RU2758150C1 - Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди - Google Patents

Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди Download PDF

Info

Publication number
RU2758150C1
RU2758150C1 RU2020136814A RU2020136814A RU2758150C1 RU 2758150 C1 RU2758150 C1 RU 2758150C1 RU 2020136814 A RU2020136814 A RU 2020136814A RU 2020136814 A RU2020136814 A RU 2020136814A RU 2758150 C1 RU2758150 C1 RU 2758150C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensitive
nanocomposite film
polarisation
film
copper selenide
Prior art date
Application number
RU2020136814A
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Михайлович Михеев
Владимир Ян-Сунович Когай
Василий Михайлович Стяпшин
Татьяна Николаевна Могилева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2020136814A priority Critical patent/RU2758150C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2758150C1 publication Critical patent/RU2758150C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для создания чувствительных к поляризации и направлению волнового вектора падающего лазерного излучения пленочных фотоэлементов. Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди включает последовательное нанесение методом вакуумно-термического напыления в едином вакуумном цикле слоев селена и меди на находящуюся при комнатной температуре и расположенную перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц диэлектрическую подложку и отжиг полученной нанокомпозитной пленки в вакууме при температуре выше 120°С и ниже 217°С. Техническим результатом является увеличение эффективности преобразования мощности лазерного излучения в фототок в поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленке на основе селенида меди. 2 ил.

