RU2758150C1 - Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди - Google Patents
Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 25
- IRPLSAGFWHCJIQ-UHFFFAOYSA-N selanylidenecopper Chemical compound [Se]=[Cu] IRPLSAGFWHCJIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 24
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 125000003748 selenium group Chemical group *[Se]* 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract description 14
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 38
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N palladium silver Chemical compound [Pd].[Ag] SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J4/00—Measuring polarisation of light
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:
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)
- 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.
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)
| 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 |
-
2020
- 2020-11-09 RU RU2020136814A patent/RU2758150C1/ru active
Patent Citations (3)
| 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 |
|---|---|---|
| Alam et al. | Preparation and properties of transparent conductive aluminum-doped zinc oxide thin films by sol–gel process | |
| CN107507876B (zh) | 一种β-Ga2O3基日盲紫外光电探测器阵列及其制备方法 | |
| TWI477473B (zh) | Thermoelectric conversion material | |
| US4349425A (en) | Transparent conductive films and methods of producing same | |
| EP2708505B1 (en) | Novel compound semiconductor and usage for same | |
| 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 | |
| KR101463195B1 (ko) | 신규한 화합물 반도체 및 그 활용 | |
| RU2758150C1 (ru) | Способ изготовления поляризационно-чувствительной нанокомпозитной плёнки на основе селенида меди | |
| Rahal et al. | Behavior study of the nanostructured zn1-xcdxo (0≤ x≤ 0.1) semiconductor thin films deposited onto silicon substrate by dip-coating method | |
| EP2708496A1 (en) | Novel compound semiconductor and usage for same | |
| 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 | |
| EP2708503B1 (en) | Novel compound semiconductor and usage for same | |
| EP2708499B1 (en) | New compound semiconductors and their application | |
| Bhorkar et al. | Band alignment and optical properties of 1D/2D Sb2Se3/PtSe2 heterojunctions | |
| EP2708502B1 (en) | Novel compound semiconductor and usage for same | |
| DE2805582A1 (de) | Direktbandabstands-halbleiterbauelement | |
| Mohamed et al. | Effect of annealing and In content on the properties of electron beam evaporated ZnO films | |
| EP2708501B1 (en) | Novel compound semiconductor and usage for same | |
| Reddy et al. | Effect of Annealing on the optical properties and photoconductivity of SnS thin film | |
| Normuradov et al. | Development of Technology for Obtaining Nanosized Heterostructured Films by Ion-Plasma Deposition | |
| Ehika et al. | Electrodeposition and characterization on the electrical and optical properties of lead sulphide (PbS) thin films semiconductor | |
| Wang et al. | Laser-induced lateral voltage in epitaxial Al-doped ZnO thin films on tilted sapphire |