Ảnh hưởng của độ dày lên tính chất màng mỏng InSb chế tạo bằng phương pháp lắng đọng laser xung trên đế Silic
179 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.84.2022.109-118Từ khóa:
A3B5; Màng mỏng InSb; Phương pháp lắng đọng laser xung (PLD); Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR); Kính hiển vi lực nguyên tử AFM; Năng lượng vùng cấm.Tóm tắt
Vật liệu InSb hứa hẹn được ứng dụng rộng rãi trong các nhiệm vụ dân sự và đến quân sự, từ lĩnh vực từ học cho đến quang học. Bài báo này trình bày kết quả chế tạo và khảo sát xác định hình thái cấu trúc cùng một số thuộc tính của màng mỏng InSb khi độ dày thay đổi. Các màng mỏng InSb được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng laser xung (PLD) ở nhiệt độ 300 °C có độ dày thay đổi trong khoảng 150 nm - 2000 nm. Phép phân tích cấu trúc tinh thể (XRD) cho thấy màng mỏng kết tinh tốt ở tất cả các độ dày. Phép đo hiển vi lực nguyên tử (AFM) quan sát thấy sự tăng độ dày màng mỏng dẫn tới kích thước hạt tinh thể tăng lên (18 nm - 33 nm) và các hạt vi mô bao gồm nhiều hạt tinh thể. Ở độ dày màng mỏng < 500 nm, màng có độ nhám căn quân phương thấp (3 nm), và độ nhám này tăng lên (15 nm) khi độ dày màng ≥ 500 nm. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy tất cả các màng có cấu trúc liên tục, xếp chặt. Kết quả về cấu trúc tinh thể, hình thái vi mô được liên hệ để giải thích sự biến đổi tính chất quang của màng mỏng được chế tạo thông qua phép đo quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).
Tài liệu tham khảo
[1]. K. E. Hnida, S. Bäßler, J. Mech, K. Szaciłowski, R. P. Socha, M. Gajewska, K. Nielsch, M. Przybylski, G. D. Sulka, "Electrochemically deposited nanocrystalline InSb thin films and their electrical properties", Journal of Materials Chemistry C. 4, pp. 1345 - 1350, (2016). https://doi.org/10.1039/C5TC03656A. DOI: https://doi.org/10.1039/C5TC03656A
[2]. K. Hnida, J. Mech, G.D. Sulka, "Template-assisted electrodeposition of indium–antimony nanowires – Comparison of electrochemical methods", Applied Surface Science. 287, pp. 252 - 256, (2013). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.135
[3]. J. Heremans, D.L. Partin, C.M. Thrush, L. Green, "Narrow-gap semiconductor magnetic-field sensors and applications", Semicond. Sci. Technol. 8, pp. S424 - S430, (1993). https://doi.org/10.1088/0268-1242/8/1S/093. DOI: https://doi.org/10.1088/0268-1242/8/1S/093
[4]. N.K. Udayashankar, H.L. Bhat, "Growth and characterization of indium antimonide and gallium antimonide crystals", Bull Mater Sci. 24, pp. 445 - 453, (2001). https://doi.org/10.1007/BF02706714. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02706714
[5]. T. Zhang, S.K. Clowes, M. Debnath, A. Bennett, C. Roberts, J.J. Harris, R.A. Stradling, L.F. Cohen, T. Lyford, P.F. Fewster, "High-mobility thin InSb films grown by molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. 84, pp. 4463 - 4465, (2004). https://doi.org/10.1063/1.1748850. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1748850
[6]. D.K. Gaskill, G.T. Stauf, N. Bottka, "High‐mobility InSb grown by organometallic vapor phase epitaxy", Appl. Phys. Lett. 58, pp. 1905 - 1907, (1991). https://doi.org/10.1063/1.105069. DOI: https://doi.org/10.1063/1.105069
[7]. Y. Liang, F. Wang, X. Luo, Q. Li, T. Lin, I.T. Ferguson, Q. Yang, L. Wan, Z.C. Feng, "Investigation of the Optical Properties of InSb Thin Films Grown on GaAs by Temperature-Dependent Spectroscopic Ellipsometry", J Appl Spectrosc. 86, pp. 276 - 282, (2019). https://doi.org/10.1007/s10812-019-00812-6. DOI: https://doi.org/10.1007/s10812-019-00812-6
[8]. M. K. Carpenter, M. W. Verbrugge, "Electrochemical codeposition of indium and antimony from a chloroindate molten salt", Journal of Materials Research. 9, pp. 2584 - 2591, (1994). https://doi.org/10.1557/JMR.1994.2584. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1994.2584
[9]. V. V. Uglov, A. P. Drapezo, A. K. Kuleshov, D. P. Rusalski, E. A. Kolesnikova, "Effect of explosive thermal evaporation conditions on the phase composition, crystallite orientation, electrical and magnetic properties of heteroepitaxial InSb films on semi-insulating GaAs (100)", HTM. 25 (2021). https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.2021038260. DOI: https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.2021038260
[10]. N. Nishimoto, J. Fujihara, "Improvement of the structural properties and environmental stability of flexible InSb thin films by dopant-assisted crystallization", Appl. Phys. A. 128, p. 550, (2022). https://doi.org/10.1007/s00339-022-05694-8. DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-022-05694-8
[11]. P. J. Kelly, R. D. Arnell, "Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications", Vacuum. 56, pp. 159 - 172, (2000). https://doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00189-X. DOI: https://doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00189-X
[12]. R. Venkataraghavan, K. M. Satyalakshmi, K. S. R. K. Rao, A. K. Sreedhar, M. S. Hegde, H. L. Bhat, "Pulsed laser deposition of indium antimonide", Bull. Mater. Sci. 19, pp. 123 - 129, (1996). https://doi.org/10.1007/BF02744794. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02744794
[13]. K. Lee, K. Shigematsu, M. Azuma, "Heteroepitaxial growth of InSb thin film on SrTiO3 (001) by pulsed laser deposition for magnetic Hall sensor application", Jpn. J. Appl. Phys. 61, 080902, (2022). https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac7bf3. DOI: https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac7bf3
[14]. Tuan Nguyen Van, "Tunability of optical properties of InSb films developed by Pulsed Laser Deposition", (n.d.).
[15]. Nguyễn Văn Tuấn, Trần Quang Đạt, Nguyễn Vũ Tùng, Phùng Đình Phong, Phạm Văn Thìn, "Tính chất quang của màng InSb trên đế c-sapphire được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng laser xung (PLD)", Journal of Science and Technique. 17, 12, (2022). DOI: https://doi.org/10.56651/lqdtu.jst.v17.n02.304
[16]. H. P. Klug, L. E. Alexander, "X-Ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials", 2nd Edition, New York, (1974).
[17]. D. Nath, F. Singh, R. Das, "X-ray diffraction analysis by Williamson-Hall, Halder-Wagner and size-strain plot methods of CdSe nanoparticles- a comparative study", Materials Chemistry and Physics. 239, 122021, (2020). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122021
[18]. L. Ratke, P.W. Voorhees, "Growth and Coarsening: Ostwald Ripening in Material Processing", Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, (2002). https://doi.org/10.1007/978-3-662-04884-9. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-04884-9
[19]. V. Lucarini, J.J. Saarinen, K.-E. Peiponen, E.M. Vartiainen, Kramers-Kronig relations in optical materials research, 1st ed., Springer-Verlag Berlin Heidelberg, (2005). https://doi.org/10.1007/b138913. DOI: https://doi.org/10.1007/b138913
[20]. R. A. Serway, J. W. Jewett, "Physics for Scientists and Engineers", 9 edition, Cengage Learning, Boston, MA, (2013).
[21]. D. E. Aspnes, "Optical properties of thin films", Thin Solid Films. 89, 249 - 262, (1982). https://doi.org/10.1016/0040-6090(82)90590-9. DOI: https://doi.org/10.1016/0040-6090(82)90590-9
[22]. D. E. Aspnes, "Local‐field effects and effective‐medium theory: A microscopic perspective", American Journal of Physics. 50, pp. 704 - 709, (1982). https://doi.org/10.1119/1.12734. DOI: https://doi.org/10.1119/1.12734
[23]. G. Kortüm, "Reflectance Spectroscopy: Principles, Methods, Applications", Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, (1969). https://doi.org/10.1007/978-3-642-88071-1. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-88071-1
[24]. J. Tauc, ed., "Amorphous and Liquid Semiconductors", Springer, (1974). https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8705-7. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8705-7
[25]. S. R. Vishwakarma, A. Kumar, R.S.N. Tripathi, Rahul, S. Das, "Fabrication and characterization of n-InSb thin film of different thicknesses", Indian Journal of Pure and Applied Physics. 51, pp. 260 - 266, (2013).
[26]. S. Fähler, M. Weisheit, S. Kahl, K. Sturm, H.U. Krebs, "The interface of laser-deposited Fe/Ag multilayers: evidence for the “subsurface growth mode” during pulsed-laser deposition and examination of the bcc–fcc transformation", Appl Phys A. 69, S459–S462, (1999). https://doi.org/10.1007/s003390051438. DOI: https://doi.org/10.1007/s003390051438
[27]. D. Li, H. Li, H. Sun, L. Zhao, "Characterization of ultrathin InSb nanocrystals film deposited on SiO2/Si substrate", Nanoscale Research Letters. 6, 601, (2011). https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-601. DOI: https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-601
[28]. I. H. Campbell, P. M. Fauchet, "The effects of microcrystal size and shape on the one phonon Raman spectra of crystalline semiconductors", Solid State Communications. 58, pp. 739 - 741, (1986). https://doi.org/10.1016/0038-1098(86)90513-2. DOI: https://doi.org/10.1016/0038-1098(86)90513-2
[29]. R. Winkler, "Excitons and fundamental absorption in quantum wells", Phys. Rev. B. 51, pp. 14395 - 14409, (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.14395. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.14395
[30]. K. G. Saw, N. M. Aznan, F. K. Yam, S. S. Ng, S. Y. Pung, "New Insights on the Burstein-Moss Shift and Band Gap Narrowing in Indium-Doped Zinc Oxide Thin Films", PLOS ONE. 10 (2015) e0141180. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0141180. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0141180
