Термическая и лазерная кристаллизация тонких пленок InSe, сформированных методом вакуумно-термического испарения

Авторы

  • Мария Евгеньевна Федянина Московский институт электронной техники https://orcid.org/0000-0001-9779-2574
  • Виктория Борисовна Пестова Московский институт электронной техники; Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена https://orcid.org/0000-0003-0781-0375
  • Дмитрий Валерьевич Пепеляев Московский институт электронной техники; Институт общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН https://orcid.org/0000-0002-9281-484X
  • Яна Сергеевна Лебедева Московский институт электронной техники; Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена https://orcid.org/0000-0002-8128-1080
  • Алексей Вальтерович Бабич Московский институт электронной техники https://orcid.org/0000-0003-2999-8049
  • Михаил Петрович Смаев Московский институт электронной техники; Физический институт имени Лебедева Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-1351-5209
  • Алексей Валентинович Ромашкин Московский институт электронной техники https://orcid.org/0000-0002-0101-6122
  • Сергей Иванович Нестеров Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН https://orcid.org/0000-0003-1166-9087
  • Сергей Александрович Козюхин Московский институт электронной техники; Институт общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН https://orcid.org/0000-0002-7405-551X

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-153X-2025-6-2-93-103

Ключевые слова:

халькогенидные материалы, бинарные соединения, InSe, оптические свойства, структурные свойства, лазерная кристаллизация

Аннотация

Бинарные халькогенидные соединения нашли широкий спектр применения благодаря возможности быстрого и обратимого фазового перехода, перестраиваемой ширины запрещенной зоны, высокой подвижности носителей заряда. Рассматриваются результаты термической и лазерной кристаллизации тонких пленок InSe, сформированных методом вакуумно-термического испарения синтезированного материала и покрытых защитным слоем SiO2. Аморфное состояние тонких пленок InSe было подтверждено спектроскопией комбинационного рассеяния света. Процессы термической и лазерной кристаллизации были изучены путем измерения электрического сопротивления и с применением оптической микроскопии соответственно. Были получены диапазоны температур и мощностей лазерного воздействия, необходимые для кристаллизации тонкой пленки InSe. Результаты спектроскопии комбинационного рассеяния показали, что степень кристалличности тонких пленок InSe можно подстраивать, варьируя мощность лазерного излучения.

Библиографические ссылки

Alieva, I. I., Mamedova, N. A., Sadygov, F. M. et al. (2020) Investigation of chemical interactions in the Sb2Te3-InSe system and properties of the obtained phases. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 65 (10), 1585–1590. http://dx.doi.org/10.1134/S0036023620100010 (In English)

Bandurin, D. A., Tyurnina, A. V., Yu, G. L. et al. (2017) High electron mobility, quantum Hall effect and anomalous optical response in atomically thin InSe. Nature Nanotech, 12, 223–227. https://doi.org/10.1038/nnano.2016.242 (In English)

Bergeron, H., Guiney, L. M., Beck, M. E. et al. (2020) Large-area optoelectronic-grade InSe thin films via controlled phase evolution. Applied Physics Reviews, 7, article 041402. https://doi.org/10.1063/5.0023080 (In English)

Chang, H-C., Tu, C-L., Lin, K. et al. (2018) Synthesis of Large-Area InSe Monolayers by Chemical Vapor Deposition. Small, 14 (39), article 1802351. https://doi.org/10.1002/smll.201802351 (In English)

Choi, I. H., Yu, P. Y. (2003) Properties of phase-pure InSe films prepared by metalorganic chemical vapor deposition with a single-source precursor. Journal of Applied Physics, 93 (8), 4673–4677. https://doi.org/10.1063/1.1561584 (In English)

Dai, M., Chen, H., Feng, R. et al. (2018) A dual-band multilayer InSe self-powered photodetector with high performance induced by surface Plasmon resonance and asymmetric Schottky junction. ACS Nano, 12 (8), 8739–8747. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b04931 (In English)

Darwish, A. A. A., El-Nahass, M. M., Bahlol, M. H. (2013) Structural and electrical studies on nanostructured InSe thin films. Applied Surface Science, 276, 210–216. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.03.068 (In English)

El-Nahass, M. M., Saleh, A-B. A., Darwish, A. A. A. Bahlol, M. H. (2012) Optical properties of nanostructured InSe thin films. Optics Communications, 285 (6), 1221–1224. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2011.11.031 (In English)

Emery, J. Y., Brahim-Otsmane, L., Jouanne, M. et al. (1989) Growth conditions of InxSey films by molecular beam deposition. Materials Science and Engineering: B, 3 (1-2), 13–17. https://doi.org/10.1016/0921-5107(89)90172-4 (In English)

Feng, W., Wu, J., Li, X. et al. (2015) Ultrahigh photo-responsivity and detectivity in multilayer InSe nanosheets phototransistors with broadband response. Journal of Materials Chemistry C, 3, 7022–7028. https://doi.org/10.1039/C5TC01208B (In English)

Gopal, S., Viswanathan, C., Thamilselvan, M. et al. (2004) Conduction studies on electrodeposited indium selenide thin films. Ionics, 10, 300–303. https://doi.org/10.1007/BF02382835 (In English)

Khusayfan, N. M., Qasrawi, A. F., Khanfar, H. K., Alharbi, S. R. (2024) Fast crystallization of InSe thin films via pulsed laser welding technique and effect of crystallinity on the optical and dielectric properties. Physica Scripta, 99 (2), article 025988. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad2040 (In English)

Kobbi, B., Kesri, N. (2004) Physico-chemical and electrical properties of InSe films. Vacuum, 75 (2), 177–182. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2004.02.003 (In English)

Kortum, G., Braun, W. Herzog, G. (1963) Principles and techniques of diffuse-reflectance spectroscopy. Angewandte Chemie, 2 (7), 333–341. https://doi.org/10.1002/anie.196303331 (In English)

Kovalyuk, Z. D., Katerynchuk, V. M., Mintyanskii, I. V. et al. (2005). γ-Radiation influence on the photoelectrical properties of oxide–p-InSe heterostructure. Materials Science and Engineering: B, 118 (1-3), 147–149. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2004.12.024

Lebedeva, Y. S., Smayev, M. P., Budagovsky, I. A. et al. (2023) Photoinduced Crystallization of Sb2Se3 and Ge2Sb2Te5 Chalcogenide Films. Journal of Surface Investigation, 17, 339–348. https://doi.org/10.1134/S1027451023070297 (In English)

Mangersnes, K., Foss, S. E., Thogersen, A. (2010) Damage free laser ablation of SiO2 for local contact opening on silicon solar cells using an a-Si:H buffer layer. Journal of Applied Physics, 107 (4), article 043518. http://dx.doi.org/10.1063/1.3309382 (In English)

Mustafa, F. I., Gupta, S., Goyal, N., Tripathi, S. K. (2010) Effect of indium concentration on the electrical properties of InSe alloy. Physica B: Condensed Matter, 405 (19), 4087–4091. https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.06.006 (In English)

Olguin, D., Cantarero, A., Ulrich, C., Syassen, K. (2003) Effect of pressure on structural properties and energy band gaps of γ-InSe. Physica Status Solidi (b), 235 (2), 456–463. https://doi.org/10.1002/pssb.200301602 (In English)

Park, J-H., Afzaal, M., Helliwell, M. et al. (2003) Chemical vapor deposition of indium selenide and gallium selenide thin films from mixed Alkyl/Dialkylselenophosphorylamides. Chemistry of Materials, 15 (22), 4205–4210. https://doi.org/10.1021/cm0310420 (In English)

Prikryl, J., Mistrik, J., Krbal, M. (2022) Optical properties of as-deposited, annealed and laser-treated Ge2Sb2Te5 thin films. Optical Materials Express, 12, 2927–2937. https://doi.org/10.1364/OME.462278 (In English)

Rani, R., Dimple, D., Jena, N. et al. (2017) Controlled formation of nanostructures on MoS2 layers by focused laser irradiation. Applied Physics Letters, 110, article 083101. https://doi.org/10.1063/1.4976692 (In English)

Rublack, T., Hartnauer, S., Kappe, P. et al. (2011) Selective ablation of thin SiO2 layers on silicon substrates by femto- and picosecond laser pulses. Applied Physics A, 103, 43–50. http://dx.doi.org/10.1007/s00339-011-6352-x (In English)

Rybin, M. V., Sinelnik, A. D., Tajik, M. et al. (2021) Optically reconfigurable spherical Ge-Sb-Te nanoparticles with reversible switching. Laser & Photonics Reviews, 16 (2), article 2100253. https://doi.org/10.1002/lpor.202100253 (In English)

Smayev, M. P., Smirnov, P. A., Budagovsky, I. A. et al. (2024) Cylindrical laser beams for a-Ge2Sb2Te5 thin film modification. Journal of Non-Crystalline Solids, 633, article 122952. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2024.122952 (In English)

Song, Ch., Huang, Sh., Wang, Ch. et al. (2020) The optical properties of few-layer InSe. Journal of Applied Physics, 128, article 060901. https://doi.org/10.1063/5.0018480 (In English)

Stepanov, R. S. (2024) Uniaxial pressure modulation of two-dimensional materials: Insights into the structure and electronic properties of MoTe2 and Sb2Te3. Physics of Complex Systems, 5, 30–38. https://doi.org/10.33910/2687-153X-2024-5-1-30-38 (In English)

Strubbe, D. A., Johlin, E. C., Kirkpatrick, T. R. et al. (2015) Stress effects on the Raman spectrum of an amorphous material: Theory and experiment on a -Si:H. Physical Review B, 92, article 241202. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.241202 (In English)

Tarasov, A., Dubkov, S., Vigdrovich, E. et al. (2023) Photocatalytic reduction of CO2 over TiO2 nanowires catalyst. MATEC Web of Conferences, 376, article 01011. https://doi.org/10.1051/matecconf/202337601011 (In English)

Tedenac, P. J.-C., Vassilev, D. G. P., Daouchi, B. et al. (1997) Low-temperature Region of the In–Se System. Crystal Research and Technology, 32 (4), 605–616. https://doi.org/10.1002/crat.2170320417 (In English)

Tran-Khac, B-C., White, R., DelRio, F. Chung, K-H. (2019) Layer-by-layer thinning of MoS2 via laser irradiation. Nanotechnology, 30, article 275302. http://dx.doi.org/10.1088/1361-6528/ab11ad (In English)

Vassilev, G. P., Daouchi, B., Record, M., Tedenac, J. (1998) Thermodynamic studies of the In–Se system. Journal of Alloys and Compounds, 269, 107–115. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(98)00007-3 (In English)

Voigt, C. A., Reingold, M., Dube, A. et al. (2024a) Molecular beam epitaxy synthesis of In2Se3 films. Journal of Vacuum Science & Technology A, 42 (3), article 032707. https://doi.org/10.1116/6.0003508 (In English)

Voigt, C. A., Tian, M., Peacock, R. et al. (2024b) Quantitative Raman and x-ray photoelectron spectroscopy of mixedphase indium selenide films. Journal of Applied Physics, 135 (21), article 215301. http://dx.doi.org/10.1063/5.0202596 (In English)

Wang, Y., Gao, J., Wei, B. et al. (2020) Reduction of the ambient effect in multilayer InSe transistors and a strategy toward stable 2D-based optoelectronic application. Nanoscale, 12, 18356–18362. https://doi.org/10.1039/D0NR04120C (In English)

Weszka, J., Daniel, P., Burian, A. M. (2000) Raman Spectra of In0.30Se0.70 Amorphous Films. Acta Physica Polonica A, 98 (5), 619–623. (In English)

Wu, M., Xie, Q., Wu, Y. et al. (2019) Crystal structure and optical performance in bulk γ-InSe single crystals. AIP Advances, 9 (2), article 025013. https://doi.org/10.1063/1.5086492 (In English)

Xie, Q., Hu, C., Xu, L. et al. (2021) Stability studies of few-layer InSe nanosheets by Raman spectroscopy. Solid State Communications, 336, article 114417. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2021.114417 (In English)

Xin, L., He, H., Wang, X. et al. (2024) Single-crystalline indium selenide fibers by laser-induced recrystallization and their tunable whispering-gallery-mode lasing by pressure-modulating. Journal of the American Ceramic Society, 107 (9), 5801–5809. https://doi.org/10.1111/jace.19916 (In English)

Yuan, X., Mayanovic, R. A. (2017) An empirical study on Raman peak fitting and its application to Raman quantitative research. Applied Spectroscopy, 71 (10), 2325–2338. http://dx.doi.org/10.1177/0003702817721527 (In English)

Zhao, O., Frisenda, R., Wang, T., Castellanos-Gomez, A. (2019) InSe: A two-dimensional semiconductor with superior flexibility. Nanoscale, 11, 9845–9850. https://doi.org/10.1039/C9NR02172H (In English)

Загрузки

Опубликован

2025-06-23

Выпуск

Том 6 № 2 (2025)

Раздел

Physics of Semiconductors

Лицензия

Copyright (c) 2025 Мария Евгеньевна Федянина, Виктория Борисовна Пестова, Дмитрий Валерьевич Пепеляев, Яна Сергеевна Лебедева, Алексей Вальтерович Бабич, Михаил Петрович Смаев, Алексей Валентинович Ромашкин, Сергей Иванович Нестеров, Сергей Александрович Козюхин

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.

Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.