CC BY
28
УДК 535-45+535-47+538.911 DOI: 10.15350/17270529.2019.1.11
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ВАКУУМЕ НА ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОРИЕНТАЦИОННО ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ФОТОТОК В НАНОКОМПОЗИТНЫХ Ag/Pd ПЛЁНКАХ
1САУШИН А. С, 1ЗОНОВ Р. Г., АЛЕКСАНДРОВИЧ Е. В., 2КОСТЕНКОВ Н. В., 1 МИХЕЕВ Г. М.
1 Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН, 426000, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34
Удмуртский государственный университет, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1
АННОТАЦИЯ. В плёночных структурах возможна генерация фототока, меняющегося от поляризации падающего излучения по синусоидальным законам и зависящего от направления волнового вектора. Такой ток получил название поляризационно-ориентационно чувствительного фототока (ПОЧФТ). Структуры, способные генерировать ПОЧФТ, могут использоваться в оптоэлектронике. В данной работе представлены результаты исследования влияния температурного воздействия в вакууме на эффективность генерации ПОЧФТ в серебро-палладиевых нанокомпозитных (Ag/Pd) плёнках. Установлено, что нагрев Ag/Pd плёнок в вакууме приводит к уменьшению фототока, обусловленному уменьшением содержания оксида палладия в плёнке. Охлаждение Ag/Pd плёнок до температуры 148 К существенного влияния на эффективность генерации фототока не оказывает. Получены и испытаны защитные покрытия, предназначенные для предотвращения уменьшения ПОЧФТ вследствие нагрева. Найденные закономерности могут использоваться для создания датчиков угла положения и анализаторов поляризации излучения, способных работать в вакууме при повышенных температурах вплоть до 581 К.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: поляризационно-ориентационно чувствительный фототок, температурное воздействие, серебро-палладиевые плёнки, рентгеновская дифрактометрия, фазовый состав.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из интересных результатов взаимодействия лазерного излучения с веществом является генерация поляризационно-ориентационно чувствительного фототока (ПОЧФТ). Под ПОЧФТ подразумевается фототок, амплитуда и полярность которого зависят от поляризации и направления волнового вектора возбуждающего излучения. ПОЧФТ возбуждается линейно, эллиптически или циркулярно поляризованным светом и может быть обусловлен различными механизмами, такими как эффект увлечения [1], циркулярный фотогальванический эффект [2] или поверхностный фотогальванический эффект [3]. Такой фототок был обнаружен во множестве материалов. Примером обнаружения ПОЧФТ, обусловленного эффектом увлечения, могут служить фототоки в структурах ^-ШЗЬ [4], теллуре [5, 6], висмуте [7], наноструктурах из золота [8 - 10] и серебра [8]. Наблюдение ПОЧФТ вследствие циркулярного фотогальванического эффекта осуществлялось в теллуре [11], в силикате висмута Ви^Ю20 [12], в квантовых ямах [13, 14], а также в кристаллических пленках при межзонных квантовых переходах [15]. Исследованию фототока за счёт поверхностного фотогальванического эффекта посвящены работы [16 - 18].
Ранее было установлено, что наклонное облучение серебро-палладиевых нанокомпозитных (Ag/Pd) плёнок также приводит к генерации ПОЧФТ [19, 20] в широком спектральном диапазоне [21, 22], в том числе и при облучении фемтосекундными импульсами [23]. Совокупность полученных угловых и поляризационных зависимостей указывает на то, что механизмом генерации фототока является эффект увлечения. Благодаря обнаруженному ПОЧФТ Ag/Pd плёнки могут стать основой для создания сенсоров знака циркулярной поляризации света [24, 25] и датчиков углового положения [26], не содержащих оптических элементов и работающих в широком спектральном диапазоне. Такие датчики будут просты в изготовлении и могут найти своё применение во многих областях техники,
в том числе и космической. Однако нужно учитывать, что рассматриваемые датчики во время эксплуатации в вакууме могут быть подвержены нагреву, что может негативно сказаться на работоспособности вследствие изменения их фазового состава [27]. Следовательно, представляет интерес создание и испытание покрытий, препятствующих изменению состава Л§/Рё плёнок при повышенных температурах. В связи с этим, целью данной работы является исследование влияния термического воздействия в вакууме на ПОЧФТ в нанокомпозитных плёнках с защитными покрытиями.
ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для проведения экспериментов использовались Л§/Рё плёнки, полученные по известной толстоплёночной технологии [28, 29]. Данная технология заключается в нанесении специальной пасты [30] на диэлектрическую подложку с последующей сушкой и вжиганием. Вжигание осуществлялось при температуре 833 К. Размер плёнок составил 12,5*11 мм, а толщина - около 10 мкм. Для регистрации фототока между Ag/Pd плёнкой и подложкой с противоположных сторон были сформированы серебряные измерительные электроды. Электрическое сопротивление плёнки без покрытия, использованной для экспериментов с нагревом, составляло 59,3 Ом. Сопротивление плёнки, предназначенной для экспериментов с охлаждением, было равно 26,7 Ом. Фотография плёнки без покрытия представлена на рис. 1. При помощи рентгеновской дифрактометрии было установлено, что основными составляющими полученных плёнок являются нанокристаллиты оксида палладия (PdO) и твёрдого раствора серебро-палладий (Ag-Pd) [30].
Электроды
Плёнка
Подложка
Рис. 1. Фотография Ag/Pd плёнки
Для нагрева и охлаждения плёнок в вакууме использовалась вакуумная установка ВУП-5М. Возбуждение фототока осуществлялось при помощи оригинальной одномодовой лазерной установки с пассивной модуляцией добротности, работающей на длине волны 1064 нм (длительность импульсов 23 нс). Эксперименты проводились следующим образом. Исследуемая плёнка помещалась в вакуумную камеру, откуда откачивался воздух до давления 0,0013 Па. Затем начинался её постепенный нагрев или охлаждение. Плёнка нагревалась при помощи нагревателя на основе вольфрамовой спирали с электрическим сопротивлением 15 Ом, позволяющего достигать температуры 581 К. Эксперименты по охлаждению плёнки осуществлялись жидким азотом при помощи стандартных средств установки ВУП-5М. Во время нагрева или охлаждения ^-поляризованное излучение лазера
направлялось на плёнку через специальное окно вакуумной камеры. Схема возбуждения фототока представлена на рис. 2. Угол падения излучения на плёнку составлял а = 50°. При падении излучения на плёнку в ней возникал фототок, который регистрировался в виде импульса фотоЭДС при помощи осциллографа (входное сопротивление R = 50 Ом), подключённого к измерительным электродам напрямую. Во время экспериментов измерялся продольный фототок, т.е. фототок, протекающий в направлении, параллельном плоскости падения излучения о (параллельно оси х). Каждое экспериментальное значение фототока было получено усреднением по 30 импульсам с последующей нормировкой на мощность возбуждающего излучения.
Фазовый состав плёнок до и после термического воздействия исследовался при помощи рентгеновского дифрактометра D2 PHASER с использованием CuKa излучения с длиной волны 0,1541 нм. Дифрактограммы были получены в диапазоне углов 20 = 20 - 90° с шагом 0,04°.
Рис. 2. Схема возбуждения поляризационно-ориентационно чувствительного фототока: о - плоскость падения лазерного излучения на Ag/Pd плёнку, Е - вектор напряженности электрического поля излучения, а - угол падения излучения на поверхность образца, к - волновой вектор, п - нормаль к поверхности плёнки, А и В - измерительные электроды, х и у - оси прямоугольной системы координат,
Е, п и х лежат в плоскости о
В качестве защитного покрытия пленок был выбран лак КО-85 (завод НПФ «Эмаль», Россия), так как он, по заявленным техническим характеристикам, способен выдерживать температуры до 573 К, образуя герметичное покрытие, и является при этом прозрачным в видимом диапазоне длин волн. В соответствии с рекомендациями производителя после нанесения на плёнку лак КО-85 высушивался при комнатной температуре на воздухе в течение трёх дней. Толщина защитного слоя составляла около 100 мкм. Электрическое сопротивление Ag/Pd плёнки, покрытой лаком КО-85, было равно 65,9 Ом.
Кроме того, были получены образцы Ag/Pd плёнок, где в качестве защитного слоя наносилось покрытие из SiO2. Покрытие SiO2 было получено методом высокочастотного магнетронного распыления кварцевой мишени на установке «Катод- 1М» при давлении рабочего газа (аргон) равном 0,3 Па и мощности высокочастотного разряда 300 Вт. Время напыления составило 3 часа 10 минут. Температура образцов при напылении составляла 423 К. Были получены покрытия из SiO2 толщиной 330 нм. Сопротивление плёнки после нанесения покрытия вышеуказанным способом уменьшалось с 60 Ом до 27,9 Ом.
ке|
подложка
пленка
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе исследований Л§/Рё плёнки постепенно нагревались со средней скоростью 1,3 град/с в вакууме до температуры свыше 573 К, затем выдерживались в течение 140 минут при достигнутой температуре, а потом медленно охлаждались. Установлено, что при увеличении температуры фототок и сопротивление возрастают, однако во время выдержки при повышенных температурах данные параметры немного уменьшаются. В процессе охлаждения до комнатной температуры фототок и сопротивление уменьшаются (см. рис. 3, а и 3, б). Было произведено несколько циклов нагревания и охлаждения плёнок, после каждого цикла было зафиксировано уменьшение фототока и сопротивления, измеренных при комнатной температуре. После семи циклов нагрева и охлаждения фототок и сопротивление уменьшились более чем в 3 раза. Из рис. 3, а и 3, б видно, что изменения значений фототока и сопротивления во время цикла нагрева коррелируют между собой, что свидетельствует об изменении состава Л§/Рё плёнок при нагреве.
а)
б)
Рис. 3. Зависимости а) - поляризационно-ориентационно чувствительного фототока и б) - электрического сопротивления от температуры во время цикла нагрева и охлаждения Ag/Pd плёнки без покрытия
На рис. 4 представлены фрагменты дифрактограмм плёнок до и после пяти циклов нагрева в диапазоне углов 20 = 32 - 44°, где наблюдаются интенсивные линии дифракции, соответствующие РёО и твёрдому раствору Л§-Рё (наличие линий Л1203 связано с рентгеновской дифракцией на подложке). Из рисунка видно, что после пяти циклов нагрева и охлаждения интенсивность линий РёО значительно уменьшилась относительно интенсивности линий Л§-Рё. Это свидетельствует об уменьшении массовой доли фазовой составляющей РёО в составе Л§/Рё плёнки. Известно, что РёО является полупроводником р-типа и его электрическое сопротивление существенно превышает сопротивление металлов. Кроме того, в местах контакта с металлами (например, с твёрдым раствором Л§-Рё) РёО образует потенциальные барьеры Шоттки, которые могут препятствовать перемещению носителей заряда. При высокой температуре PdO становится нестабильным и разлагается [31, 32], образуя кристаллиты Pd с малым сопротивлением. Барьеры Шоттки при этом также постепенно исчезают. Всё это приводит к общему уменьшению сопротивления плёнки. Поскольку нагрев происходит в вакууме, то кислород удаляется из плёнки и при охлаждении высвободившийся Рё не окисляется обратно. Благодаря этому, уменьшение содержания РёО уменьшает сопротивление Л§/Рё плёнки в целом. В результате возрастают токи короткого замыкания, шунтирующие фотоЭДС [33], что проявляется в уменьшении амплитуды зарегистрированного фототока. Небольшое увеличение сопротивления при увеличении температуры в диапазоне от 293 до 523 К можно объяснить увеличением сопротивления
металлической фазы плёнки за счёт увеличения вероятности столкновения электронов проводимости с узлами кристаллической решётки. Таким образом, воздействие высокой температуры на Л§/Рё плёнки без покрытия в течение продолжительного времени в условиях вакуума приводит к уменьшению фототока и сопротивления, что является следствием уменьшения содержания в плёнке РёО.
Рис. 4. Фрагменты дифрактограмм Ag/Pd плёнки без покрытия до (1) и после (2) нагрева в вакууме,
а также штрих-дифрактограммы обнаруженных фаз
Были произведены эксперименты с охлаждением плёнок. Л§/Рё плёнка без покрытия помещалась в вакуумную камеру и охлаждалась до температуры 148 К, 50 минут выдерживалась при данной температуре, а затем постепенно нагревалась до комнатной температуры. Эксперименты показали, что охлаждение плёнок приводит к уменьшению фототока примерно на 30 % и сопротивления на 2 % (см. рис. 5). Уменьшение температуры приводит к уменьшению сопротивления металлической фазы, и, как следствие, к уменьшению фототока. При нагреве до комнатной температуры фототок и сопротивление восстанавливаются до первоначальных значений. Следовательно, охлаждение Л§/Рё плёнок до температуры 148 К с последующим нагревом до комнатной температуры влияния на ПОЧФТ не оказывает.
а)
б)
Рис. 5. Зависимости а) - поляризационно-ориентационно чувствительного фототока и б) - электрического сопротивления от температуры во время цикла охлаждения и нагрева Ag/Pd плёнки без покрытия
На рис. 6, а и 6, б представлены зависимости фототока и сопротивления от температуры, соответственно, для плёнок покрытых лаком КО-85. Видно, что сначала нагрев, так же как и в случае с плёнкой без покрытия, приводит к увеличению фототока. Однако, когда температура превышает 485 К, фототок начинает резко уменьшаться. После плавного охлаждения до комнатной температуры фототок становится в 2,5 раза меньше, чем был до нагрева (рис. 6, а). Электрическое сопротивление плёнки также существенно уменьшается (рис. 6, б). Кроме того, после нагрева и охлаждения на Л§/Рё плёнке появляются пятна и разводы (рис. 7), которые до нагрева отсутствовали. Это говорит о химической реакции лака КО-85 с Л§/Рё плёнкой при нагреве, в результате которой сопротивление плёнки существенно уменьшается. Однако уменьшение фототока может являться следствием не только уменьшения сопротивления, но и изменения химического состава Л§/Рё плёнки. Точное установление причин уменьшения фототока в Л§/Рё плёнках, покрытых лаком КО-85, требует дополнительных исследований и выходит за рамки данной работы.
