1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российские нанотехнологии
  4. T. 18, № 6, 2023

Российские нанотехнологии, 2023, T. 18, № 6, стр. 723-736

Структурные превращения и формирование микро- и наноструктур в тонких пленках халькогенидных стеклообразных полупроводников

С. В. Заботнов 1, *, П. К. Кашкаров 1, 2, А. В. Колобов 3, С. А. Козюхин 4

1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

2 Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Москва, Россия

3 Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Институт физики
Санкт-Петербург, Россия

4 Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Москва, Россия

* E-mail: zabotnov@physics.msu.ru

Поступила в редакцию 07.07.2023
После доработки 07.07.2023
Принята к публикации 25.07.2023

Аннотация

Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) представляют фундаментальный и прикладной интерес как материалы, в которых в результате внешних воздействий могут быть эффективно реализованы обратимые структурные превращения внутри аморфной фазы и фазовые переходы в кристаллическое состояние, получены разнообразные микро- и наноструктуры. Одним из наиболее перспективных способов таких модификаций ХСП является импульсное лазерное облучение, представляющее собой бесконтактную технологию локального воздействия и позволяющее в широких пределах изменять структурные, оптические и электрофизические свойства образцов, в том числе за счет прецизионного формирования микро- и нанорельефа поверхности и высокого контраста по проводимости и показателю преломления между кристаллической и аморфной фазами. Представлен обзор ключевых работ по структурной модификации тонких пленок из наиболее широко изученных бинарных и тройных соединений ХСП (As2S3, As2Se3, Ge2Sb2Te5 и др.) с целью использования облученных образцов в качестве метаповерхностей для приложений фотоники и перспективных фазопеременных носителей информации.

Список литературы

  1. Faraday M. // Experimental Researches in Electricity. Series IV. 1833. P. 433.

  2. Smith W. // Nature. 1873. V. 7. P. 303.

  3. Braun F. // Ann. Phys. Chem. 1874. V. 153. P. 556.

  4. Adams W.G., Day R.E. // Proc. Roy. Soc. London A. 1876. V. 25. P. 113.

  5. Горюнова Н.А., Коломиец Б.Т. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1956. Т. 20. № 12. С. 1496.

  6. Mott N. // Science. 1978. V. 201. P. 871. https://www.doi.org/10.1126/science.201.4359.871

  7. Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А. // Радиотехника и электроника. 1963. Т. 8. С. 2097.

  8. Ovshinsky S.R. // Phys. Rev. Lett. 1968. V. 21. P. 1450. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.21.1450

  9. https://www.extremetech.com/extreme/211087-intel-micron-reveal-xpoint-a-new-memory-architecture-that-claims-to-outclass-both-ddr4-and-nand

  10. https://www.techinsights.com/blog/memoryselector-elements-intel-optanetm-xpoint-memory

  11. https://www.techinsights.com/blog/intel-3d-xpoint-memory-die-removed-intel-optanetm-pcm-phase-change-memory

  12. Zhang H., Liu C.X., Qi X.L. et al. // Nature Phys. 2009. V. 5. P. 438. https://doi.org/10.1038/nphys1270

  13. Zhang W., Yu R., Zhang H.J. et al. // New J. Phys. 2010. V. 12. P. 065013. https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/6/065013

  14. Koenig M., Wiedmann S., Brüne C. et al. // Science. 2007. V. 318. P. 766. https://doi.org/10.1126/science.1148047

  15. Pankratov O.A., Pakhomov S.V., Volkov B.A. // Solid State Commun. 1987. V. 61. P. 93. https://doi.org/10.1016/0038-1098(87)90934-3

  16. Kolobov A.V., Tominaga J. Two-dimensional transition-metal dichalcogenides. Switzerland: Springer, 2016. 538 p. https://www.doi.org/10.1007/978-3-319-31450-1

  17. Bandurin D.A., Tyurnina A.V., Yu G.L. et al. // Nature Nanotech. 2017. V. 12. P. 223. https://doi.org/10.1038/nnano.2016.242

  18. Berkes J.S., Ing Jr S.W., Hillegas W.J. // J. Appl. Phys. 1971. V. 42. P. 4908. https://doi.org/10.1063/1.1659873

  19. Ikeda Y., Shimakawa K. // J. Non-Cryst. Solids. 2004. V. 338–340. P. 539. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.03.037

  20. Tanaka K. // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. P. 5163. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.5163

  21. Kovalskiy A., Cech J., Tan C.L. et al. // Proc. SPIE. 2009. V. 7273. P. 1268. https://doi.org/10.1117/12.811646

  22. Nesterov S.I., Boyko M.E., Krbal M., Kolobov A.V. // J. Non-Cryst. Solids. 2021. V. 563. P. 120816. https://doi.org/doi:10.1016/j.jnoncrysol.2021.120816

  23. Tanaka K. // Solid State Commun. 1974. V. 15. P. 1521. https://doi.org/10.1016/0038-1098(74)90930-2

  24. Lyubin V.M., Klebanov M.L. // Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32. № 8. С. 915.

  25. Saliminia A., Galstian T.V., Villeneuve A. // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 4112. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.4112

  26. Kolobov A.V., Elliott S.R. // J. Non-Cryst. Solids. 1995. V. 189 P. 297. https://doi.org/10.1016/0022-3093(95)00245-6

  27. Козюхин С.А., Лазаренко П.И., Попов А.И., Еременко И.Л. // Успехи химии. 2022. Т. 91. № 9. RCR5033.

  28. Sun X., Ehrhardt M., Lotnyk A. et al. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 28246. https://doi.org/10.1038/srep28246

  29. Kunkel T., Vorobyov Yu., Smayev M. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 851. P. 156924. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156924

  30. Siegel J., Gawelda W., Puerto D. et al. // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 023516. https://doi.org/10.1063/1.2836788

  31. Hada M., Oba W., Kuwahara M. et al. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 13530. https://doi.org/10.1038/srep13530

  32. Wang Y.H., Liu F.R. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1676 P. 012161. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1676/1/012161

  33. Федянина М.Е., Лазаренко П.И., Воробьев Ю.В. и др. // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25. № 3. С. 203.

  34. Богословский Н.А., Цэндин К.Д. // Физика и техника полупроводников. 2012. Т. 46. № 5. С. 577.

  35. de Galarreta C.R., Sinev I., Alexeev A.M. et al. // Optica. 2020. V. 7. № 5. P. 476. https://doi.org/10.1364/optica.384138

  36. Pogrebnyakov A.V., Bossard J.A., Turpin J.P. et al. // Opt. Mater. Express. 2018. V. 8. № 8. P. 2264. https://doi.org/10.1364/OME.8.002264

  37. Zhu W., Yang R., Fan Y. et al. // Nanoscale. 2018. V. 10. P. 12054. https://doi.org/10.1039/C8NR02587H

  38. Efimov O.M., Glebov L.B., Richardson K.A. et al. // Opt. Mater. 2001. V. 17. P. 379. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(01)00062-3

  39. Наливайко В.И., Пономарева М.А. // Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 26. № 4. С. 523. https://doi.org/10.21883/OS.2019.04.47523.182-18

  40. Tammann G., Mansuri Q.A. // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1923. V. 126. № 1. P. 119.

  41. Tammann G. // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1926. V. 157. № 1. P. 321.

  42. Tammann G., Mehl, R.F. The States of Aggregation. New York: D. Van Nostrand Company, 1925. 297 p.

  43. Tiller W.A. The Science of Crystallization: Microscopic Interfacial Phenomena. Cambridge: Cambridge University Press, 1991. 391 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511623158

  44. Crystallization: Basic Concepts and Industrial Application / Ed. Beckmann W. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2013. 360 p. https://doi.org/10.1002/9783527650323

  45. Feltz A. Amorphe und glasartige anorganische Festkörper. Berlin: Akademie Verlag, 1983. 460 p. https://doi.org/10.1002/zfch.19850250223

  46. Дембовский С.А., Чечеткина Е.А. Стеклообразование. М: Наука, 1990. 279 с.

  47. Колмогоров А.Н. // Изв. АН СССР. Сер. матем. 1937. Т. 1. № 3. С. 355.

  48. Avrami M. // J. Chem. Phys. 1939. V. 7. P 1103. https://doi.org/10.1063/1.1750380

  49. Johnson W.A., Mehl R.F. // Trans. AIME. 1939. V. 135. P. 416.

  50. Ruitenberg G., Petford-Long A.K., Doole R.C. // J. Appl. Phys. 2002. V. 92. № 6. P. 3116. https://doi.org/10.1063/1.1503166

  51. Weidenhof V., Friedrich I., Ziegler S., Wuttig M. // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. № 6. P. 3168. https://doi.org/10.1063/1.1351868

  52. Claudio D., Gonzalez-Hernandez J., Lice O. et al. // J. Non Cryst. Solids. 2006. V. 352. № 1. P. 51. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2005.11.007

  53. Abu El-Oyoun M. // J. Non Cryst. Solids. 2011. V. 357. № 7. P. 1729. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2011.01.038

  54. Tominaga J., Shima T., Fons P. et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2009. V. 48. № 3S1. P. 03A053. https://www.doi.org/10.1143/JJAP.48.03A053

  55. Birnie D.P., Weinberg. M.C. // Physica A. 1996. V. 230. № 3–4. P. 484. https://doi.org/10.1016/0378-4371(96)00124-0

  56. Weinberg M.C. // Thermochim. Acta. 1996. V. 280–281. P. 63. https://doi.org/10.1016/0040-6031(95)02635-5

  57. Kunkel T., Vorobyov Yu., Smayev M. et al. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2022. V. 139. P. 106350. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2021.106350

  58. Karpov I.V., Mitra M., Kau D. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 173501. https://doi.org/10.1063/1.2917583

  59. Karpov V.G. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. P. 033505. https://doi.org/10.1063/1.3467458

  60. Kadic M., Milton G.W., van Hecke M., Wegener M. // Nat. Rev. Phys. 2019. V. 1. P. 198. https://doi.org/10.1038/s42254-018-0018-y

  61. Guo Z., Jiang H., Chen H. // J. Appl. Phys. 2020. V. 127. P. 071101. https://doi.org/10.1063/1.5128679

  62. Kumar N.S., Naidu. K.C.B., Banerjee P. et al // Crystals. 2021. V. 11. № 5. P. 518. https://doi.org/10.3390/cryst11050518

  63. Solomonov A.I., Pavlov S.I., Lazarenko P.I. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2103. P. 012173. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012173

  64. de Galarreta C.R., Alexeev A.M., Au Y.-Y. et al. // Adv. Funct. Mater. 2018. V. 28. P. 1704993.

  65. Hwang C.-Y., Kim G.H., Yang J.-H. et al. // Nanoscale. 2018. V. 10. P. 22635. https://www.doi.org/10.1039/c8nr90254b

  66. Carrillo S.G.-C., Trimby L., Au Y.-Y. et al. // Adv. Optical Mater. 2019. V. 7. № 18. P. 1801782. https://doi.org/10.1002/adom.201801782

  67. Julian M.N., Williams C., Borg S. et al. // Optica. 2020. V. 7. № 7. P. 746. https://doi.org/10.1364/OPTICA.392878

  68. Abdollahramezani S., Hemmatyar O., Taghinejad M. et al. // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1696. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29374-6

  69. Delaney M., Zeimpekis I., Lawson D. et al. // Adv. Funct. Mater. 2020. V. 30. № 36. P. 2002447. https://doi.org/10.1002/adfm.202002447

  70. Kozyukhin S., Smayev M., Sigaev V. et al. // Phys. Status Solidi. B. 2020. V. 257. № 11. P. 1900617. https://doi.org/10.1002/pssb.201900617

  71. Zabotnov S., Kolchin A., Shuleiko D. et al. // Micro. 2022. V. 2. P. 88. https://doi.org/10.3390/micro2010005

  72. Trofimov P.I., Bessonov I.G., Lazarenko P.I. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 32031. https://doi.org/10.1021/acsami.1c08468

  73. Yu X., Qi D., Wang H. et al. // Opt. Express. 2019. V. 27. № 7. P. 10087. https://doi.org/10.1364/OE.27.010087

  74. Bonse J., Gräf S. // Laser Photonics Rev. 2020. V. 14. P. 2000215. https://doi.org/10.1002/lpor.202000215

  75. Sipe J.E., Young J.F., Preston J., van Driel H.M. // Phys. Rev. B. 1983. V. 27. P. 1141. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.27.1141

  76. Емельянов В.И., Земсков Е.М., Семиногов В.Н. // Квантовая электроника. 1983. Т. 10. № 12. С. 2389.

  77. Емельянов В.И., Земсков Е.М., Семиногов В.Н. // Квантовая электроника. 1984. Т. 11. № 11. С. 2283.

  78. Shuleiko D., Martyshov M., Amasev D. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 42. https://doi.org/10.3390/nano11010042

  79. Fedotov S.S., Okhrimchuk A.G., Lipatiev A.S. et al. // Opt. Lett. 2018. V. 43. № 4. P. 851. https://doi.org/10.1364/OL.43.000851

  80. Lipatiev A.S., Fedotov S.S., Okhrimchuk A.G. et al. // Appl. Optics. 2018. V. 57. № 4. P. 978. https://doi.org/10.1364/AO.57.000978

  81. Drevinskas R., Beresna M., Gecevičius M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. P. 171106. https://doi.org/10.1063/1.4919538

  82. Борн М., Вольф Э. // Основы оптики. М: Наука, 1973. С. 648.

  83. Lei Y., Sakakura M., Wang L. et al. // Optica. 2021. V. 8. № 11. P. 1365. https://doi.org/10.1364/OPTICA.433765

  84. Kolchin A.V., Shuleiko D.V., Zabotnov S.V. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2020. V. 1686. P. 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1686/1/012006

  85. Kozyukhin S., Lazarenko P., Vorobyov Yu. et al. // Opt. Laser Technol. 2019. V. 113. P. 87. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.12.017

  86. Яковлев С.А., Анкудинов А.В., Воробьев Ю.В. и др. // Физика и техника полупроводников. 2019. Т. 52. № 6. С. 664. https://doi.org/10.21883/FTP.2018.06.45933.8757

  87. Kolchin A., Shuleiko D., Martyshov M. et al. // Materials. 2022. V. 15. № 10. P. 3499. https://doi.org/10.3390/ma15103499

  88. Пономаренко В.И., Лагунов И.М. // Радиотехника и электроника. 2021. Т. 66. № 4. С. 345. https://doi.org/10.31857/S0033849421040094

  89. Schmidt D., Schubert M. // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. P. 083510. https://doi.org/10.1063/1.4819240

  90. Smayev M.P., Lazarenko P.I., Budagovsky I.A. et al. // Opt. Laser Technol. 2022. V. 153. P. 108212. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108212

  91. Yu X., Zhang Q., Qi D. et al. // Opt. Laser Technol. 2020. V. 124. P. 105977. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105977

  92. Messaddeq S.H., Dumont A., Douaud A. et al. // Adv. Opt. Technol. 2018. V. 7. № 5. P. 311. https://doi.org/10.1515/aot-2018-0031

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Российские нанотехнологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал