Импульсное лазерное напыление полупроводниковых тонких пленок III-V: обзор

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящем обзоре описываются новейшие достижения в области импульсного лазерного напыления полупроводниковых тонких пленок III-V на различные подложки. Показано, что метод импульсного лазерного напыления является перспективным и достаточно эффективным для получения тонких пленок широкого спектра материалов и принципиально отличается от всех известных методов получения тонких пленок тем, что он является дискретным. Эпитаксиальный рост тонких пленок III-V важен для создания новых приборов современной оптоэлектроники. В обзоре приводятся экспериментально полученные зависимости влияния некоторых параметров метода импульсного лазерного напыления на структурные, оптические, некоторые электрические свойства и стехиометрию состава бинарных и многокомпонентных тонких пленок III-V. Показано, что получения наиболее структурно совершенных тонких пленок III-V необходимо использовать фемто- и наносекундные лазеры с длинной волны от 248 нм до 532 нм, плотность энергии в импульсе должна составлять 3 Дж/см-2, а значение температуры подложки должно находиться в диапазоне от 300°C до 400°C. Мишень должна быть монолитной и иметь наиболее возможную плотность.

Об авторах

Олег Васильевич Девицкий

Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук; Северо-Кавказский федеральный университет

Email: v2517@rambler.ru
к.т.н., ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»; старший научный сотрудник научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет».

Список литературы

  1. Shepelin, N.A. A practical guide to pulsed laser deposition / N.A. Shepelin, Z.P. Tehrani, N. Ohannessian et al. // Chemical Society Reviews. - 2023. - V. 52. - I. 7. - P. 2294-2321. doi: 10.1039/d2cs00938b.
  2. Conde Garrido, J.M. A review of typical PLD arrangements: Challenges, awareness, and solutions /j.M. Conde Garrido, J.M. Silveyra // Optics and Lasers in Engineering. - 2023. - V. 168. - Art. № 107677. - 19 p. doi: 10.1016/j.optlaseng.2023.107677.
  3. Wang, B. Recent progress in high-performance photo-detectors enabled by the pulsed laser deposition technology / B. Wang, Z. Bin Zhang, S.P. Zhong et al. // Journal of Materials Chemistry C. - 2020. - V. 8. - I. 15. - P. 4988-5014. doi: 10.1039/c9tc07098b.
  4. Masood, K.B. A comprehensive tutorial on the pulsed laser deposition technique and developments in the fabrication of low dimensional systems and nanostructures / K. B. Masood, P. Kumar, M.A. Malik et al. // Emergent Materials. - 2021. - V. 4. - I. 3. - P. 737-754. doi: 10.1007/s42247-020-00155-5.
  5. Ojeda-G-P, A. Influence of plume properties on thin film composition in pulsed laser deposition / A. Ojeda-G-P, M. Döbeli, T. Lippert // Advanced Materials Interfaces. - 2018. - V. 5. - I. 18. - Art. № 1701062. - 16 p. doi: 10.1002/admi.201701062.
  6. Wolfman, J.Interface combinatorial pulsed laser deposition to enhance heterostructures functional properties /j. Wolfman, B. Negulescu, A.Ruyter et al. In book: Practical Applications of Laser Ablation; ed. by D. Yang. - London: IntechOpen Limited, 2021. - P. 3-21. doi: 10.5772/intechopen.94415.
  7. Eason, R.W. Multi-beam pulsed laser deposition for advanced thin-film optical waveguides / R.W. Eason, T.C. May-Smith, K.A. Sloyan et al. // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2014. - V. 47. - № 3. - Art. № 034007. - 15 p. doi: 10.1088/0022-3727/47/3/034007.
  8. Stokker-Cheregi, F. Photoluminescence of Eu-doped LiYF4 thin films grown by pulsed laser deposition and matrix-assisted pulsed laser evaporation / F. Stokker-Cheregi, A. Matei, M. Dinescu et al. // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2014. - V. 47. - № 4. - Art. № 045304. - 6 p. doi: 10.1088/0022-3727/47/4/045304.
  9. Aggarwal, V. Fabrication of ultra-violet photodetector on laser MBE grown epitaxial GaN nanowalls on sapphire (11-20) / V. Aggarwal, S. Gautam, U. Varshney et al. // Journal of Materials Research. - 2023. - V. 38. - I. 2. - P. 429-438. doi: 10.1557/s43578-022-00828-3.
  10. Девицкий, О.В. Исследование состава пленок GaAs1-yBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления / О.В. Девицкий, А.А. Кравцов, И.А. Сысоев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 96-105. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.096.
  11. Девицкий, О.В. Структура и состав тонких пленок GaAs1-x-yNxBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления / О.В. Девицкий // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 593-601. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.593.
  12. Devitsky, O.V. Pulsed laser deposition of gallium nitride thin films on sapphire substrates / O.V. Devitsky, D.A. Nikulin, I.A. Sysoev // AIP Conference Proceedings. - 2020. - V. 2313. - P.030012-1-030012-5. doi: 10.1063/5.0032227.
  13. Rout, S. Phase growth control in low temperature PLD Co: TiO2 films by pressure / S. Rout, N. Popovici, S. Dalui et al. // Current Applied Physics. - 2013. - V. 13. - I. 4. - P. 670-676. doi: 10.1016/j.cap.2012.11.005.
  14. Pashchenko, A.S. Growth of nanotextured thin films of GaInAsP and GaInAsSbBi solid solutions on GaP substrates by pulsed laser deposition / A.S. Pashchenko, O.V. Devitsky, L.S. Lunin et al. // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. - 2023. - V. 14. - I. 5. - P. 601-605. doi: 10.17586/2220-8054-2023-14-5-601-605.
  15. García, D.M.A. Exploring morphological variation in bismuth ferrite nanostructures by pulsed laser deposition: synthesis, structural and electrochemical properties / D.M.A. García, R.D. Santos, L. Liu et al. // Nanotechnology. - 2024. - V. 35. - I. 23. - P. 235702-1-235702-8. doi: 10.1088/1361-6528/ad2ee1.
  16. Luo, J. AlN/nitrided sapphire and AlN/non-nitrided sapphire hetero-structures epitaxially grown by pulsed laser deposition: A comparative study /j. Luo, W. Wang, Y. Zheng et al. // Vacuum. - 2017. - V. 143. - P. 241-244. doi: 10.1016/j.vacuum.2017.06.012.
  17. Palla-Papavlu, A. Characterization of polymer thin films obtained by pulsed laser deposition / A. Palla- Papavlu, V. Dinca, V. Ion et al. // Applied Surface Science. - 2011. - V. 257. - I. 12. - P. 5303-5307. doi: 10.1016/j.apsusc.2010.11.140.
  18. Socol, M. Organic thin films deposited by matrix-assisted pulsed laser evaporation (MAPLE) for photovoltaic cell applications: A review / M. Socol, N. Preda, G. Socol // Coatings. - 2021. - V. 11. - I. 11. - Art. № 1368. - 32 p. doi: 10.3390/coatings11111368.
  19. Hopp, B. Femtosecond pulsed laser deposition of biological and biocompatible thin layers / B. Hopp, T. Smausz, G. Kecskeméti et al. // Applied Surface Science. - 2007. - V. 253. - I. 19. - P. 7806-7809. doi: 10.1016/j.apsusc.2007.02.102.
  20. Harris, S.B. Deep learning with plasma plume image sequences for anomaly detection and prediction of growth kinetics during pulsed laser deposition / S.B. Harris, C.M. Rouleau, K. Xiao et al. // npj Computational Materials. - 2024. - V. 10. - I. 1. - Art. № 105. - 8 p. doi: 10.1038/s41524-024-01275-w.
  21. Anyanwu, V.O. PLD of transparent and conductive AZO thin films / V.O. Anyanwu, M.K. Moodley // Ceramics International. - 2023. - V. 49. - I. 3. - P. 5311-5318. doi: 10.1016/j.ceramint.2022.10.054.
  22. Smith, H.M. Vacuum deposited thin films using a ruby laser / H.M. Smith, A.F. Turner // Applied Optics. - 1965. - V. 4. - I. 1. - P. 147-148. doi: 10.1364/ao.4.000147.
  23. Sheftal, R.N. Mechanism of condensation of heteroepitaxial A3B5 layers pulse of moderate power / R.N. Sheftal, I.V. Cherbakov // Crystal Research and Technology. - 1981. - V. 16. - I. 8. - P. 887-891. doi: 10.1002/crat.19810160805.
  24. Chowdhury, F.R. Nanocrystalline GaAs thin films by pulsed laser deposition / F.R. Chowdhury, M. Gupta, Y.Y. Tsui // Photonics North 2012, 6-8 June 2012, Montréal, Canada: proceedings of SPIE; ed. by J.-C. Kieffer. - Bellingham, WA: SPIE Publ., 2012. - V. 8412. - P. 84121U-1-84121U-7. doi: 10.1117/12.2001471.
  25. Li, S. Exploration of growth conditions of TaAs Weyl semimetal thin film using pulsed laser deposition / S. Li, Z. Lin, W. Hu et al. // Chinese Physics B. - 2023. - V. 32. - I. 4. - Art. № 047103. - 9 p. doi: 10.1088/1674- 1056/acb913.
  26. Nguyen Van, T. Tunability of optical properties of InSb films developed by pulsed laser deposition / T. Nguyen Van, E. Laborde, C. Champeaux et al. // Applied Surface Science. - 2023. - V. 619. - Art. № 156756. - 12 p. doi: 10.1016/j.apsusc.2023.156756.
  27. Tang, P. Structural, electrical and optical properties of AlSb thin films deposited by pulsed laser deposition / P. Tang, B. Li, L. Feng et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2017. - V. 692. - P. 22-25. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.09.016.
  28. Tang, P. The properties of Zn-doped AlSb thin films prepared by pulsed laser deposition / P. Tang, W. Wang, B. Li et al. // Coatings. - 2019. - V. 9. - I. 2. - Art. № 136. - 9 p. doi: 10.3390/coatings9020136.
  29. Yimam, D.T. Pulsed laser deposited stoichiometric GaSb films for optoelectronic and phase change memory applications / D.T. Yimam, H. Zhang, J. Momand, B.J. Kooi // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2021. - V. 133. - Art. № 105965. - 9 p. doi: 10.1016/j.mssp.2021.105965.
  30. Hafez, M.A. Pulsed laser deposition of InP thin films on sapphire (1000) and GaAs (100) / M.A. Hafez, K.A. Elamrawi, H.E. Elsayed-Ali // Applied Surface Science. - 2004. - V. 233. - I. 1-4. - P. 42-50. doi: 10.1016/j.apsusc.2004.02.066.
  31. Iribarren, A. Growth of polycrystalline InP thin films by the pulsed laser deposition technique / A. Iribarren, R. Castro-Rodríguez, L. Ponce-Cabrera, J.L. Peña // Thin Solid Films. - 2006. - V. 510. - I. 1-2. - P. 134-137. doi: 10.1016/j.tsf.2005.12.302.
  32. Pashchenko, A.S. Structure and morphology of GaInAsP solid solutions on GaAs substrates grown by pulsed laser deposition / A.S. Pashchenko, O.V. Devitsky, L.S. Lunin et al. // Thin Solid Films. - 2022. - V. 743. - Art. № 139064. - 8 p. doi: 10.1016/J.TSF.2021.139064.
  33. Pashchenko, A.S. Epitaxial growth of GaInAsBi thin films on Si (001) substrate using pulsed laser deposition / A.S. Pashchenko, O.V. Devitsky, M.L. Lunina et al. // Vacuum. - 2024. - V. 227. - Art. № 113372. - 9 p. doi: 10.1016/j.vacuum.2024.113372.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).