а)
б)
Рис. 6. Зависимости а) - поляризационно-ориентационно чувствительного фототока и б) - электрического сопротивления от температуры во время цикла нагрева и охлаждения, полученные для Ag/Pd плёнки с покрытием из лака КО-85
Рис. 7. Фотография Ag/Pd плёнки, покрытой лаком КО-85, после цикла нагрева и охлаждения
Эксперименты показали, что покрытие Л§/Рё плёнок оксидом кремния БЮг приводит к уменьшению их сопротивления и фототока, измеренных при комнатной температуре в 2 и в 4 раза, соответственно. В ходе нагрева плёнок свыше 573 К фототок и сопротивление плёнки незначительно увеличиваются (рис. 8, а и 8, б). Выдержка Л§/Рё плёнки с покрытием из БЮг при достигнутой температуре в течение 200 минут на ее сопротивление и фототок практически не влияет. При охлаждении до комнатной температуры фототок снижается до первоначальных значений. После 5 циклов нагрева и охлаждения фототок, измеренный при комнатной температуре, остаётся практически неизменным. Небольшое увеличение (уменьшение) фототока при увеличении (уменьшении) температуры объясняется увеличением (уменьшением) сопротивления плёнки при изменении температуры. Другими словами, температурное воздействие до 581 К в вакууме на Л§/Рё плёнки, покрытые БЮг, не влияет на ПОЧФТ. Из зависимости, представленной на рис. 8, б, следует, что покрытие из БЮг может стабилизировать фазовый состав (следовательно, и фототок) при температурах до 581 К.
а)
б)
Рис. 8. Зависимости а) - поляризационно-ориентационно чувствительного фототока и б) - электрического сопротивления от температуры во время цикла нагрева и охлаждения, полученные для Ag/Pd плёнки с покрытием из 8Ю2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, нагрев Л§/Рё плёнок в вакууме от комнатной температуры до 573 К с последующим охлаждением до исходной температуры приводит к существенному уменьшению поляризационно-ориентационно чувствительного фототока. Уменьшение фототока обусловлено уменьшением содержания оксида палладия в плёнках, приводящим к уменьшению сопротивления. Охлаждение плёнок в вакууме от комнатной температуры до температуры 148 К с последующим нагревом до комнатной температуры на фототок не влияет.
Для поиска метода стабилизации фототока при повышенных температурах испытаны покрытия из высокотемпературного лака КО-85 толщиной 100 мкм и слоя БЮг толщиной 330 нм, который получен методом магнетронного распыления. Показано, что покрытие плёнки лаком КО-85 в диапазоне температур от 300 до 485 К не оказывает влияния на фототок и сопротивление. Воздействие температур свыше 485 К на Л§/Рё плёнки с покрытием из лака КО-85 приводит к многократному уменьшению фототока и сопротивления. Покрытие нанокомпозитных Л§/Рё плёнок оксидом кремния БЮг приводит к уменьшению фототока (в 4 раза) и сопротивления (в 2 раза), измеренных при комнатной температуре. Однако Л§/Рё плёнки с покрытием из БЮг сохраняют способность
генерировать поляризационно-ориентационно чувствительный фототок на достигнутом уровне даже после многократного циклического нагрева и охлаждения от 298 до 581 К. Покрытие из SiO2, нанесённое на нанокомпозитную Ag/Pd плёнку, может использоваться для стабилизации фототока в вакууме при температурах до 581 К.
Авторы выражают благодарность профессору Удмуртского государственного университета П.Н. Крылову за полезные дискуссии.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 16-38-00552 и 18-42-183002) и правительства Удмуртской Республики (проект № 18-42-183002).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Danishevskii A. M., Kastal'skii A. A., Ryvkin S. M., and Yaroshetskii I. D. Dragging of Free Carriers by Photons in Direct Interband Transitions in Semiconductors // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1970. Т. 58, № 2. С. 544-550.
2. Ивченко Е. Л., Пикус Г. Е. Новый фотогальванический эффект в гиротропных кристаллах // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1978. Т. 27, № 11. С. 640-643. http://www. jetpletters.ac.ru/ps/522/article 8250.pdf
3. Альперович В. Л., Белиничер В. И., Новиков В. Н., Терехов А. С. Поверхностный фотогальванический эффект в твердых телах. Теория и эксперимент для межзонных переходов в арсениде галлия // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1981. Т. 80, № 6. С. 2298-2311.
4. Valov P. M., Ryvkin B. S., Ryvkin S. M., Yaroshetskii I. D. An Anisotropic Photon Drag Effect in Nonspherical-Band Cubic Semiconductors // Physica Status Solidi B, 1972, vol. 53, no. 1, pp. 65-70.
5. Ribakovs G., Gundjian A. A. TEA CO2 laser radiation induced EMF's in tellurium // Journal of Applied Physics, 1977, vol. 48, no. 11, pp. 4601-4608.
6. Shalygin V. A., Moldavskaya M. D., Danilov S. N., Farbshtein I. I., Golub L. E. Circular photon drag effect in bulk tellurium // Physical Review B. 2016. vol. 93, no. 4, pp. 1-8.
7. Marchetti S., Simili R. Photon drag detection of 10 дт radiation in Bi thin-films evaporated on amorphous substrates // Nuovo Cimento D, 1987, vol. 9, no. 3, pp. 311-318.
8. Noginova N., Rono V., Bezares F. J., Caldwell J. D. Plasmon drag effect in metal nanostructures // New Journal Physics, 2013, vol. 15, pp. 1-11.
9. Akbari M., Onoda M., Ishihara T. Photo-induced voltage in nano-porous gold thin film // Optics Express, 2015. vol. 23, no. 2, pp. 823-832.
10. Kurosawa H., Ishihara T. Surface plasmon drag effect in a dielectrically modulated metallic thin film // Optics Express, 2012, vol. 20, no. 2, pp. 1561-1574.
11. Аснин В. М., Бакун А. А., Данишевский А. М., Ивченко Е. Л., Пикус Г. Е., Рогачев А. А. Обнаружение фотоэдс, зависящей от знака циркулярной поляризации света // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1978. Т. 28, № 2. С. 80-84. http://www.jetpletters.ac.ru/ps/504/article 7977.pdf
12. Петров М. П., Грачев А. И. Фотогальванические эффекты в силикате висмута (Bi12SiO20) // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1979. Т. 30, № 1. С. 18-21. http://www.jetpletters.ac.ru/ps/432/article 6815 .pdf
13. Ganichev S. D., Prettl W. Spin photocurrents in quantum wells // Journal of Physics: Condensed Matter, 2003, vol. 15, no. 20, pp. 935-983.
14. Yu J., Chen Y., Cheng S., Lai Y. Spectra of circular and linear photogalvanic effect at inter-band excitation in In0.i5Ga0.85As/Al0.3Ga0.7As multiple quantum wells // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2013, vol. 49, pp. 92-96.
15. Zhang Z., Zhang R., Liu B., Xie Z. L., Xiu X. Q., Han P., Lu H., Zheng Y. D., Chen Y. H., Tang C. G., Wang Z. G. Circular photogalvanic effect at inter-band excitation in InN // Solid State Communication, 2008, vol. 145, pp. 159-162.
16. Альперович В. Л., Белиничер В. И., Новиков В. Н., Терехов А. С. Поверхностный фотогальванический эффект в арсениде галия // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1980. Т. 31, № 10. С. 581-584. http://www.jetpletters.ac.ru/ps/635/article 9914.pdf
17. Gurevich V. L., Laiho R. Photomagnetism of metals. First observation of dependence on polarization of light // Физика твердого тела. 2000. Т. 42, № 10. С. 1762-1767.
18. Mikheev G. M., Saushin A. S., Styapshin V. M., Svirko Yu. P. Interplay of the photon drag and the surface photogalvanic effects in the metal-semiconductor nanocomposite // Scientific Reports, 2018, vol. 8, pp. 8644-8655.
19. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Александров В. А. Светоиндуцированная ЭДС в серебро-палладиевых резистивных пленках // Письма в Журнал технической физики. 2010. Т. 36, № 14. С. 79-87.
20. Михеев Г. М., Александров В. А., Саушин А. С. Наблюдение циркулярного фотогальванического эффекта в серебро-палладиевых резистивных пленках // Письма в Журнал технической физики. 2011. Т. 37, № 12. С. 16-24.
21. Михеев Г. М., Саушин А. С., Зонов Р. Г., Стяпшин В. М. Спектральная зависимость циркулярного фототока в серебро-палладиевых резистивных пленках // Письма в Журнал технической физики. 2014. Т 40, № 10. С. 37-45.
22. Михеев Г. М., Саушин А. С., Ванюков В. В. Фототок в резистивных пленках Ag/Pd, зависящий от знака циркулярной поляризации ИК лазерного излучения // Квантовая электроника. 2015. Т. 45, № 7. С. 635-639.
23. Mikheev G. M., Saushin A. S., Vanyukov V. V., Mikheev K. G. and Svirko Yu. P. Femtosecond circular photon drag effect in the Ag/Pd nanocomposite // Nanoscale Research Letters, 2017, vol. 12(39), pp. 1-7.
24. Danilov S. N., Wittmann B., Olbrich P., Eder W., Prettl W., Golub L. E., Beregulin E. V., Kvon Z. D., Mikhailov N. N., Dvoretsky S. A., Shalygin V. A., Vinh N. Q., Van Der Meer A. F. G., Murdin B. N., Ganichev S. D. Fast detector of the ellipticity of infrared and terahertz radiation based on HgTe quantum well structures // Journal of Applied Physics, 2009. vol. 105, iss. 1. pp. 013106-013113.
25. Михеев Г. М., Александров В. А., Саушин А. С. Способ определения знака циркулярной поляризации лазерного излучения // Патент РФ на изобретение № 2452924, 2012.
26. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Александров В. А., Русских Л. М. Оптоэлектрический преобразователь // Патент РФ на изобретение № 2365027, 2009.
27. Saushin A. S., Zonov R. G., Mikheev K. G., Shamshetdinov R. R., Mikheev G. M. Polarization-sensitive photocurrent in the resistive Ag/Pd films // Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 741, no. 1, pp. 012093.
28. Wang S. F., Dougherty J. P. Silver-Palladium Thick-Film Conductors // Journal American Ceramic Society, 1994, vol. 77, no. 12, pp. 3051-3072.
29. Larry J., Rosenberg R., Uhler R. Thick-film Technology: An Introduction to the Materials // IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, 1980, vol. 3, no. 2, pp. 211-225.
30. Саушин А. С., Михеев К. Г., Александрович Е. В., Поздняков В. С., Михеев Г. М. Поляризационно-чувствительный фототок в резистивных плёнках Ag/Pd: влияние времени и температуры вжигания пасты // Химическая физика и мезоскопия. 2015. Т. 17, № 4. С. 642-650.
31. Sea Fue Wang, Huebner W. Thermodynamic Modeling of Equilibrium Subsolidy Phase Relations in the Ag-Pd-O2 System // Journal American Ceramic Society, 1991, vol. 74, no. 6, pp. 1349-1353.
32. Михеев Г. М., Саушин А. С., Гончаров О. Ю., Дорофеев Г. А., Гильмутдинов Ф. З., Зонов Р. Г. Влияние температуры вжигания на фазовый состав, фотовольтаический отклик и электрические свойства резистивных Ag/Pd пленок // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, № 11. С. 2212-2218.
33. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Волков А. П., Свирко Ю П Быстродействующий пленочный фотоприемник мощного лазерного излучения на эффекте оптического выпрямления // Журнал технической физики. 2006. Т. 76, № 9. С. 81-87.
INFLUENCE OF TEMPERATURE IMPACT IN VACUUM ON THE POLARIZATION-ORIENTATION SENSITIVE PHOTOCURRENT IN Ag/Pd FILMS
1 Saushin A. S., :Zonov R. G., ^eksandrovich E. V., 2Kostenkov N. V., 1Mikheev G. M.
1 Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Science, Izhevsk, Russia
2 Udmurt State University, Izhevsk, Russia
SUMMARY. Photocurrent with sinusoidal dependence on the polatization of incident radiation, and dependent on the direction of wave vector can be generated in film structures. Such photocurrent is called polarization-orientation sensitive photocurrent (POSPC). Structures, capable of photocurrent generation, can be used in optoelectronics. In this work the results of the study of temperature influence on the efficiency of silver-palladium (Ag/Pd) film POSPC generation are shown. It was established that heating of Ag/Pd film in vacuum results in a decrease of the photocurrent caused by decreasing of palladium oxide content in the film. A cooling of Ag/Pd films until temperature 148 K does not substantially affect photocurrent generation efficiency. Protecting covers designed to prevent a decrease of POSPC due to heating are obtained and tested. The obtained results can be used to create angle detectors and analyzers of laser radiation polarization capable of functioning in vacuum at temperature until 581 K.
KEYWORDS: polarization-orientation sensitive photocurrent, silver-palladium films, X-ray diffractometry, phase composition.
REFERENCES
1. Danishevskii A. M., Kastal'skii A. A., Ryvkin S. M., and Yaroshetskii I. D. Dragging of Free Carriers by Photons in Direct Interband Transitions in Semiconductors. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1970, vol. 31, no. 2, pp. 292-295. http://www.ietp.ac.ru/cgi-bin/dn7e 031 02 0292.pdf
2. Ivchenko E. L., Pikus G. E. New photodalvanic effect in gyrotropic crystalls. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 1978, vol. 27, no. 11. pp. 604-608. http://www.ietpletters.ac.ru/ps/1554/article 23792.pdf
3. Al'perovich V. L., Belinicher V. I., Novikov V. N., Terekhov A.S. Surface photovoltaic effect in solids. Theory and experiment for interband transitions in gallium arsenide. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1981, vol. 53, no. 6, pp. 1201-1208. http://www.ietp.ac.ru/cgi-bin/dn/e 053 06 1201.pdf
4. Valov P. M., Ryvkin B. S., Ryvkin S. M., Yaroshetskii I. D. An Anisotropic Photon Drag Effect in Nonspherical-Band Cubic Semiconductors. Physica Status Solidi B. 1972. vol. 53, no. 1, pp. 65-70. https://doi.org/10.1002/pssb.2220530106
5. Ribakovs G., Gundjian A. A. TEA CO2 laser radiation induced EMF's in tellurium. Journal of Applied Physics, 1977, vol. 48, no. 11, pp. 4601-4608. https://doi.org/10.1063/L323519
6. Shalygin V. A., Moldavskaya M. D., Danilov S. N., Farbshtein I. I., Golub L. E. Circular photon drag effect in bulk tellurium. Physical Review B. 2016. vol. 93, no. 4, pp. 1-8. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.045207
7. Marchetti S., Simili R. Photon drag detection of 10 ^m radiation in Bi thin-films evaporated on amorphous substrates. Nuovo Cimento D, 1987, vol. 9, no. 3, pp. 311-318. https://doi.org/10.1007/BF02458063
8. Noginova N., Rono V., Bezares F. J., Caldwell J. D. Plasmon drag effect in metal nanostructures. New Journal Physics, 2013, vol. 15, pp. 1-11. https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/11/113061
9. Akbari M., Onoda M., Ishihara T. Photo-induced voltage in nano-porous gold thin film. Optics Express, 2015. vol. 23, no. 2, pp. 823-832. https://doi.org/10.1364/0E.23.000823
10. Kurosawa H., Ishihara T. Surface plasmon drag effect in a dielectrically modulated metallic thin film. Optics Express, 2012, vol. 20, no. 2, pp. 1561-1574. https://doi.org/10.1364/0E.20.001561
11. Asnin V. M., Bakun A. A., Danishevskii A. M., Ivchenko E. L., Pikus G. E., Rogachev A. A. Observation of a photo-emf that depends on the sign of the circular polarization of the light. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 1978, vol. 28, no. 2, pp. 74-77. http://www.ietpletters.ac.ru/ps/1557/article 23830.pdf
12. Petrov M.P., Grachev A.I. Photogalvanic effects in bismuth silicate (Bii2Si020). Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 1979, vol. 30, no. 1, pp. 15-18. http://www.ietpletters.ac.ru/ps/1361/article 20571 .pdf
13. Ganichev S. D., Prettl W. Spin photocurrents in quantum wells. Journal of Physics: Condensed Matter, 2003, vol. 15, no. 20, pp. 935-983. https://doi.org/10.1088/0953-8984/15/20/204
14. Yu J., Chen Y., Cheng S., Lai Y. Spectra of circular and linear photogalvanic effect at inter-band excitation in In0.15Ga0.85As/Al0.3Ga0.7As multiple quantum wells. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2013, vol. 49, pp. 92-96. https://doi.org/10.1016/iphyse.2013.01.018
15. Zhang Z., Zhang R., Liu B., Xie Z. L., Xiu X. Q., Han P., Lu H., Zheng Y. D., Chen Y. H., Tang C. G., Wang Z. G. Circular photogalvanic effect at inter-band excitation in InN. Solid State Communication, 2008, vol. 145, pp. 159-162. https://doi.org/10.1016/i.ssc.2007.10.040
16. Al'perovich V. L. , Belinicher V. I., Novikov V. N., Terekhov A. S. Surface photovoltaic effect in gallium arsenide. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 1980, vol. 31, no. 10, pp. 546-549. http://www.ietpletters.ac.ru/ps/1356/article 20483.pdf
17. Gurevich V. L., Laiho R. Photomagnetism of metals. First observation of dependence on polarization of light. Physics of the Solid State, 2000, vol. 42, no. 10, pp. 1807-1812. https://doi.org/10.1134/1.1318868
18. Mikheev G. M., Saushin A. S., Styapshin V. M., Svirko Yu. P. Interplay of the photon drag and the surface photogalvanic effects in the metal-semiconductor nanocomposite. Scientific Reports, 2018, vol. 8, pp. 8644-8655. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26923-2
19. Mikheev G. M., Zonov R. G., Aleksandrov V. A. Light-induced EMF in silver-palladium film resistors. Technical Physics Letters, 2010, vol. 36, iss. 7, pp. 675-678. https://doi.org/10.1134/S1063785010070278
20. Mikheev G. M., Aleksandrov V. A., Saushin A. S. Circular photogalvanic effect observed in silver-palladium film resistors. Technical Physics Letters, vol. 37, iss. 6, pp. 551-555. https://doi.org/10.1134/S1063785011060253
21. Mikheev G. M., Saushin A. S., Zonov R. G., Styapshin V. M. Spectral dependence of circular photocurrent in silver-palladium resistive films. Technical Physics Letters, 2014, vol. 40, iss. 5, pp. 424-428. https://doi.org/10.1134/S1063785014050216
22. Mikheev G. M., Saushin A. S. and Vanyukov V. V. Helicity-dependent photocurrent in the resistive Ag/Pd films excited by IR laser radiation. Quantum Electronics, 2015, vol. 45, no. 7, pp. 635-639. https://doi.org/10.1070/QE2015v045n07ABEH015783
23. Mikheev G. M., Saushin A. S., Vanyukov V. V., Mikheev K. G. and Svirko Yu. P. Femtosecond circular photon drag effect in the Ag/Pd nanocomposite. Nanoscale Research Letters, 2017, vol. 12(39), pp. 1-7. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1771-4
24. Danilov S. N., Wittmann B., Olbrich P., Eder W., Prettl W., Golub L. E., Beregulin E. V., Kvon Z. D., Mikhailov N. N., Dvoretsky S. A., Shalygin V. A., Vinh N. Q., Van Der Meer A. F. G., Murdin B. N., Ganichev S. D.
Fast detector of the ellipticity of infrared and terahertz radiation based on HgTe quantum well structures. Journal of Applied Physics, 2009. vol. 105, iss. 1. pp. 013106-013113. https://doi.org/10.106371.3056393
25. Mikheev G. M., Aleksandrov V. A., Saushin A. S. Sposob opredeleniya znaka tsirculyarnoy polyarizatsii lazernogo izlucheniya [The method of determining circular polarization sign of lazer radiation]. Patent RU 2452924, 2012.
26. Mikheev G. M., Zonov R. G., Aleksandrov V. A., Russkikh L. M. Optoelektricheskiy preobrazovatel [Optoelectric converter]. Patent RU 2365027, 2009.
27. Saushin A. S., Zonov R. G., Mikheev K. G., Shamshetdinov R. R., Mikheev G. M. Polarization-sensitive photocurrent in the resistive Ag/Pd films. Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 741, no. 1, pp. 012093. https://doi.org/10.1088/1742-6596/741/1/012093
28. Wang S. F., Dougherty J. P. Silver-Palladium Thick-Film Conductors. Journal American Ceramic Society, 1994, vol. 77, no. 12, pp. 3051-3072. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1994.tb04549.x
29. Larry J., Rosenberg R., Uhler R. Thick-film Technology: An Introduction to the Materials. IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, 1980, vol. 3, no. 2, pp. 211-225. https://doi.org/10.1109/TCHMT. 1980.1135609
30. Saushin A. S., Mikheev K. G., Aleksandrovich E. V., Pozdnyakov V. S., Mikheev G. M. Polarizatsionno-chuvstvitelnyu fototok v rezistivnykh Ag/Pd plenkakh: vliyanie vremeni i temperatury vzhiganiya pasty [Helicity dependent photocurrent in resistive Ag/Pd films: the effect of paste burning time and temperature]. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya [Chemical Physics and Mesoscopy], 2015, vol. 17, no. 4, pp. 642-650.
31. Sea Fue Wang, Huebner W. Thermodynamic Modeling of Equilibrium Subsolidy Phase Relations in the Ag-Pd-O2 System. Journal American Ceramic Society, 1991, vol. 74, no. 6, pp. 1349-1353. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1991.tb04110.x
32. Mikheev G. M., Saushin A. S., Goncharov O. Y., Dorofeev G. A., Gil'mutdinov F. Z., Zonov R. G. Effect of the burning temperature on the phase composition, photovoltaic response, and electrical properties of Ag/Pd resistive films. Physics of the Solid State, 2014, vol. 56, no. 11, pp. 2286-2293. https://doi.org/10.1134/S1063783414110195
33. Mikheev G. M., Zonov R. G., Obraztsov A. N., Volkov A. P., Svirko Y. P. Quick-response film photodetector of high-power laser radiation based on the optical rectification effect. Technical Physics. 2006. vol. 51, no. 9, pp. 1190-1196. https://doi.org/10.1134/S1063784206090131
Саушин Александр Сергеевич, научный сотрудник, Институт механики УдмФИЦ УрО РАН, e-mail: alex@udman.ru
Зонов Руслан Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт механики УдмФИЦ УрО РАН, znv@udman.ru
Александрович Елена Викторовна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Институт механики УдмФИЦ УрО РАН, evalex@udman. ru
Костенков Николай Викторович, заведующий лабораторией, Институт математики, информационных технологий и физики УдГУ, e-mail: micro@udsu.ru
Михеев Геннадий Михайлович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией лазерных методов исследования Института механики УдмФИЦ УрО РАН, e-mail: mikheev@udman.ru
