ЛАЗЕРНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК PBSE Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВО-2023- УМНИК-ФОТОНИКА

ЛАЗЕРНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК PBSE

*

Ольхова А.А. , Патрикеева А.А., Дубкова М.А.' Сергеев М.М.

Национальный исследовательский университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-337-338

В работе показано влияние лазерного облучения халькогенидных пленок PbSe на их оптические характеристики в результате необратимой модификации структуры. Исследованы особенности модификации структуры и свойств пленок под действием наносекундных лазерных импульсов с длиной волны 1064 нм. Применение лазерных импульсов ближнего инфракрасного диапазона (ИК) обеспечивало модификацию структуры пленки при плотности мощности 2.4-18.2 МВт/см2 и длительности импульсов от 4 до 50 нс. Исследованы характеристики лазерного источника, в частности температура лазерного пучка и его влияние на физический механизм модификации структуры пленки. Сканирование лазерным пятном в указанных режимах обеспечивает не повреждающее изменение структуры пленки, а также ее оптических характеристик пленки, и это становится серьезной альтернативой технологии тепловой обработки в печи.

Ключевые слова: Лазерная модификация, Пленки PbSe, Оптические характеристики, Режим потемнения, Режим просветления, Тепловая обработка, Лазерные импульсы.

В последние десятилетия наблюдается постоянное развитие и совершенствование лазерных технологий в различных областях науки и техники. Одной из таких областей является модификация свойств материалов с использованием лазерного излучения. В данном тексте мы рассмотрим механизм фототермического действия лазерного излучения на халькогенидные пленки PbSe и применимость данного метода в приложении газового анализа [1, 2].

Существует несколько методов повышения фоточувствительности халькогенидных пленок PbSe, включая добавление примесей, создание дефектов в структуре пленок и лазерную модификацию.

Один из методов - добавление примесей, таких как хлор и йод, которые могут повысить фоточувствительность пленок. Однако этот метод имеет некоторые недостатки, включая изменение химической структуры пленок и возможность ухудшения их электрических свойств.

Другой метод - создание дефектов в структуре пленок путем облучения их частицами высокой энергии. Этот метод также может улучшить фоточувствительность пленок, но требует сложной обработки и может снизить их стабильность.

Однако лазерная модификация может быть более эффективным методом повышения фоточувствительности PbSe по сравнению с другими методами. Лазерная модификация позволяет манипулировать поведением материала на микро- и нанометровом уровне, что может привести к значительному повышению фоточувствительности.

В представленной работе изменение оптических характеристик образца проводилось за счет модификация структуры халькогенидных пленок PbSe наносекундными лазерными импульсами ИК излучения. Лазерная обработка пленок PbSe в режиме построчного сканирования приводила к размягчению и перераспределению материала пленки (рисунок 1), и в случае увеличения длительности импульсов - к образованию аморфной оксидной фазы на поверхности образца (рисунок 2). Кроме того, получены оптические характеристики образцов в ближнем и среднем ИК диапазоне, которые свидетельствуют об уменьшении отражения и/или пропускания в диапазонах длин волн, которые соответствуют пикам поглощения газов CO, NO, NO2 и HNO3.

ВКВО-2023 УМНИК-ФОТОНИКА

Рис. 1. Снимки пленки PbSe после модификации в режиме потемнения, полученные с помощью оптической

микроскопии: в светлом поле отраженного света (а). Снимки пленки PbSe, полученные с помощью детектора вторичных электронов СЭМ (Ь, с), (й') рентгеновского дифрактометра

Рис. 2. Снимки пленки PbSe после модификации в режиме просветления, полученные с помощью оптической микроскопии: в светлом поле отраженного света (а), в поле прошедшего света (b). Снимки пленки PbSe, полученные с помощью детектора вторичных электронов СЭМ (c, d), (e) рентгеновского дифрактометра

При достаточно низких температурах происходят изменения в структуре и свойствах материала, такие как кристаллическая решетка и оптические константы. Это позволяет получать новые физические свойства и улучшать характеристики материала.

Продемонстрирована возможность лазерной модификации оптических и электрических характеристик плёнок PbSe, что может стать альтернативой тепловой обработки в печи. В дальнейшем, возможно применение модифицированных халькогенидных плёнок, как детекторов в устройствах газового анализа.

Благодарность

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского Научного Фонда (№ 23-29-10081) и гранта УМНИК-ФОТОНИКА (18058ГУ/2022).

Литература

1. Tan C. L. Mohseni H. Emerging technologies for high Performance infrared detectors /Tan, Chee Leong, and Hooman Mohseni //Nanophotonics. - 2018. - Т. 7. - №. 1. - P. 169-197. D01:10.1515/nanoph-2017-0061

2. Karim A. Infrared detectors: Advances, challenges and new technologies / Karim A., Andersson J. Y. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2013. - Vol. 51. - №. 1. - P. 012001. DOI: 10.1088/1757-899X/51/1/012001