. Phys. Lett. 2002; 80(8):1388–1390. doi: 10.1063/1.1454228.
  13. González C., Benito I., Ortega J., Jurczyszyn L., Blanco J. M., Pérez R., Flores F., Kampen T. U., Zahn D. R.T., Braun W. Selenium passivation of GaAs(001): a combined experimental and theoretical study. J. Phys. Condens. Matter. 2004; 16(13):2187–2206. doi: 10.1088/0953-8984/16/13/001.
  14. Chen G., Zhang L., Li L., Cheng F., Fu X., Li J., Pan R., Cao W., Chan A. S., Panin G. N., Wan J., Zhang H., Liu C. GaSe layered nanorods formed by liquid phase exfoliation for resistive switching memory applications. J. Alloys Compd. 2020; 823:153697. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.153697.
  15. Chang C.-C., Zeng J.-X., Lan S.-M., Uen W.-Y., Liao S.-M., Yang T.-N., Ma W.-Y., Chang K.-J. Fabrication of single-phase ε-GaSe films on Si(100) substrate by metal organic chemical vapor deposition. Thin Solid Films. 2013; 542:119–122. doi: 10.1016/j.tsf.2013.06.087.
  16. Mahmoud W. E., Al-Ghamdi A.A., Shirbeeny W., Al-Hazmi F.S., Khan S. A. Electrochemical growth of GaSe nanostructures and their Schottky barrier characteristics. Superlattices Microstruct. 2013; 63:162–167. doi: 10.1016/j.spmi.2013.08.025.
  17. Liu C.-W., Dai J.-J., Wu S.-K., Diep N.-Q., Huynh S.-H., Mai T.-T., Wen H.-C., Yuan C.-T., Chou W.-C., Shen J.-L., Luc H.-H. Substrate-induced strain in 2D layered GaSe materials grown by molecular beam epitaxy. Sci. Rep. 2020; 10:12972. doi: 10.1038/s41598-020-69946-4.
  18. Jian S.-R., Juang J.-Y., Luo C.-W., Ku S.-A., Wu K.-H. Nanomechanical properties of GaSe thin films deposited on Si(111) substrates by pulsed laser deposition. J. Alloys Compd. 2012; 542:124–127. doi: 10.1016/j.jallcom.2012.07.089.
  19. Sakr G. B. Optical and electrical properties of GaSe thin films. Mater. Sci. Eng. B. 2007; 138(1):1–6. doi: 10.1016/j.mseb.2006.10.008.
  20. Ohyama M., Fujita Y. Electrical and optical properties in sputtered GaSe thin films. Surf. Coatings Technol. 2003; 169–170:620–623. doi: 10.1016/S0257-8972(03)00129-4.
  21. Kudryashov M., Mochalov L., Nezdanov A., Kornev R., Logunov A., Usanov D., Mashin A., De Filpo G., Gogova D. A novel plasma-based method for synthesis of As-Se-Te films: Impact of plasma parameters on the structure, composition, and optical properties. Superlattices Microstruct. 2019; 128:334–341. doi: 10.1016/j.spmi.2019.01.035.
  22. Mochalov L., Nezhdanov A., Logunov A., Kudryashov M., Krivenkov I., Vorotyntsev A., Gogova D., Mashin A. Optical emission of two-dimensional arsenic sulfide prepared by plasma. Superlattices Microstruct. 2018; 114:305–313. doi: 10.1016/j.spmi.2017.12.052.
  23. Usanov D., Nezhdanov A., Kudryashov M., Krivenkov I., Markelov A., Trushin V., Mochalov L., Gogova D., Mashin A. Some insights into the mechanism of photoluminescence of As-S-based films synthesized by PECVD. J. Non. Cryst. Solids. 2019; 513:120–124. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2019.03.015.
  24. Sazanova T. S., Mochalov L. A., Logunov A. A., Kudryashov M. A., Fukina D. G., Vshivtsev M. A., Prokhorov I. O., Yunin P. A., Smorodin K. A., Atlaskin A. A., Vorotyntsev A. V. Influence of temperature parameters on morphological characteristics of plasma deposited zinc oxide nanoparticles. Nanomaterials. 2022; 12(11):1838. doi: 10.3390/nano12111838.
  25. Minkov D., Angelov G., Nestorov R., Nezhdanov A., Usanov D., Kudryashov M., Mashin A. Optical characterization of AsxTe100-x films grown by plasma deposition based on the advanced optimizing envelope method. Materials (Basel). 2020; 13(13):2981. doi: 10.3390/ma13132981.
