DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-04-48-56
УДК 535.212
Владислав Романович Гресько1, Екатерина Владимировна Капустина2, Максим Михайлович Сергеев3, Вадим Павлович Вейко4, Милош Крбал5, Павел Сергеевич Провоторов6, Александр Владимирович Колобов7*, Сергей Иванович Нестеров8
1, 2, 3, 4Университет ИТМО, Институт лазерных технологий, Санкт-Петербург, Россия
5Пардубицкий университет, Пардубице, Чехия
6, 7Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, Россия
8Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
1gresko.97@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-3308-6034
2kapustina01@inbox.ru https://orcid.org/0000-0002-4531-9512
3mmsergeev@itmo.ru https://orcid.org/0000-0003-2854-9954
4vadim.veiko@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-6071-3449
5Milos.Krbal@upce.cz https://orcid.org/ 0000-0002-8317-924X
6p.provotorov95@yandex.ru https://orcid.org/0000-0003-1117-5431
7akolobov@herzen.spb.ru https://orcid.org/0000-0002-8125-1172
8nesterovru@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1166-9087
Аннотация
Предмет исследования. В работе рассмотрены результаты исследования влияния концентрации металла Mo на изменение свойств плёнок As3S7 при воздействии непрерывного лазерного излучения. Цель работы. Исследование влияния концентрации металла Mo на фотопотемнение и возможность использования легированных плёнок As3S7 в качестве материала фоторезиста. Метод. Фотопотемнение плёнок проводилось под действием непрерывного излучения с длиной волны 445 нм, при помощи волоконного спектрофотометра измерялись спектры пропускания образцов. Используя оптический микроскоп, была исследована поверхность плёнок. Для изучения влияния облучения на свойства плёнок как фоторезиста использовалось излучение с длиной волны 532 нм и раствор C8H19N в C6H5CN в качестве растворителя. Основные результаты. Получено, что с ростом концентрации Mo уменьшалась степень фотопотемнения. Если в исходной плёнке пропускание падало на 10%, то при наибольшей концентрации металла изменение пропускания было близко к нулю. Показано также, что соотношение скоростей растворимости экспонированной и неэкспонированной плёнок становилось ниже при большей концентрации металла. Практическая значимость. Результаты данного исследования могут быть использованы для создания устройств, использующих изменение фазового состояния плёнок халькогенидного стекла.
Ключевые слова: фотопотемнение, фоторезест, халькогениды, тонкие плёнки, лазерное воздействие, As3S7, молибден
Благодарность: работа выполнена за счёт гранта Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 19–53-26017) и Чешского научного фонда (грант 20-23392J).
Ссылка для цитирования: Гресько В.Р., Капустина Е.В., Сергеев М.М., Вейко В.П., Крбал М., Провоторов П.С., Колобов А.В., Нестеров С.И. Влияние легирования молибденом на фотоиндуцированные изменения свойств плёнок As3S7 // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 4. С. 48–56. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-04-48-56
Коды OCIS: 310.6188.
Effect molybdenum doping on photoinduced changes in the properties of As3S7 films
Vladislav Gresko1, Ekaterina Kapustina2, Maxim Sergeev3, Vadim Veiko4, Milos Krbal5, Pavel Provotorov6, Alexander Kolobov7*, Sergey Nesterov8
1, 2, 3, 4ITMO University, Institute of Laser Technologies, Saint-Petersburg, Russia
5University of Pardubice, Pardubice, Czech Republic
6, 7Russian State Pedagogical University in the name of A. I. Herzen, Saint-Petersburg, Russia
8Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia
1gresko.97@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-3308-6034
2kapustina01@inbox.ru https://orcid.org/0000-0002-4531-9512
3mmsergeev@itmo.ru https://orcid.org/0000-0003-2854-9954
4vadim.veiko@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-6071-3449
5Milos.Krbal@upce.cz https://orcid.org/ 0000-0002-8317-924X
6p.provotorov95@yandex.ru https://orcid.org/0000-0003-1117-5431
7akolobov@herzen.spb.ru https://orcid.org/0000-0002-8125-1172
8nesterovru@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1166-9087
Abstract
Subject of study. The paper considers the results of studying the influence of the Mo metal concentration on the change in the properties of As3S7 films under the action of continuous laser radiation. Aim of study. Investigation of the influence of Mo metal concentration on photodarkening and photoresist properties of As3S7 films. Method. The photodarkening of the films was carried out using continuous radiation with a wavelength of 445 nm, and the transmission spectra of the samples were measured with fiber spectrophotometer. Using an optical microscope, the surface of the films was examined. To study the photoresist effect, radiation with a wavelength of 532 nm and a solution of C8H19N in C6H5CN as a solvent were used. Main results. It was found that the degree of photodarkening decreased with increasing Mo concentration. If in the original film the transmission decreased by 10%, then at the highest metal concentration the change in transmission was close to zero. The study also shows that the ratio of the solubility rates of exposed and unexposed films also decreased at higher metal concentrations. Practical significance. The results of this study can be used to create devices that use a change in the phase state.
Keywords: photodarkening, photoresist, chalcogenides, thin films, laser exposure, As3S7, molybdenum
Acknowledgment: this work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 19-53-26017) and the Czech Science Foundation (grant No. 20-23392J).
For citation: Gresko V.R., Kapustina E.V., Sergeev M.M., Veiko V.P., Krbal M., Provotorov P.S., Kolobov A.V., Nesterov S.I. Effect molybdenum doping on photoinduced changes in the properties of As3S7 films [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 4. P. 48–56. http://doi.org/1023-5086-2023-90-04-48-56
OCIS сodes: 310.6188.