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для создания чувствительных к поляризации и направлению волнового вектора падающего лазерного излучения пленочных фотоэлементов.
Известен способ изготовления поляризационно-чувствительной нанографитовой пленки, в котором указанную пленку получают методом плазмохимического осаждения из смеси метана и водорода на кремниевой подложке [Михеев Г.М., Стяпшин В.М. Нанографитовый анализатор поляризации лазерного излучения // Приборы и техника эксперимента. 2012. №1. С.93-97.]. Известен также способ изготовления поляризационно-чувствительной серебро-палладиевой резистивной пленки, в котором указанную пленку получают путем вжигания на керамической подложке специальной резистивной пасты, состоящей из палладия, оксида серебра, стеклянной фритты и органического связующего [Михеев Г.М., Саушин А.С., Гончаров О.Ю., Дорофеев Г.Α., 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.].
Недостатками указанных способов являются низкая лучевая стойкость поляризационно-чувствительной пленки в первом случае и использование дорогостоящих металлов при производстве поляризационно-чувствительной пленки во втором случае, а также высокая трудоемкость изготовления и низкая эффективность преобразования мощности падающего лазерного излучения в фототок в том и другом случае.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди, включающий последовательное нанесение методом вакуумно-термического напыления в едином вакуумном цикле слоев селена и меди на находящуюся при комнатной температуре и расположенную перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц диэлектрическую подложку [Михеев Г.М., Когай В.Я., Зонов Р.Г., Михеев К.Г., Могилева Т.Н., Свирко Ю.П. Генерация поляризационно-чувствительного фототока в тонкой нанокомпозитной пленке CuSe/Se // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 109, Вып. 11. С.739-745.].
Недостатком указанного способа является низкая эффективность преобразования мощности падающего лазерного излучения в фототок в изготовленной пленке.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди с большей эффективностью преобразования мощности лазерного излучения в фототок.
Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от известного способа изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди, включающего последовательное нанесение методом вакуумно-термического напыления в едином вакуумном цикле слоев селена и меди на находящуюся при комнатной температуре и расположенную перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц диэлектрическую подложку, полученную нанокомпозитную пленку отжигают в вакууме при температуре выше 120°С и ниже 217°С.
Техническим результатом является увеличение эффективности преобразования мощности лазерного излучения в фототок в поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленке на основе селенида меди.
Фиг. 1 показывает схему наблюдения электрического сигнала в поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленке на основе селенида меди в зависимости от поляризации падающего лазерного излучения: 1 - нанокомпозитная пленка на основе селенида меди; 2 - измерительные электроды; 3 - диэлектрическая подложка; 4 - осциллограф. Здесь «+» и «-» - положительный и отрицательный входы осциллографа соответственно; σ - плоскость падения; n - нормаль к поверхности пленки; k, Е - соответственно волновой и электрический векторы падающего излучения (k⊥Е); Φ - угол поворота плоскости поляризации падающего излучения относительно плоскости падения (οсь ξ лежит в плоскости σ, ξ⊥k).
Фиг. 2 показывает аппроксимированные зависимости коэффициента преобразования энергии падающего лазерного излучения в фототок, возникающий между измерительными электродами, от угла Ф, полученные на длине волны 795 нм при указанной на Фиг. 1 схеме подключения измерительных электродов к входам осциллографа: кривая 5 - зависимость коэффициента преобразования от угла Ф до отжига поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки; кривая 6 - зависимость коэффициента преобразования от угла Φ после отжига.
Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди по данному изобретению осуществляется следующим образом. На находящуюся при комнатной температуре диэлектрическую подложку последовательно наносят методом вакуумно-термического напыления в едином вакуумном цикле слои селена и меди. При эту подложку располагают перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц. Горячие пары и кластеры меди, попадая на легкоплавкий слой селена, вступают с ним в химическую реакцию, в результате которой на поверхности подложки образуется полупрозрачная электропроводящая поляризационно-чувствительная нанокомпозитная пленка, состоящая из поликристаллического селенида меди и аморфного селена. Полученную нанокомпозитную пленку отжигают в вакууме, в результате чего происходит кристаллизация аморфного селена и укрупнение кристаллитов селенида меди, что приводит к увеличению эффективности преобразования мощности лазерного излучения в фототок.
Генерация фототока в поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленке на основе селенида меди находится в качественном согласии с теорией генерации фототока посредством поверхностного фотогальванического эффекта и обусловлена анизотропией элементарных процессов возбуждения и рассеяния фотоэлектронов на поверхности и в объеме пленки. Поскольку данная пленка, полученная методом вакуумно-термического напыления, имеет поликристаллическую, с аморфными включениями, структуру, то вследствие влияния границ кристаллитов вероятность рассеяния несущих вклад в фототок оптически выстроенных фотоэлектронов в объеме такой пленки будет больше, чем в монокристалле, а генерируемый в ней фототок будет соответственно меньше [Михеев Г.М., Когай В.Я., Зонов Р.Г., Михеев К.Г., Могилева Т.Н., Свирко Ю.П. Генерация поляризационно-чувствительного фототока в тонкой нанокомпозитной пленке CuSe/Se // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 109, Вып. 11. С.739-745.]. Кристаллизация аморфного селена и укрупнение кристаллитов селенида меди путем рекристаллизации, происходящие в ходе отжига указанной нанокомпозитной пленки, приводят к уменьшению рассеяния оптически выстроенных фотоэлектронов в ее объеме и увеличению эффективности преобразования мощности лазерного излучения в фототок.
В наших экспериментах формирование поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди осуществлялось методом вакуумно-термического напыления на прямоугольную кварцевую подложку размером 17,5×34,5 мм. Вдоль коротких сторон подложки были предварительно нанесены два параллельных тонкопленочных измерительных электрода шириной 5 мм. В процессе напыления подложка имела комнатную температуру и находилась на расстоянии 0,12 м от испарителя перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц. Соотношение навесок селена и меди в испарителе составляло 19:5. Готовая пленка имела толщину 130 нм и сопротивление постоянному току между измерительными электродами 37,2 Ом.
Отжиг экспериментального образца производился при температуре 150°С в течение 30 минут. Сопротивление постоянному току между измерительными электродами в отожженной пленке составило 25,7 Ом.
Выбор температуры отжига был обусловлен следующим. Известно, что скорость превращения одной модификации селена в другую зависит от температуры [Лебедь А. Б., Набойченко С.С., Шунин В.Α.; под общ. ред. Набойченко С.С. Производство селена и теллура на ОАО «Уралэлектромедь»: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та., 2015. 112 с.]. Аморфный селен при 28°С медленно превращается в кристаллический моноклинный, а при 43°С - в кристаллический гексагональный. Переход моноклинного селена в гексагональный полностью завершается при 120°С в течение 1 часа, а при температуре 65°С данный процесс длится свыше 17 суток. Таким образом, за нижнюю границу температуры отжига уместно принять 120°С. В то же время отжиг должен производиться при температуре ниже температуры плавления. Температура плавления гексагонального селена меньше температуры плавления селенида меди и, по различным данным, составляет от 217°С до 220°С. В качестве верхней границы температуры отжига можно взять наименьшую из этих температур.
Анализ рентгеновских дифрактограмм, полученных до и после отжига, подтвердил возникновение кристаллического селена в отожженном образце, а также указал на рост кристаллитов селенида меди в процессе отжига.
Фототок в исследуемой пленке возбуждался на длине волны 795 нм лазерными импульсами длительностью 120 фс с энергией в импульсе E=0,15 мДж. Измерение фототока осуществлялось при помощи быстродействующего цифрового осциллографа с полосой пропускания 7 ГГц и входным сопротивлением r=50 Ом по схеме, представленной на Фиг. 1, для различных углов Φ до и после отжига пленки. Угол падения излучения на пленку составлял 45°.
Известно, что зависимость величины экстремального значения U однополярной импульсной фото эдс, возникающей между измерительными электродами в поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленке на основе селенида меди, от мощности падающего лазерного излучения носит линейный характер. Количественной мерой эффективности преобразования мощности лазерного излучения в фототок в этом случае при регистрации одинаковых по длительности лазерных импульсов может служить коэффициент преобразования энергии лазерного излучения в фототок:
Figure 00000001
Экспериментальные зависимости, приведенные на Фиг. 2, показывают, что отожженная нанокомпозитная пленка на основе селенида меди по-прежнему является поляризационно-чувствительной и имеет существенно больший коэффициент преобразования энергии лазерного излучения в фототок по сравнению с исходной.
Таким образом, в результате отжигав вакууме при температуре выше 120°С и ниже 217°С поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди, изготовленной путем последовательного нанесения методом вакуумно-термического напыления в едином вакуумном цикле слоев селена и меди на находящуюся при комнатной температуре и расположенную перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц диэлектрическую подложку, происходит увеличение эффективности преобразования мощности лазерного излучения в фототок в указанной пленке.

Claims (1)

  1. Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной пленки на основе селенида меди, включающий последовательное нанесение методом вакуумно-термического напыления в едином вакуумном цикле слоев селена и меди на находящуюся при комнатной температуре и расположенную перпендикулярно к направлению движения напыляемых частиц диэлектрическую подложку, отличающийся тем, что полученную нанокомпозитную пленку отжигают в вакууме при температуре выше 120°С и ниже 217°С.
RU2020136814A 2020-11-09 2020-11-09 Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди RU2758150C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136814A RU2758150C1 (ru) 2020-11-09 2020-11-09 Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136814A RU2758150C1 (ru) 2020-11-09 2020-11-09 Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758150C1 true RU2758150C1 (ru) 2021-10-26

Family

ID=78289777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020136814A RU2758150C1 (ru) 2020-11-09 2020-11-09 Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758150C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070095195A (ko) * 2006-03-20 2007-09-28 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 결정성 반도체막, 반도체장치 및 그들의 제조방법
RU2456710C1 (ru) * 2011-01-18 2012-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Нанокомпозиционное просветляющее покрытие в виде толстой пленки и способ его получения
RU2707990C2 (ru) * 2017-12-22 2019-12-03 Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области Московский государственный областной университет (МГОУ) Поляризационно-чувствительный материал на основе фотохимически стабильных органических веществ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070095195A (ko) * 2006-03-20 2007-09-28 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 결정성 반도체막, 반도체장치 및 그들의 제조방법
RU2456710C1 (ru) * 2011-01-18 2012-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Нанокомпозиционное просветляющее покрытие в виде толстой пленки и способ его получения
RU2707990C2 (ru) * 2017-12-22 2019-12-03 Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области Московский государственный областной университет (МГОУ) Поляризационно-чувствительный материал на основе фотохимически стабильных органических веществ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rahman et al. A comprehensive optical and electrical properties analysis of Mg doped ZnO nanocrystalline thin-films for optoelectronic applications
Alam et al. Preparation and properties of transparent conductive aluminum-doped zinc oxide thin films by sol–gel process
TWI477473B (zh) Thermoelectric conversion material
CN107507876B (zh) 一种β-Ga2O3基日盲紫外光电探测器阵列及其制备方法
CN104701336B (zh) 一种高灵敏横向热电光探测器
CN108359939B (zh) 一种可变带隙的AlCoCrFeNi高熵合金氧化物半导体薄膜及其制备方法
KR101431771B1 (ko) 신규한 화합물 반도체 및 그 활용
EP2708495B1 (en) New compound semiconductors and their application
JP2005508569A (ja) 薄膜赤外線透過性導体
RU2758150C1 (ru) Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди
EP2708496A1 (en) Novel compound semiconductor and usage for same
EP2708503B1 (en) Novel compound semiconductor and usage for same
EP2708501B1 (en) Novel compound semiconductor and usage for same
DE2805582A1 (de) Direktbandabstands-halbleiterbauelement
CN111403585B (zh) 一种基于铋硒碲薄膜材料的光、热探测器及其制备方法
Mohamed et al. Effect of annealing and In content on the properties of electron beam evaporated ZnO films
Normuradov et al. Development of technology for obtaining nanosized heterostructured films by ion-plasma deposition
JP2004083933A (ja) 結晶性硫化物薄膜及びその製造方法
CN114361275A (zh) 基于带晶界的铅盐半导体薄膜的室温超快红外探测器及其探测方法
Reddy et al. Effect of Annealing on the optical properties and photoconductivity of SnS thin film
Ehika et al. Electrodeposition and characterization on the electrical and optical properties of lead sulphide (PbS) thin films semiconductor
Jones et al. Optical line spectra in metallic (Nd, Ce) 2 CuO 4− x
Wang et al. Laser-induced lateral voltage in epitaxial Al-doped ZnO thin films on tilted sapphire
RU2459012C2 (ru) Способ изготовления тонких пленок на основе моносульфида самария
Kumari et al. Structural and optical properties of sol-gel derived dip-coated CdO thin film