  26. 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(7):073002. doi: 10.1149/2162-8777/ac0e11.
  27. Mochalov L., Kudryashov M., Vshivtsev M., Prokhorov I., Kudryashova Yu., Mosyagin P., Slapovskaya E. Plasma-enhanced chemical vapor deposition of GaxS1-x thin films: structural and optical properties. Opt. Quantum Electron. 2023; 55(10):909. doi: 10.1007/s11082-023-05165-1.
  28. Kudryashov M. A., Mochalov L. A., Prokhorov I. O., Vshivtsev M. A., Kudryashova Yu.P., Malyshev V. M., Slapovskaya E. A. Plasma-enhanced chemical vapor deposition of thin GaS films on various types of substrates. High Energy Chem. 2023; 57(6):532–536. doi: 10.1134/S0018143923060097
  29. Mochalov L., Logunov A., Prokhorov I., Vshivtsev M., Kudryashov M., Kudryashova Yu., Malyshev V., Spivak Y., Greshnyakov E., Knyazev A., Fukina D., Yunin P., Moshnikov V. Variety of ZnO nanostructured materials prepared by PECVD. Opt. Quantum Electron. 2022; 54(10):646. doi: 10.1007/s11082-022-03979-z.
  30. Siqueira M. C., Machado K. D., Serbena J. P. M., Hümmelgen I. A., Stolf S. F., de Azevedo C. G. G., da Silva J. H. D. Electronic and optical properties of amorphous GaSe thin films. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2016; 27(7):7379–7383. doi: 10.1007/s10854-016-4711-2.
  31. Rybkovskiy D. V., Arutyunyan N. R., Orekhov A. S., Gromchenko I. A., Vorobiev I. V., Osadchy A. V., Salaev E.Yu., Baykara T. K., Allakhverdiev K. R., Obraztsova E. D. Size-induced effects in gallium selenide electronic structure: The influence of interlayer interactions. Phys. Rev. B. 2011; 84(8):085314. doi: 10.1103/PhysRevB.84.085314.
  32. Bassou A., Rajira A., El-Hattab M., El Haskouri J., Murcia-Mascaros S., Almaggoussi A., Abounadi A. Structural and optical properties of a layered ε-GaSe thin film under elastic deformation from flexible PET substrate. Micro and Nanostructures. 2022; 163:107152. doi: 10.1016/j.spmi.2022.107152.
  33. Thamilselvan M., Premnazeer K., Mangalaraj D., Narayandass S., Kim K., Yi J. Structure, optical and DC conduction mechanism of amorphous GaSe thin films. Mater. Sci. Semicond. Process. 2004; 7(1–2):69–75. doi: 10.1016/j.mssp.2004.05.004.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение плазмохимической установки для синтеза тонких пленок GaSe

Скачать (114KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифрактограммы пленок селенида галлия, осажденных при разных температурах подложки

Скачать (103KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения пленок селенида галлия, осажденных при различных температурах подложки: 150 (а), 250 (b) и 350 °C (c) (масштабная линейка 200 нм)

Скачать (512KB)
Метаданные
5. Рис. 4. АСМ-изображения (3×3мкм2) пленок селенида галлия, осажденных при различных температурах подложки: 150 (а), 250 (b) и 350 °C (c)

Скачать (294KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры пропускания пленок селенида галлия, осажденных при различных температурах подложки

Скачать (93KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры поглощения в координатах αhν1/2 (а) и αhν2 (b) от hν для пленок GaSe на сапфире, осажденных при разной температуре подложки

Скачать (149KB)
Метаданные

© Кудряшов М.А., Мочалов Л.А., Кудряшова Ю.П., Слаповская Е.А., Вшивцев М.А., Крюков Р.Н., 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах