Исследование морфологии поверхности, оптических и электронных свойств тонких плёнок Mg2Si на Si(111)


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты исследования элементного состава, морфологии поверхности, оптических и электронных свойств тонких плёнок Mg2Si, сформированных на Si (111). Оба образца, содержащие плёнки, формировались послойно методом реактивной эпитаксии, но при разной температуре прогрева подложек. Сформированные плёнки, состоящие из чередующихся слоёв Mg и Si в соотношении 3:1, по данным электронной оже-спектроскопии содержат атомы Mg и Si в соответствующих слоях. Методом комбинационного рассеяния света установлено наличие на графиках образцов пиков при сдвиге 258 и 348 см-1, принадлежащих Mg2Si. Данные инфракрасной спектроскопии также свидетельствуют о наличии силицида магния в составе плёнок. Проведена оценка толщины выращенных плёнок Mg2Si, исходя из известных данных о зависимости амплитуды пиков поглощения при 272 см-1 от коэффициента поглощения. По результатам исследования образцов в инфракрасном-ультрафиолетовом диапазоне и на основе геометрических расчётов определена ширина запрещённой зоны Mg2Si.

Об авторах

Д. В. Фомин

Амурский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: e-office@yandex.ru

кандидат физико-математических наук, доцент, директор научно-образовательного центра им. К.Э. Циолковского

Россия

А. В. Поляков

Амурский государственный университет

Email: polyakov_a_1999@mail.ru

магистрант, младший научный сотрудник научно-образовательного центра им. К.Э. Циолковского

Россия

К. Н. Галкин

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

Email: galkinkn@iacp.dvo.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Россия

Н. Г. Галкин

Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

Email: galkin@iacp.dvo.ru

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник

Россия

Список литературы

  1. Поляков А.В., Фомин Д.В., Новгородцев Н.С. Силицид магния – перспективный материал для оптических датчиков // Успехи прикладной физики. 2023. Т. 11, № 1. С. 52-60. doi: 10.51368/2307-4469-2023-11-1-52-60
  2. Yu H., Gao Ch., Zou J., Yang W., Xie Q. Simulation study on the effect of doping concentrations on the photodetection properties of Mg2Si/Si heterojunction photodetector // Photonics. 2021. V. 8, Iss. 11. doi: 10.3390/photonics8110509
  3. Yu H., Ji Sh., Luo X., Xie Q. Technology CAD simulations of Mg2Si/Si heterojunction photodetector based on the thickness effect // Sensors. 2021. V. 26, Iss. 16. doi: 10.3390/s21165559
  4. Yu H., Deng R., Mo Zh., Ji Sh., Xie Q. Fabrication and characterization of visible to near-infrared photodetector based on multilayer Graphene/Mg2Si/Si heterojunction // Nanomaterials. 2022. V. 12, Iss. 18. doi: 10.3390/nano12183230
  5. Shevlyagin A., Il’yaschenko V., Kuchmizhak A., Mitsai E., Amosov A., Balagan S., Kulinich S. Textured stainless steel as a platform for black Mg2Si/Si heterojunction solar cells with advanced photovoltaic performance // Materials. 2022. V. 15, Iss. 19. doi: 10.3390/ma15196637
  6. Goroshko D.L., Galkin N.G., Fomin D.V., Gouralnik A.S., Vavanova S.V. An investigation of the electrical and optical properties of thin iron layers grown on the epitaxial Si (111)-(2 × 2)-Fe phase and on an Si (111) 7 × 7 surface // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. V. 21. doi: 10.1088/0953-8984/21/43/435801
  7. Galkin N.G., Fomin D.V., Dubov V.L., Galkin K.N., Pyachin S.A., Burkov A. Comparison of crystal and phonon structures for polycrystalline BaSi2 films // Defect and Diffusion Forum. 2018. V. 386. P. 48-54. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/ddf.386.48' target='_blank'>www.scientific.net/ddf.386.48
  8. Дубов В.Л., Фомин Д.В. BaSi2 – перспективный материал для фотоэлектрических преобразователей // Успехи прикладной физики. 2016. Т. 4, № 6. С. 599-605.
  9. Galkin N.G., Goroshko D.L., Dubov V.L., Fomin D.V., Galkin K.N., Chusovitin E.A., Chusovitina S.V. SPE grown BaSi2 on Si (111) substrates: Optical and photoelectric properties of films and diode heterostructures on their base // Japanese Journal of Applied Physics. 2020. V. 59. doi: 10.35848/1347-4065/ab6b76
  10. Sekine T., Nagasawa Y., Kudoh M., Sakai Y., Parkes A.S., Geller J.D., Mogami A., Hirata K. Handbook of Auger Electron Spectroscopy. JEOL, 1982. 200 p.
  11. Галкин Н.Г., Ваванова С.В., Галкин К.Н., Баталов Р.И., Баязитов Р.М., Нуждин В.И. Наносекундный импульсный отжиг кремния, имплантированного ионами магния // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, № 1. С. 99-104.
  12. Galkin K.N., Galkin N.G., Batalov R.I., Bayazitov R.M. Synthesis of Mg2Si precipitates in Mg-implanted silicon by pulsed ion-beam treatment // Physics Procedia. 2012. V. 23. P. 45-48. doi: 10.1016/j.phpro.2012.01.012
  13. Terai Y., Hoshida H., Kinoshita R., Shevlyagin A., Chernev I., Gouralnik A. Photoreflectance spectra of highly-oriented Mg2Si (111)//Si (111) films // JJAP Conference Proceedings. 2020. V. 8. doi: 10.56646/jjapcp.8.0_011004
  14. Нежданов А.В., Афанаскин А.Ю., Ершов А.В., Машин А.И. Рамановская спектроскопия аморфного кремния, подвергнутого лазерному отжигу // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2012. № 1. С. 3-7.
  15. Галкин К.Н., Маслов А.М., Давыдов В.А. Оптические свойства мультислойных материалов на основе кремния и наноразмерных кристаллитов cилицида магния // Журнал прикладной спектроскопии. 2006. Т. 73, № 2. С. 204-209.
  16. Galkin N.G., Galkin K.N., Vavanova S.V. Multilayer Si (111)/Mg2Si clusters/Si heterostructures: Formation, optical and thermoelectric properties // e-Journal of Surface Science and Nanotechnology. 2005. V. 3. P. 12-20. doi: 10.1380/ejssnt.2005.12
  17. Baleva M., Marinova M., Atanassov A. Infrared spectra of semiconducting silicides nanolayers // Journal of Physics: Conference Series. 2008. V. 113. doi: 10.1088/1742-6596/113/1/012043
  18. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. Введение в физику поверхности. М.: Наука, 2006. 490 с.
  19. Galkin N.G., Maslov A.M., Konchenko A.V. Optical and photospectral properties of CrSi2 A-type epitaxial films on Si (111) // Thin Solid Films. 1997. V. 311, Iss. 1-2. P. 230-238. doi: 10.1016/S0040-6090(97)00678-0
  20. Наджафов Б.А. Определение оптических констант в тонких плёнках a-SI:H и a-NK-C:H // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 12, ч. 9. С. 1613-1617.
  21. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М.: Атомэнергоиздат, 1985. 392 с.
  22. AkiyamaT., Hori N., Tanigawa Sh., Tsuya D., Udono H. Fabrication of Mg2Si pn-junction photodiode with shallow mesa-structure and ring electrode // JJAP Conference Proceedings. 2017. V. 5. doi: 10.56646/jjapcp.5.0_011102
  23. Shevlyagin A., Chernev I., Galkin N., Gerasimenko A., Gutakovskii A., Hoshida H., Terai Y., Nishikawa N., Ohdaira K. Probing the Mg2Si/Si (111) heterojunction for photovoltaic applications // Solar Energy. 2020. V. 211. P. 383-395. doi: 10.1016/j.solener.2020.09.085
  24. Stathokostopoulos D., TeknetziA., Tarani E., Karfaridis D., Chrissafis K., Hatzikraniotis E., Vourlias G. Synthesis and characterization of nanostructured Mg2Si by pack cementation process // Results in Materials. 2022. V. 13. doi: 10.1016/j.rinma.2021.100252

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах