Научная статья на тему 'Анализ поверхности тонких пленок Bi2Te3 осажденных методом импульсной лазерной абляции'

Анализ поверхности тонких пленок Bi2Te3 осажденных методом импульсной лазерной абляции Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
202
56
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛАЗЕРНАЯ АБЛЯЦИЯ / НАНОРЕЛЬЕФ / МОРФОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Григорьянц А. Г., Макаров В. В., Мисюров А. И., Башков В. М., Шупенев А. Е.

Проведен анализ поверхности тонких пленок теллурида висмута, полученных с помощью метода импульсной лазерной абляции. Тонкие пленки осаждались в вакууме на монокристаллические подогретые кремниевые подложки с помощью эксимерного Kr-F2лазера. Исследовалась морфология поверхности пленок, осажденных при различных температурах в камере, а также нанорельеф поверхности пленок, полученных при различных расстояниях между облучаемой мишенью и подложкой

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Григорьянц А. Г., Макаров В. В., Мисюров А. И., Башков В. М., Шупенев А. Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Анализ поверхности тонких пленок Bi2Te3 осажденных методом импульсной лазерной абляции»

Электронное научно-техническое издание

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эя №ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025.ISSN 1994-04OS_

Анализ поверхности тонких пленок Bi2Te3 осажденных методом импульсной лазерной абляции.

77-30569/239713

# 10, октябрь 2011

Григорьянц А. Г., Макаров В. В., Мисюров А. И., Башков В. М., Шупенев А. Е., Миронов Ю. М.

УДК.00000

МГТУ им. Н.Э. Баумана Valeryi.makarov@,gmail. com ami siurov@yahoo. com [email protected] [email protected]

Полупроводниковые материалы на основе теллурида висмута в настоящее время являются эффективными термоэлектриками и широко используются в термоэлектрических преобразователях энергии, холодильниках, термостатах, благодаря высоким значениям термоэлектрической эффективности [1]. В современных твердотельных термоэлектрических преобразователях энергии используются преимущественно объемные материалы. Интерес к тонким и сверхтонким пленкам данного полупроводника обусловлен перспективами создания миниатюрных устройств с более высокими функциональными возможностями. Как показывают литературные данные, устройства на основе тонких пленок теллурида висмута позволяют достичь локального охлаждения или нагрева приблизительно в 2*104 раз быстрее, чем в устройствах, созданных на основе объемных материалов [2].

Традиционным методом получения тонких пленок теллурида висмута является метод термического испарения в вакууме. Однако возникают трудности, связанные с высоким парциальным давлением паров халькогена. В результате чего образующиеся пленки имеют худшие электрические параметры по сравнению с монокристаллами. Для получения качественных пленок используются методы молекулярно-лучевой и металлоорганической газофазной эпитаксии.

Метод импульсной лазерной абляции выгодно отличается от термических методов непрерывного осаждения тонких пленок полупроводников. Наличие большой доли возбужденных атомов и ионов позволяет понизить температуру эпитаксиального роста, а

высокая скорость образования зародышей позволяет осаждать чрезвычайно тонкие сплошные пленки (единицы нанометров). Кроме того, поскольку за один импульс испаряется незначительная масса вещества мишени, можно достаточно точно контролировать толщину пленки количеством лазерных импульсов. Качество полученных методом лазерной абляции пленок сопоставимо с качеством пленок, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Работы по получению и исследованию тонкопленочных покрытий проводятся в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Тонкие пленки теллурида висмута получены на модуле импульсного лазерного осаждения, входящего в состав сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса. В качестве мишеней использовались таблетки из прессованного порошка теллурида висмута. Испарение мишеней осуществлялось эксимерным Kr-F2 лазером, с максимальной энергией до 400 мДж, длительностью импульса 30 нс, частотой следования импульсов до 10 Гц. В качестве материала подложки использовались кремниевые пластины. Эксперименты проводились как при комнатной температуре, так и в нагретой камере с температурой нагревателя до 8000С. Экспериментально установлено, что в зависимости от параметров лазерной абляции, можно получить осажденный слой толщиной от 30 до 200 нм.

Морфологические исследования поверхности осажденных пленок Bi2Te3 проводилось на сверхвысоковакуумном модуле с колонной фокусированных ионных пучков (СВВ ФИП). Для изучения нанорельефа поверхности тонких пленок использовались сверхвысоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп JEOL JSPM 4610 и зондовый микроскоп Ntegra Spectra.

Морфологические исследования проводились на пленках, осажденных при различных температурных условиях. На рис. 1 представлен внешний вид поверхности пленок осажденных при различных температурах нагревателя: 20 0С рис. 1(а); 400 0С рис. 1(б); 800 0С рис. 1(в). Слева представлен общий вид поверхности, справа увеличенная область с образованиями на поверхности пленки, отличающимися по контрасту от основной поверхности пленки. Предположительно, образования возникают из-за нарушения стехиометрии в сторону обогащения висмутом [2]. Это может быть связано с неоднородностями состава облучаемой мишени и с образованием кластеров частиц при абляции мишени, которые могут попадать на поверхность растущей пленки и тем самым создавать отклонение от стехиометрии. Из приведенных ниже изображений видно, что с увеличением температуры осаждения, количество и величина таких образований уменьшается. Однако этот процесс требует еще дополнительных исследований и обсуждений.

х280 х5000

Рис.1. Поверхность пленки Bi2Te3 осажденной при температуре нагревателя:

а) Т=20 0С; б) Т=400 0С; в) Т=800 0С. Стрелкой показаны участки с нарушенным стехиометрическим соотношением.

Исследование нанорельефа происходило на пленках, полученных при различных расстояниях от мишени до подложки. Сканировался участок поверхности образца 5*5 мкм зондовым методом, в результате чего фиксировалась величина шероховатости. Общий вид просканированной поверхности представлен на рис. 2. Полученные значения шероховатости составляют около 2 нм, при толщине осажденного слоя порядка 100 нм. При увеличении расстояния между облучаемой мишенью и подложкой величина шероховатости уменьшается. Предположительно это связано с тем, что при больших расстояниях, до подложки долетают частицы с меньшей энергией и снижается количество кластеров, которые попадают на поверхность наращиваемой пленки.

Рис.2 Общий вид поверхности пленки В12Те3 осажденной при температуре нагревателя

400 0С.

Список используемой литературы.

1. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе В12Те3. Б.М. Гольцман, В.А. Кудинов, И.А. Смирнов, М.: Наука, 1972.

2. Осаждение тонких пленок В12Те3 и БЬ2Те3 методом импульсной лазерной абляции. И.С. Вирт, Т.П. Шкумбатюк, И.В. Курило, И.О. Рудый, И.Е. Лопатинский. Физика и техника полупроводников, 2010, том 44, вып. 4.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.