Лазерная модификация свойств ZnO:Al плёнок

Научная библиотека Комментарии к записи Лазерная модификация свойств ZnO:Al плёнок отключены

 Сергеев М.М., Гресько В.Р., Михайлова Ю. В. // Лазерные технологии в Университете ИТМО

В этом исследовании мы демонстрируем возможность управления оптическими и электрическими свойствами тонких полупроводниковых золь-гель пленок ZnO:Al с наночастицами серебра путем структурной модификации с помощью лазерного излучения на длине волны 405 нм. По результатам экспериментов выполнено моделирование оптических постоянных плёнок.

Композитные оптически прозрачные тонкие полупроводниковые плёнки с наночастицами металлов являются перспективными нелинейно-оптическими средами для создания различных устройств нового поколения. Добавление наночастиц с плазмонными свойствами – золота, серебра, и металлов с высокой проводимостью – аллюминия или меди, позволяет использовать такие плёнки для изготовления элементов фотовольтаики. Например, эти нанокомпозиты можно наносить на солнечные элементы или электроды для повышения эффективности их работы. Также, оптически прозрачные нанокомпозитные плёнки могут использоваться в устройствах микроаналитики – плазмонных детекторах, химических сенсороах или манипуляторах. Помимо вышеперечисленного, композитные среды на основе наночастиц полупроводников являются перспективными для создания быстродействующих устройств управления в интегрально-оптических схемах и элементов плоской оптики. Очевидно, что лазерные технологии это налучший инструмент для точной структурной модификации таких материалов, для управления их оптическими и электрическими свойствами.

В качестве образцов использовались оптически прозрачные полупроводниковые пленки ZnO:Al(0,5%) с наночастицами серебра, наносимые на подложку из плавленого кварца толщиной 1 мм методом spin-coating / dip-coating (окунание) и отожжённые в печи при температуре 570°C в течение 15 минут. Толщина плёнок составляла около h = 120 нм. Для локальной модификации свойств образцов использовалось непрерывное излучение полупроводникового лазера с длиной волны λ = 405 нм. В ходе обработки варьировалась скорость передвижения лазерного источника V и мощность излучения P. После обработки образцы были исследованы при помощи оптической микроскопии в режимах проходящего и отраженного света, а также при помощи спектрофотометрии. Было измерено электрическое сопротивление материала.

Спектры пропускания и отражения при нормальном падении естественно поляризованного света снятые с исходной плёнки были использованы для моделирования оптических констант (рис.1). Были рассчитаны значения показателя преломления n и экстинкции k в диапазоне длин волн от 200 нм до 1100 нм, а также определены ширина запрещенной зоны Eg =4,91 eV и энергия Ферми Ef=3,25 eV.

При помощи микроскопа-спектрофотометра было исследовано изменение оптических свойств в области треков, в частности исследовалось изменение формы и положения пика плазмонного резонанса, создаваемого вкладом серебряных наночастиц. Диаметр фотометрического участка при измерениях составлял около 2,5 мкм.

В результате обработки удалось добиться как изменения формы пика, например смещения минимума пика и изменения его полуширины (рис. 2), так и его исчезновения. Изменение параметров пика было связано с изменением свойств серебряных наночастиц (размера, концентрации и дисперсионного разброса по размерам). Кроме того, изменение оптических характеристик было связано и с изменением свойств кристаллов AZO. Так, спекание кристаллов приводило к увеличению пропускания материала, а их “дробление” наоборот приводило к уменьшению пропускания.

Измеренное сопротивление исходного образца составило R=3,55 МОм, после обработки оно уменьшилось и для одной из обработанных областей составляло R=0,9 МОм.

В результате была показана возможность изменения оптических свойств AZO плёнок с серебряными наночастицами при помощи лазерного излучения. Было произведено моделирование оптических констант материала. В дальнейшем образцы будут исследованы при помощи электронной микроскопии для получения более подробных сведений об изменении структуры материала и его сопротивления после обработки.

Источник: https://vk.com/@lts_ifmo-lazernaya-modifikaciya-svoistv-znoal-plenok

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top