Исследование морфологии и состава поверхности наноструктурированной плёнки олова на пористом кремнии

Ким К.Б., Леньшин А.С., Черненко С.С., Нифталиев С.И., Чукавин А.И.

Ссылка для цитирования:

Ким К.Б., Леньшин А.С., Черненко С.С., Нифталиев С.И., Чукавин А.И. Исследование морфологии и состава поверхности наноструктурированной плёнки олова на пористом кремнии // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 10. С. 60–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-60-67

Kim K.B., Lenshin A.S., Chernenko S.S., Niftaliev S.I., Chukavin A.I. Study of the mor phology and surface composition of a nanostructured tin film on porous silicon [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. Т. 91. № 10. P. 60–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-10-60-67

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Пористый кремний представляет собой перспективный материал для создания новых оптоэлектронных и сенсорных устройств, способных улучшить множество технологий и повысить их эффективность. Он может быть использован в различных приложениях, таких как светодиоды, фотодетекторы, солнечные батареи, датчики и другие устройства, которые требуют высокой эффективности поглощения и испускания света, а также высокой чувствительности к оптическим величинам окружающей среды. Осаждение частиц олова на пористый кремний открывает широкие возможности для разработки новых нанокомпозитных материалов с индивидуальными свойствами для широкого спектра применений. Одним из методов, используемых для осаждения плёнки олова, является вакуумно-термическое испарение. Это метод позволяет получить высококачественные тонкие слои с хорошей репродуцируемостью и контролируемыми свойствами. Цель работы. Установить влияние олова, осаждённого термическим методом, на строение и состав пористого кремния. Метод. Пористый кремний получен анодированием пластин монокристаллического кремния (марки КЭФ с ориентацией 100). Используя атомно-силовую микроскопию, фотолюминесцентную, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, были получены сведения о форме, составе и характеристиках исходного образца, а также об образце с нанесённым оловом. Основные результаты. Полученные данные показали, что при применении вакуумно-термического испарения олово осаждается на поверхности пористого слоя в виде островковой плёнки и замедляет окисление пористого слоя. В составе нанокомпозитов пористого кремния с осаждённым оловом присутствуют фазы диоксида олова, субоксида/монооксида олова и металлического олова. Применение вакуумно-термического метода для получения плёнок олова на пористом кремнии ведёт к изменению формы и положению полосы спектра фотолюминесценции и частично способствует повышению её интенсивности. Практическая значимость. Таким образом, разработанная в ходе исследования методика может быть успешно использована для производства композитных материалов с улучшенными характеристиками.

Ключевые слова:

пористый кремний, олово, вакуумно-термическое испарение, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, фотолюминесценция

Благодарность:

работа поддержана Российским научным фондом, проект РНФ № 22-73-00154

Коды OCIS: 040.0040, 160.1890, 240.0310

Список источников:

1. Sazzad H.A., Prattusha Bhattacharjee, Sarower Kabir et al. Review of new developments in different types of sensors over the past 15 years // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier Science BV. January 2023. https://doi.org/10.1016/ B978-0-323-96020-5.00043-1
2. Леньшин А.С., Ким К.Б., Агапов Б.Л., Кашкаров В.М., Лукин А.Н., Нифталиев С.И. Строение и состав композита пористого кремния с осажденной медью // Конденсированные среды и межфазные границы. 2023. Т. 25. № 3. С. 359–366. https://doi.org/10.17308/ kcmf.2023.25/11259
Lenshin A.S., Kim K.B., Agapov B.L., Kashkarov V.M., Lukin A.N., Niftaliyev S.I. Structure and composition of a composite of porous silicon with deposited copper // Condensed Matter and Interphases. 2023. V. 25. T. 2. P. 359–366. https://doi.org/10.17308/ kcmf.2023.25/11259
3. Григорьев Л.В., Михайлов А.В. Оптические и фотолюминесцентные свойства пористого кремния, легированного иттербием при лазерно-стимулированном окислении // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 12. С. 98–106.
Grigor’ev L.V., Mikhaĭlov A.V. Optical and photoluminescence properties of ytterbium-doped porous silicon subjected to laser-stimulated oxidation // Journal of Optical Technology. 2016. V. 83. № 12. P. 787–793. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000787
4. Grevtsov N., Chubenko E., Bondarenko V., Gavrilin I., Dronov A., Gavrilov S. Electrochemical deposition of indium into oxidized and unoxidized porous silicon // Thin Solid Films. 2021. V. 734. P. 138860. https://doi.org/ 10.1016/j.tsf.2021.138860

5. Alwan A.M., Yousif A.A., Abed H.R. High sensitivity and fast response at the room temperature of SnO2:CuO/PSi nanostructures sandwich configuration NH3 gas sensor // AIP Conference Proceedings. 2019. V. 2190. P. 20086. https://doi.org/10.1063/1.5138572
6. Pinto A.H., Nogueira A.E., Dalmaschio C.J., Frigini I.N., Almeida J. C., Ferrer M.M., Berengue O.M., Gonçalves R. A., Mendonça V. R. Doped tin dioxide (d-SnO2) and its nanostructures: Review of the theoretical aspects, photocatalytic and biomedical applications // Solids. 2022. V. 3. P. 327–360. https://doi. org/10.3390/solids3020024
7. Рябцев С.В. Электрофизические и оптические свойства различных наноформ оксида олова // Дисс. док. физ.-мат. наук. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2011. 274 с.
Ryabtsev S.V. Electrophysical and optical properties of various nanoforms of tin oxide [in Russian] // PhD thesis in Physics and Mathematics. Voronezh: Voronezh State University, 2011. 274 p.
8. Nasir E.M., Naji I.S. Structural and optical properties of PbxCd1–xS thin films prepared by vacuum evaporation technique // Aust. J. Basic & Appl. Sci. 2015. V. 9. № 20. P. 364–371.
9. Abegunde O.O., Akinlabi E.T., Oladijo O.P., Akinlabi S., Ude A.U. Overview of thin film deposition techniques // AIMS Materials Science. 2019. V. 6. T. 2. P. 174–199. https://doi.org/10.3934/matersci.2019.2.174
10. Lenshin A.S., Seredin P.V., Kashkarov V.M., Minakov D.A. Origins of photoluminescence degradation in porous silicon under irradiation and the way of its elimination // Materials Science in Semiconductor Processing. 2017. V. 64. T. 71. https://doi.org/10.1016/j. mssp.2017.03.020
11. Lenshin A.S., Kashkarov V.M., Domashevskaya E.P., Bel’tyukov A.N., Gil’mutdinov F.Z. Investigations of the composition of macro-, micro- and nanoporous silicon surface by ultrasoft X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy // Applied Surface Science. 2015. V. 359. P. 550–559. https://doi.org/10.1016/ j.apsusc.2015.10.140
12. Леньшин А.С., Кашкаров В.М., Турищев С.Ю., Смирнов М.С., Домашевская Э.П. Влияние естественного старения на фотолюминесценцию пористого кремния // Журнал технической физики. 2012. Т. 82. № 2. С. 150–152.
Lenshin A.S., Kashkarov V.M., Turishchev S.Yu., Smirnov M.S., Domashevskaya E.P. The influence of natural aging on the photoluminescence of porous silicon // Journal of Technical Physics. 2012. T. 82. № 2. P. 150–152.
13. Терехов В.А., Теруков Е.И., Ундалов Ю.К., Паринова Е.В., Спирин Д.Е., Середин П.В., Минаков Д.А., Домашевская Э.П. Состав и оптические свойства аморфных пленкa-SiOx:H с нанокластерами кремния // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50. № 2. С. 212–217.
Terekhov V.A., Terukov E.I., Undalov Yu.K., Parinova E.V., Spirin D.E., Seredin P.V., Minakov D.A., Domashevskaya E.P. Composition and optical properties of amorphous SiOx:H films with silicon nanoclusters // Physics and technology of semiconductors. 2016. V. 50. № 2. P. 212–217.
14. Turishchev S., Lenshin A., Domashevskaya E., Kashkarov V., Terekhov V., Pankov K., Khoviv D. Evolution of nanoporous silicon phase composition and electron energy structure under natural ageing // Phys. Status Solidi. 2009. V. 6. P. 1651–1655. https://doi.org/10.1002/pssc.200881015