Список источников
1. Zhou T., Zhu Z., Liu X., Liang Z., Wang X. A review of the precision glass molding of chalcogenide glass (ChG) for infrared optics // Micromachines. 2018. V. 9. № 7. P. 337. https://doi.org/10.3390/mi9070337
2. Jean P., Douaud A., LaRochelle S., Messaddeq Y., Shi W. Silicon subwavelength grating waveguides with high-index chalcogenide glass cladding // Optics Express. 2021. V. 29. № 13. P. 20851–20862. https://doi.org/10.1364/OE.430204
3. Xu Y., Zhou Y., Wang X -D., Zhang W., Ma E., Deringer V. L., Mazzarello R. Unraveling crystallization mechanisms and electronic structure of phase-change materials by large-scale Ab initio simulations // Advanced Materials. 2022. V. 34. № 11. P. 2109139. https://doi.org/10.1002/adma.202109139
4. Orlik C., Levéillé S., Arnab S. M., Howansky A. F., Stavro J., Dow S., Kasap S., Tanioka K., Goldan A. H., Zhao W. Improved temporal performance and optical quantum efficiency of avalanche amorphous selenium for low dose medical imaging // Medical Imaging 2022: Physics of Medical Imaging. SPIE. 2022. V. 12031. P. 1179–1185. https://doi.org/10.1117/12.2611820
5. Cao Y., Liu C., Jiang J., Zhu X., Zhou J., Ni J., Zhang J., Pang J., Rummeli M. H., Zhou W., Liu H., Cuniberti G. Theoretical insight into high-efficiency triple-junction tandem solar cells via the band engineering of antimony chalcogenides // Solar RRL. 2021. V. 5. № 4. P. 2000800. https://doi.org/10.1002/solr.202000800
6. Chu K., Nan H., Li Q., Guo Y., Tian Y., Liu W. Amorphous MoS3 enriched with sulfur vacancies for efficient electrocatalytic nitrogen reduction // Journal of Energy Chemistry. 2021. V. 53. P. 132–138. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.04.074
7. Nemanich R.J., Connell G.A.N., Hayes T.M., Street R.A. Thermally induced effects in evaporated chalcogenide films. I. Structure // Physical Review B. 1978. V. 18. № 12. P. 6900. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.18.6900
8. Owen A.E., Firth A.P., Ewen P.J.S. Photo-induced structural and physico-chemical changes in amorphous chalcogenide semiconductors // Philosophical Magazine B. 1985. V. 52. № 3. P. 347–362. https://doi.org/10.1080/13642818508240606
9. Shin S.Y., Kim H., Golovchak R., Cheong B.K., Jain H., Choi Y.G. Ovonic threshold switching induced local atomic displacements in amorphous Ge60Se40 film probed via in situ EXAFS under DC electric field // Journal of Non-Crystalline Solids. 2021. V. 568. P. 120955. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.120955
10. Tsuchihashi S., Kawamoto Y. Properties and structure of glasses in the system As-S // Journal ofNon-Crystalline Solids. 1971. V. 5. № 4. P. 286–305. https://doi.org/10.1016/0022-3093(71)90069-X
11. Akola J., Jóvári P., Kaban I., Voleská I., Kolář J., Wágner T., Jones R.O. Structure, electronic, and vibrational properties of amorphous AsS2 and AgAsS2: Experimentally constrained density functional study // Physical Review B. 2014. V. 89. № 6. P. 064202. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.064202
12. Andler J., Mathur N., Zhao F., Handwerker C. Assessing the potential environmental impact of Cu3AsS4 PV systems // 2019 IEEE 46th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). 2019. P. 1669–1674. https://doi.org/10.1109/PVSC40753.2019.8981146
13. Stronski A., Paiuk O., Gudymenko A., Klad’Ko V., Oleksenko P., Vuichyk N., Lishchynskyy I., Lahderanta E., Lashkul A., Gubanova A., Krys’kov T. Effect of doping by transitional elements on properties of chalcogenide glasses // Ceramics International. 2015. V. 41. № 6. P. 7543–7548. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.02.077
14. Kolobov A.V., Saito Y., Fons P., Krbal M. Structural metastability in chalcogenide semiconductors: the role of chemical bonding // Physica Status Solidi (b). 2020. V. 257. № 11. P. 2000138. https://doi.org/10.1002/pssb.202000138
15. Krbal M., Prokop V., Cervinka V., Slang S., Frumarova B., Mistrik J., Provotorov P., Vlcek M., Kolobov A.V. The structure and optical properties of amorphous thin films along the As40S60-MoS3 tie-line prepared by spincoating // Materials Research Bulletin. 2022. V. 153. P. 111871. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2022.111871
16. Kolobov A.V., Oyanagi H., Tanaka Ka., Tanaka K. Structural study of amorphous selenium by in situ EXAFS: Observation of photoinduced bond alternation // Phys. Rev. B55. 1997. P. 726. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.726
17. Kolobov A.V., Kondo M., Oyanagi H., Durny R., Matsuda A., Tanaka Ka. Experimental evidence for negative correlation energy and valence alternation in amorphous selenium // Phys. Rev. B56. 1997. P. 485. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.12004
18. Singh B., Beaumont S.P., Bower P.G., Wilkinson C.D.W. New inorganic electron resist system for high resolution lithography // Appl. Phys. Lett. 1982. V. 41. № 9. P. 889–891. https://doi.org/10.1063/1.93687
19. Nesterov S., Boyko M., Krbal M., Kolobov A. On the ultimate resolution of As2S3-based inorganic resists // Journal of Non-Crystalline Solids. 2021. V. 563. P. 120816. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.120816
