Лазерная модификация оптических и электрических свойств пленок PbSe для устройств газового анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ольхова Анастасия Александровна

• Ольхова Анастасия Александровна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Ольхова Анастасия Александровна

Реферат

Synopsis

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДЕТЕКТОРОВ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА

1.1. Обзор методов газового анализа

1.2. Оптические методы газового анализа, перспективы их развития

1.3. Халькогенидные пленки, как фотодетекторы среднего и дальнего ИК излучения

1.4. Методы повышения фоточувствительности полупроводниковых пленок

1.4.1. Легирование халькогенидных пленок

1.4.2. Термообработка халькогенидных пленок

1.4.3. Лазерная модификация структуры халькогенидных пленок

1.4.4. Воздействие частицами высокой энергии

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. ФОТОТЕРМИЧЕСКОЕ ПОТЕМНЕНИЕ И ПРОСВЕТЛЕНИЕ ПЛЕНОК PbSe

2.1. Создание халькогенидной пленки

2.2. Оборудование

116

2.3. Лазерная модификация халькогенидных пленок

2.3.1. Влияние непрерывного лазерного воздействия на структуру пленок PbSe

2.3.2. Влияние импульсного лазерного воздействия на структуру пленок PbSe

2.3.3. Моделирование условий лазерного отжига пленок излучением с длинами волн 405 нм и 1064 нм

2.4. Механизмы фототермического потемнения и просветления пленок

2.4.1. Формулировка условий лазерной модификации для обеспечения условий потемнения и просветления пленок

Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК PbSe

3.1. Лазерная модификация оптических свойств пленок

3.1.1. Оптические константы халькогенидной пленки при лазерной модификации УФ излучением

3.1.2. Оптические константы халькогенидной пленки при лазерной модификации ИК излучением

3.2. Лазерная модификация электрических свойств пленок

3.2.1. Электрические характеристики халькогенидной пленки при лазерной модификации УФ излучением

3.2.2. Электрические характеристики халькогенидной пленки при

лазерной модификации ИК излучением

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ ПЛЕНОК PbSe ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОГО ОТЖИГА ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАЗА

4.1. Описание принципа работы оптического датчика газового анализа

4.2. Функциональная схема устройства газового анализа и описание принципа его работы

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

СПИСОК ТАБЛИЦ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акты внедрения

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Тексты основных публикаций по теме диссертации

Реферат

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная модификация оптических и электрических свойств пленок PbSe для устройств газового анализа»

Общая характеристика диссертации Актуальность темы

В современном мире, в условиях постоянного стремительного развития науки и технологий, важное место занимает созданием новых материалов и модификация их свойств. Одним из классов материалов, привлекающих особое внимание исследователей, являются халькогенидные материалы. Халькогенидные материалы представляют собой соединения элементов VI группы периодической системы: кислорода, серы, селена или теллура с элементами группы 16 (кислородом, серой, селеном или теллуром). Эти материалы привлекают интерес благодаря их уникальным свойствам и широкому спектру потенциальных применений. Уникальные свойства халькогенидные материалов определяются их структурой и химическим составом. Известно, что халькогенидные материалы обладают полупроводниковыми свойствами, что делает их привлекательными для применения в электронике и оптоэлектронике [1]. Благодаря высокой чувствительности к изменениям окружающей среды, халькогенидные материалы также находят применение в сенсорах и датчиках. Кроме того, некоторые из них обладают фотокаталитической активностью, что делает их перспективными для использования в сфере экологии и энергетики.

Халькогенидные пленки, включая пленки РЬБе, привлекают особое внимание благодаря их уникальным оптическим [2] и электрическим [3] свойствам, особенно в инфракрасном диапазоне. Данные свойства позволяют применять пленки PbSe в инфракрасной оптике, детекторах различных газов [4] и других устройствах, работающих в инфракрасном диапазоне.

Помимо этого, исследования и модификация оптических и электрических свойств таких материалов становятся все более популярными [4]. Изменение этих свойств и их настройка в небольших диапазонах значений — очень перспективная задача для многих приложений. Например, оптоэлектронные системы, солнечные элементы и светодиодные технологии [5] в качестве фотоэлектрических датчиков [6].

Процесс окисления играет ключевую роль в достижении определенных оптических и электрических характеристик пленок PbSe, и его контроль является критическим в технологических процессах. Традиционно, окисление активируется при тепловой обработке в печи, однако этот процесс остается сложным для контроля, особенно для пленок с малой толщиной (порядка 500 нм) или непрозрачных структур. Лазерная модификация [7] халькогенидных пленок, включая PbSe, стала объектом интенсивных исследований из-за ее потенциальных преимуществ [8] перед стандартными методами обработки.

Газовый анализ и микроаналитика - это области, которые неразрывно связаны с развитием материалов на основе халькогенидов PbSe. Важность этих материалов заключается в том, что они позволяют создавать более эффективные и точные инструменты для обнаружения и анализа различных газов и микрочастиц в воздухе [9]. Это особенно важно в контексте экологической безопасности и здравоохранения, так как улучшенные инструменты для газового анализа могут помочь в более точном и быстром обнаружении вредных веществ [9], что, в свою очередь, может привести к более эффективным методам борьбы с загрязнением окружающей среды и защите здоровья людей.

В настоящее время использование газов, нефти и их продуктов повсеместно распространено в промышленности и жизни людей [10].

Однако, такие компоненты и их пары являются горючими, взрывоопасными и токсичными веществами, что требует обеспечения безопасности рабочих и объектов промышленности. Для решения этой задачи используется газоаналитическое оборудование, в котором детектором являются халькогенидные пленки [11, 12].

Халькогенидные пленки обладают высокой фоточувствительностью и могут детектировать вредные загрязнения в воздушной среде благодаря их высокому поглощению в инфракрасном диапазоне [11, 12]. Существует множество способов повышения фоточувствительности халькогенидных пленок, таких как термообработка и легирование. Однако, лазерная модификация структуры детектора является наиболее доступным и низкозатратным методом.

Лазерная модификация позволяет улучшить свойства халькогенидных пленок, включая повышение фоточувствительности [7]. С помощью лазерной обработки можно изменить микроструктуру поверхности пленки, увеличивая поверхностную площадь и обеспечивая лучшее сцепление между пленкой и подложкой. Это позволяет увеличить поглощение инфракрасного излучения и повысить чувствительность детектора.

Целью диссертационной работы явилась разработка методов модификации структуры, оптических и электрических свойств пленок селенида свинца (РЬБе) лазерным воздействием, а также изменение их фоточувствительности для применения в устройствах газового анализа.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Характеризация оптических и электрических свойств пленок PbSe толщиной 1 мкм, нанесенных на подложку покровного стекла.

2. Воздействие на образцы пленок непрерывным излучением полупроводникового лазера с длиной волны 405 нм и исследование механизмов лазерной модификации их структуры.

3. Воздействие на образцы пленок лазерными импульсами с различной длительностью т = 4 - 200 нс на длине волны X = 1,06 мкм (волоконный УЬ лазер) и исследование механизмов лазерной модификации их структуры.

4. Изучение свойств пленок после лазерного воздействия и сравнение полученных результатов с данными из п. 2, а также с результатами модификации пленки в условиях тепловой обработки в печи.

5. Описание механизмов лазерной модификации пленок, выбор оптимальных условий лазерного воздействия на образцы.

6. Запись модифицированных областей различной конфигурации при сканировании лазерным пятном по пленке для дальнейшего исследования электрических характеристик и фоточувствительности:

- запись квадрата построчным сканированием с размерами 5 х 5 мм, 10х10 мм.

7. Изучение оптических и электрических характеристик модифицированных участков пленки, а также их фоточувствительности в ИК диапазоне длин волн.

8. Исследование возможности применения образцов пленки с модифицированными областями в качестве фоточувствительных элементов в устройствах газового анализа.

Научная новизна работы

1. Разработан способ фототермической модификации структуры пленок РЬБе в режиме большей плотности энергии (далее - просветления, режим 2) и меньшей плотности энергии (далее - потемнения, режим 1) при воздействии непрерывным лазерным излучением и лазерными наносекундными импульсами.

2. Установлено, что в результате фототермического действия лазерного излучения на плёнку РЬБе происходит необратимая модификация ее структуры и рост количества дефектных центров в виде пор, способствующих увеличению разности значений электрического сопротивления при экспонировании среднем и дальнем ИК излучением.

3. Установлено, что электрическое сопротивление пленки PbSe после лазерного воздействия приобретает существенную анизотропию в обоих вышеупомянутых режимах лазерного облучения, модифицированные области имеют повышенное сопротивление при измерении его перпендикулярно направлению лазерных треков трекам и пониженное — при параллельном.

Практическая ценность диссертационной работы

Практическая значимость результатов диссертации заключается в том, что сформированные и исследованные в работе структуры, полученные на пленках селенида свинца с помощью лазерной модификации, обладают высоким потенциалом применения в устройствах газового анализа.

Положения, выносимые на защиту:

1. В результате облучения пленки PbSe движущемся лазерным пучком непрерывного излучения при скорости 100 мм/с и плотности энергии 19 Дж/см2 происходит повышение ее коэффициента поглощения в 1,5 раза в спектральном диапазоне от 0,4 до 1,0 мкм по причине плавления пленки и последующей ее вторичной кристаллизации в виде периодических структур с периодом 1 мкм, возникающей при модуляции теплового поля. Снижение коэффициента поглощения пленки в результате уменьшения ее толщины происходит при увеличении плотности энергии до 25 Дж/см2.

2. Воздействие лазерных импульсов с плотностью энергии 0,3 Дж/см2 и длительностью 4 нс (режим меньшей плотности энергии) на пленку PbSe приводит к увеличению поглощательной способности в 3,5 раза в спектральном диапазоне 0,4 - 1,0 мкм, что связано с образованием наноразмерных пор и других дефектов вследствие возникновения термомеханических напряжений в области движущегося лазерного пятна. Повышение плотности энергии до 26 Дж/см2 и длительности импульсов до 50 нс (режим большей плотности энергии) приводит к снижению поглощательной способности за счет уменьшения ее толщины.

3. Экспонирование пленки PbSe, модифицированной лазерными импульсами в режиме меньшей плотности энергии, излучением с длиной волны 4,75 мкм и мощностью 15 мВт вызывает снижение сопротивления с 43 кОм до 28 кОм, что связано с увеличением поглощательной способности за счет формирования в матрице пленки дефектных центров. Сопротивление в этом режиме лазерной модификации на 32% выше аналогичных изменений сопротивления пленки, прошедшей тепловую обработку в печи.

4. Модификация структуры пленки PbSe при фототермическом воздействии в режиме построчного лазерного сканирования становится причиной анизотропности электрического сопротивления, измеренного параллельно и перпендикулярно записанным трекам. В режиме меньшей плотности энергии сопротивление, измеренное перпендикулярно трекам, в 4,2 раза превышает сопротивление, измеренное параллельно им, в режиме большей плотности энергии аналогичные изменения не наблюдаются.

Достоверность научных достижений

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается повторяемостью экспериментальных результатов, использованием современных высокоточных методов исследования вещества, а также подробным анализом всех результатов с учётом общепринятых методов обработки. Кроме того, проведённые расчёты и оценочные исследования согласуются с экспериментальными данными и не противоречат результатам, полученным другими авторами в схожих исследованиях

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы были использованы и используются в Университете ИТМО при выполнении проектов в рамках гранта НИРМА, гранта Российского Научного Фонда (проект № 19-7910208) 2022-2024 г., гранта Российского Научного Фонда (проект № 23-291008) 2023-2024 г., а также личного гранта Умник-Фотоника Фонда содействия инновациям (проект №18058ГУ/2022).

Получена государственная регистрация программы для ЭВМ, Программа для реализации алгоритма управления ИК-источником излучения для опроса модифицированных пленок PbSe в составе стенда газоанализатора CO2, RU2023680017.

Личный вклад автора

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Вклад автора заключался в планировании непосредственном выполнении экспериментальных исследований, анализе полученных данных и написании, и редактировании статей и тезисов докладов конференций. Обсуждение результатов и подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Общая постановка целей и задач исследования в рамках диссертационной работы проведена совместно с научным руководителем работы М.М. Сергеевым. Высокий личный вклад автора работы подтверждается большим количеством представленных устных докладов на российских и международных конференциях, а также первым авторством большинства публикаций, перечисленных ниже.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах Университета ИТМО, а также на международных и всероссийских конференциях:

1. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Сергеев М.М. LASER CORRECTION OF PbSe CHALCOGENIDE FILMS PHOTOSENSITIVETY // VI Международный симпозиум Инженерно-физические технологии биомедицины, 21-24 ноября 2021 г., г. Москва, МИФИ;

2. Патрикеева А.А., Сергеев М.М., Ольхова А.А. Модификация фотоэлектрических свойств халькогенидных пленок лазерным излучением // 51-ая Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 2-5 февраля 2022 г.;

3. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Сергеев М.М. MODIFICATION OF THE ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF A PBSE FILM BY LASER RADIATION // XI Конгресс молодых ученых 4-8 апреля 2022 г., победитель номинации Лучший доклад молодого ученого;

4. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Сергеев М.М. Модификация электрических характеристик пленки PbSe лазерным излучением // XI Конгресс молодых ученых 4-8 апреля 2022 г.;

5. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Сергеев М.М. Laser-inducted modification of the PbSe chalcogenide film photosensitivity // FLAMN-2022, 27-30 июня 2022 г, Санкт-Петербург;

6. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Зайцев И.Г., Сергеев М.М. Модификация лазерным воздействием оптических свойств фоточувствительного детектора газоанализатора // XIX Международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям, 20-22 сентября 2022 г;

7. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Сергеев М.М. International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT), 11-16 сентября 2022;

8. Ольхова А.А. Улучшение фоточувствительности газоанализатора за счет лазерной модификации оптических характеристик детектора // Конференция Новые материалы - от инноваций к доступным решениям от ПАО Газпром, 04-05 октября 2022 г.

9. Ольхова А.А. Улучшение фоточувствительности газоанализатора за счет лазерной модификации оптических характеристик детектора // XX Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике, посвященный 100-летию со дня рождения Н.Г. Басова, Самара, 8-12 ноября 2022 г.

10. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. GAS ANALYZER PHOTOSENSITIVITY IMPROVEMENT DUE TO DETECTOR OPTICAL AND ELECTRICAL CHAR-ACTERISTICS LASER MODIFICATION, VII Международный симпозиум Инженерно-физические технологии биомедицины, 21-24 ноября 2022 г., г. Москва, МИФИ;

11. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. Лазерная обработка полупроводниковых пленок PbSe непрерывным и импульсным излучением для улучшения фоточувствительных характеристик детектора для приложений газового анализа // XII международная конференция по фотонике и информационной оптике, 1-3 февраля, 2023 г.

12. Патрикеева А.А., Ольхова А.А., Сергеев М.М. МОДИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛЕНКИ PBSE ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ В БЛИЖНЕМ ИК ДИАПАЗОНЕ // XII Конгресс молодых ученых 3-6 апреля 2023 г.;

13. Дубкова М.А., Патрикеева А. А., Ольхова А. А., Сергеев М.М., Laser modification of optical properties of PbSe films by continuous radiation at a wavelength of405 nm, 30th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT'23), 18-21 сентября 2023 г.;

14.Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. Модификация оптических свойств халькогенидных пленок ближним ИК лазерным излучением// XX Международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям, 12-15 сентября 2023 г.;

15. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. ЛАЗЕРНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК PBSE, Всероссийская Диановская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2023) 3-6 октября 2023 г.

16.Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Бутяева М.А., Сергеев М.М. MODIFICATION OF CHALCOGENIDE FILMS BY LASER IRRADIATION IN THE APPLICATION OF GAS ANALYSIS, VIII Международный симпозиум Инженерно-физические технологии биомедицины, 11-15 ноября 2023 г., г. Москва, МИФИ

Основные содержание диссертации представлено в 8 публикациях, из них 2 изданы в журнале, рекомендованном ВАК, 5 опубликованы в изданиях, индексируемых в международных базах данных WoS, Scopus. Также имеется 1 зарегистрированная программа для ЭВМ.

Работы в научных журналах и изданиях, включенных в перечень Web of science и Scopus:

1. Ольхова, А.А., и др. Лазерно-индуцированное тепловое воздействие на электрические характеристики фоточувствительных пленок селенида свинца // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2024. - Т. 24, № 1. - С. 30-40.

2. Olkhova A.A., Omelchenko P.P., Shulga B.G., Patrikeeva A.A., Dubkova M.A., Sergeev M.M. The influence of an oxygen-free environment on the characteristics of chalcogenide films during laser modification with near-IR radiation // Physics of Atomic Nuclei. - 2023. - V. 86 (12).

3. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. Модификация оптических и электрических свойств пленок PbSe наносекундными импульсами лазерного излучения с длиной волны 1.064 мкм // Оптический журнал. - 2023. - Т. 90, №4. - С. 35-47.

4. Olkhova, A.A., Patrikeeva, A.A., Dubkova, M.A., Kuzmenko, N.K., Nikonorov, N.V., Sergeev, M.M. Comparison of CW NUV and Pulse NIR Laser Influence on PbSe Films Photosensitivity // Appl. Sci. - 2023. - Vol. 13, - С. 2396 -2405.

5. Olkhova, A.A., Patrikeeva, A.A., Sergeev, M.M. Electrical and Optical properties of Laser-induced Structural Modifications in PbSe Films // Applied Sciences. - 2022. - Vol. 12, No. 19. - pp. 10162.

В изданиях из списка ВАК РФ:

1. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. Анализ оптимального инфракрасного источника излучения в разработке конструкции стенда газоанализатора с детектором на основе модифицированных лазером пленок селенида свинца // Газовая промышленность. - 2023. - Т. 10, №855. - С. 76-83.

2. Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. Модификация оптических свойств халькогенидных пленок PbSe с помощью непрерывного лазерного излучения // Газовая промышленность. - 2022. - Т. 12, №842. - С. 46-53.

Результат интеллектуальной деятельности:

1. Государственная регистрация программы для ЭВМ № RU2023680017, Российская Федерация. Программа для реализации алгоритма управления ИК-источником излучения для опроса модифицированных пленок PbSe в составе стенда газоанализатора С02: № 2023680017: заявл. 01.08.2023: опубл. 25.09.2023 Бюл. № 10 / А. А. Ольхова, В. Н. Кузнецов.

Структура и объем диссертации

Диссертация включает в себя введение, четыре главы, заключение, список цитируемой литературы из 1 13 наименований. Материалы работы представлены на 302 страницах, включая 38 рисунков и 6 таблиц.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, приведена цель и сформулированы задачи работы, перечислены выносимые на защиту научные результаты, обладающие научной новизной, обоснована достоверность научных положений и выводов, указаны методология и методы исследования, сведения о теоретическом и практическом значении работы, а также о внедрении и апробации результатов диссертационных исследований.

В Главе 1 приведён обзор научных работ по теме исследования.

В разделе 1.1 были рассмотрены методы газового анализа, их основные типы, характеристики, приведена классификация газовых датчиков.

В разделе 1.2 подробно рассмотрены оптические методы газового анализа, перспективы их развития, а также достоинства и недостатки данных методов.

В разделе 1.3 показана возможность использования перспективных материалов, которыми являются халькогениды, за счет высокой чувствительности в среднем и дальнем ИК-диапазоне. Рассматриваются халькогенидные пленки из различных материалов, включая сульфиды, селениды и теллуриды элементов группы VI, таких как свинец (РЬ), цинк ^п), кадмий (Cd) и германий ^е). Сравнениваются халькогенидные материалы фотодетекторов, показана перспективность использования структур на основе РЬБе.

В разделе 1.4 описаны методы повышения фоточувствительности полупроводниковых пленок в том числе рассматривается травление и легирование, термообработка, лазерная модификация структуры и воздействие частицами высокой энергии на халькогенидные пленки.

Далее сформулированы основные выводы Главы 1, указаны основные методы, использующиеся для повышения фоточувствительности детекторов. Отмечается, что лазерная модификация остается одним из наиболее перспективных направлений для повышения фоточувствительности халькогенидных пленок PbSe.

Глава 2 посвящена процессам возникновения фототермического потемнения и просветления пленок РЬБе в результате лазерной модификации.

В разделе 2.1 описан процесс создания халькогенидных пленок. В работе применен метод вакуумно-термического напыления [13] для изготовления исследуемых пленок на плоскопараллельной подложке из покровного стекла толщиной 0,2 мм. Образцы пленки изготовлены компанией ООО Оптосенс. Традиционная тепловая обработка исходных образцов выполнена в печи открытого типа при атмосферных условиях. Термическая обработка продолжалась в течение 90 секунд и представляла

собой нагрев пленки до температуры 540 °С с последующей выдержкой и нагревом до 630 °С. Данная обработка состояла из процессов активации и сенсибилизации образцов [13].

В разделе 2.2 описано основное оборудование и методы, используемые для анализа исследуемых образцов. Представлена установка для лазерной модификации структуры полупроводниковых пленок использовались волоконные импульсные иттербиевые лазеры. наносекундной длительностью импульсов, частотой следования импульсов до 250 кГц и длиной волны излучения 1 ,07 мкм с мощностью излучения 20 и 50 Вт. Показана установка для лазерной модификации исследуемых пленок с помощью полупроводникового лазера LSR405CP-1W с длиной волны 405 нм. Визуализация зоны обработки происходила с помощью окулярной камеры. Представлена методика измерения электрического сопротивления пленок PbSe, которая проводились на обработанных и необработанных участках образцов. Для измерения электрических характеристик пленок PbSe был применен четырехзондовый метод (ГОСТ 62607-2-1-2017).

В разделе 2.3 описано влияние непрерывного и импульсного лазерного воздействия на структуру пленок PbSe, показанные в разделе 2.2.

Приводятся снимки пленки PbSe после лазерной обработки в режиме просветления и потемнения, полученные с помощью оптической микроскопии в отраженном свете светлого поля, в поле прошедшего света, с помощью детектора вторичных электронов СЭМ и рентгеновского дифрактометра. Также показаны изображения FESEM-EDX для пленок после лазерной обработки.

На изменение оптических свойств пленок после лазерной обработки также указывают спектры отражения и поглощения (рис. 1). В результате

лазерного воздействия на пленку излучением с длиной волны 405 нм происходило увеличение поглощения материала образца до 97% в диапазоне от 380 до 900 нм.

(а)

(б)

Рисунок 1 - Спектры отражения (а) и поглощения (б), полученные для исходного образца, образца после термообработки и образцов после лазерной модификации с длиной волны 405 нм

Наилучший результат был достигнут при лазерной обработке в режиме потемнения [14].

На рисунке 2 изображены спектры отражения и поглощения в видимом диапазоне спектра для образцов, прошедших лазерную модификацию с длиной волны 1064 нм. Для модифицированных участков пленок PbSe с помощью коротких лазерных импульсов в режиме потемнения наблюдалось резкое уменьшение отражения относительно исходной пленки, но большее относительно тепловой обработки [14].

(а) (б)

Рисунок 2 - Спектры отражения (а) и поглощения (б), полученные для исходного образца, образца после термообработки и образцов после лазерной модификации с длиной волны 1064 нм

Приводится моделирование условий лазерного отжига пленок излучением с длинами волн 405 нм и 1064 нм.

Настройка фазовых переходов, таких как аморфизация и перестройка структуры полупроводниковых пленок, возможно благодаря низкой температуре в области, подвергаемой нагреву в пределах лазерного пятна. [13]. Это позволяет получать новые физические свойства и улучшать характеристики материала. Возникновение изменений при нагреве пленки при низких температурах связано с местным нагревом поверхности материала [13].

На рисунке 3 показаны зависимости между температурой поверхности пленки и количеством импульсов при использовании лазерного излучения с длиной волны 1064 нм в различных режимах модификации [13].

350

О 300

о

со

о.

>

I-

со а <и

250

5 200 <и

150'

100-

Режим просветления Ар 0 9. и=50 Р=930 мВт ы=90 мкм тр=50 не ^120 кГц, - Режим потемнения А,= 0 7. и=100 м^ Р=14 мВт о>=70 мкы тЕ=4 не. М кГц

"^эксп = 353°С ^^——;

- . ; Ттеор = 300°С 1 1 1 1 1 1 1 1

Т..... ! Ттеор = 145°С 1

' "'"эксп - 101°С ----------л-------------------------------------------- 1 1 1 1 ■ 1

20

40

60

80

100

N

Рисунок 3 - Зависимость температуры на поверхности пленки при импульсной лазерной модификации от количества импульсов (Ы): в режиме потемнения (фиолетовая кривая), в режиме просветления

(оранжевая кривая) [13]

На рисунке 4 показано распределение температура на поверхности пленки в направлении движения лазерного пучка при различном количестве импульсов [13].

Температура, °С

а)

Режим потемнения Количество импульсов:

Режим просветления 350"-Количество

N =1

-N =30

-N =100

..импульсов: N = 1

300""-N = 30

---N = 100

250" "

200" "

100"

-3 -2

-1 0 х-10 1, мм

2

-3 -2 -1 0

Х-10"1, ММ

2

Рисунок 4 - Температура на поверхности пленки в зависимости от координаты х, по направлению движения лазерного пучка при модификации: (а) в режиме потемнения: после 1-го импульса (зеленая кривая), 30-го (голубая кривая) и 100-го (серая кривая); (б) в режиме просветления: после 1-го импульса (желтая кривая), 30-го (оранжевая кривая) и 100-го (фиолетовая кривая) [13]

Оптимальные режимы лазерной модификации могут быть выбраны с использованием результатов, полученных на рисунке 3, 4 [13].

Полученные расчетные результаты нагрева пленки толщиной 0.8 мкм движущимся непрерывным источником в режиме потемнения (Р = 7,5 мВт, А/ = 0,64, и = 1 мм/с, ю = 17,5 мкм) свидетельствуют о том, что максимальная температура в центре пятна достаточно быстро достигает 140оС (рис. 5). Близкое к максимальному значение температуры устанавливается уже после 0.05 с обработки и далее практически не изменяется. В режиме просветления (Р = 9,8 мВт, А/ = 0,89092, и = 4 мм/с, ю = 17,5 мкм) максимальная температура в центре

пятна, согласно результатам моделирования, достигает 325оС также примерно через 0.05 сек обработки.

Рисунок 5 - Зависимость температуры на поверхности пленки при непрерывной лазерной модификации от времени: в режиме потемнения (черная кривая), в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ольхова Анастасия Александровна, 2024 год

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. SatiD.C., Jain П. Coexistence of photodarkening and photobleaching in Ge-Sb-Se thin films // Journal of Non-Crystalline Solids. 2017. V. 478. P. 23-28. https://doi.Org/10.1016/j.jnoncrysol. 2017.10.003

2. Trail D., Gorius N.. Quilligan G. et al. Gas analyzer for monitoring H20 and C02 partiul pressures in space instrumentation // IEEE Sensors Journal. 2022. V. 22. № 13. P. 1257612587. https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3177079

3. Maskaeva L.N.. Yurk V.M., Markov V.F. et al. Structure and photoelectric properties of PbSe films deposited in the presence of ascorbic acid // Semiconductors. 2020. V. 54. P. 1191-1197. http://doi.org/10.U34/S106378262010022X

4. Weng В.. Qiu J., Zhao L., Yuan Z., Chang C., Shi Z. Recent development on the uncooled mid-infrared PbSe detectors with high detectivity // Quantum Sens. Nonoplioton. Devices XI. 2014. V. 8993. P. 178-185. https://doi.org/10.1117/ 12.2041276

5. Bakanov V.M., Maskaeva L.N., Markov V.F. Thermosensitization of nanostructured PbSe films // Chi mica Techno Acta. 2015. V. 2. №■ 2. P. 164 170. https://doi.org/10.15826/chuntech. 2015.2.2.018

6. Hemati Т., Weng B. Theoretical study of leaky-mode resonant gratings for improving the absorption efficiency of the uncooled mid-infrared photodetectors // Journal of Applied Physics. 2018. V. 124. № 5. P. 053105. littps:// doi.org/10.1063/1.5040373

7. Yang Y., Liu, H.C., Hao, M.R., Shen W.Z. Investigation on the limit of weak infrared photodetection // Journal of Applied Physics.

REFERENCES

1. Sati DC.. Jain H. Coexistence of photodarkening and photobleaching in Ge-Sb-Se thin films // Journal of Non-Crystalline Solids. 2017. V. 478. P. 23-28. https://doi.Org/10.1016/j.juoncrysol. 2017.10.003

2. Trail D., Gorius N., Quilligan G. et al. Gas analyzer for monitoring H20 uud C02 partial pressures in space instrumentation // IEEE Sensors Journal. 2022. V. 22. № 13. P. 1257612587. https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3177079

3. Maskaeva L.N., Yurk V.M., Markov V.F. et al. Structure and photoelectric properties of PbSe films deposited in the presence of ascorbie aeid // Semiconductors. 2020. V. 54. P. 1191-1197. http://doi.org/10.1134/SI06378262010022X

4. Weng B., Qiu J.. Zhao L.. Yuan Z., Chang C.. Shi Z. Recent development 011 the uncooled mid-infrared PbSe detectors with high detectivity // Quantum Sens. Naiiophoton. Devices XI. 2014. V. 8993. P. 178-185. https://doi.org/10.1117/ 12.2041276

5. Bakanov V.M., Maskaeva L.N., Markov V.F. Thermosensitization of nanostructured PbSe films // Clumica Techno Acta. 2015. V. 2. № 2. P. 164 170. https://doi.org/10.15826/chimtech. 2015.2.2.018

6. Hemati T., Weng B. Theoretical study of leaky-mode resonant gratings for improving the absorption efficiency of the uncooled mid-infrared photodetectors // Journal of Applied Physics. 2018. V. 124. № 5. P. 053105. https:// doi.org/10.1063/1.5040373

7. 7. Yang Y., Liu, H.C., Hao, M.R., Shen W.Z. Investigation on the limit of weak infrared photodetection // Journal of Applied Physics.

OPVCHESKIIZHURNAL. 2023. V. 90. te 4. Pp. 00-00

Research Article

9.

2011. V. 110. № 7. P. 074501. https://doi.org/ 10.1063/1.3642986

Nepomnyaschy S.V., Pogodina S.R. Method for manufacturing a semiconductor structure on the basis of lead selenide // Patent W02013/154462 A2. 2013.

Niau Q., Callahan M., Snei M., Look D., Ef-stathiadis H., Bailey J., Cheng G. J. Large scale laser crystallization of solution-based Alumina-doped Zinc Oxide (AZO) nanoinks for highly transparent conductive electrode // Sci Rep. 2015. V. 5. P. 15517. https://www.11cbi.11lm.nih. gov/pubmed/26515670

10. Olkhova A.A., Patrikeeva A.A., Dubkova M.A., Kuzmenko N.K., Nikonorov N.V., Sergeev M.M. Comparison of CW NUY and Pulse NIR laser influence on PbSe films photosensitivity // Applied Sciences. 2023. V. 13. Mi 4. P. 2396. https:// doi.org/10.3390/appl3042396

11. Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. Л.: Машиностроение, 1986. Т. 248. С. 4.

12. Popov V.P., Tikhonov Р.А., Tomaev V.V. Investigation into the mechanism of oxidation oil the surface of lead selenide semiconductor structures // Glass physics and chemistry. 2003. V. 29. P. 494-500.

13. Ahmed R., Gupta M.C. Mid-infrared photores-ponse of electrodeposited PbSe thin films by laser processing and sensitization // Optics and Lasers in Engineering. 2020. V. 134. P. 106299. https://doi.Org/10.1016/j. optlaseng.2020.106299

14. Tomaev V.V., Miroshkin V.P., Gar'kin L.N., Tikhonov P. Dielectric properties and phase transition in the PbSe+ PbSe03 composite material // Glass Physics and Chemistry. 2005. V. 31. P. 812-819.

15. Томаев B.B., Петров Ю.В. Получение окисленных пленок PbSe03 из пленок PbSe // Физика и химия стекла. 2012. Т. 38. № 2. С. 276-281. Silverman S.J., Levinstein Н. Electrical properties of single crystals and thin films of PbSe and PbTe // Physical Review. 1954. V. 94. № 4. P. 871. https://doi.org/10.1103/PhysRev. 94.871

16

8.

9.

2011. V. 110. № 7. P. 074501. https://doi.org/ 10.1063/1.3642986

Nepomnyaschy S.V., Pogodina S.B. Method for manufacturing a semiconductor structure on the basis of lead selenide // Patent W02013/154462 A2. 2013.

Ninn Q., Callahan M., Saei M., Look D., Ef-stathiadis H., Bailey J., Cheng G. J. Large scale laser crystallization of solution-based Alumina-doped Zinc Oxide (AZO) nanoinks for highly transparent conductive electrode // Sci Rep. 2015. V. 5. P. 15517. https://www.11cbi.nlm.nih. gov/pubmed/26515670

10. Olkhova A.A., Patrikeeva A.A., Dubkova M.A., Kuzmenko N.K., Nikonorov N.V., Sergeev M.M. Comparison of CW NUV and Pulse NIR laser influence 011 PbSe films photosensitivity // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 4. P. 2396. https:// doi.org/10.3390/appl3042396

11. Veiko V.P. Laser processingof film elements. L.: Mashinostroenie, 1986. T. 248. P. 4.

12. Popov V.P., Tikhonov P.A., Tomaev V.V. Investigation into the mechanism of oxidation on the surface of lead selenide semiconductor structures // Glass physics and chemistry. 2003. V. 29. P. 494-500.

13. Ahmed R., Gupta M.C. Mid-infrared photores-ponse of electrodeposited PbSe thin films by laser processing and sensitization // Optics and Lasers in Engineering. 2020. V. 134. P. 106299. https://doi.Org/10.1016/j.optlnseng.2020.106299

14. Tomaev V.V., Miroshkin V.P., Gar'kin L.N., Tikhonov P. Dielectric properties and phase transition in the PbSe+ PbSe03 composite material // Glass Physics and Chemistry. 2005. V. 31. P. 812-819.

15. Tomaev V.V., Petrov Yu.V. Prepa ration of oxidized PbSe03 films from PbSe films // Glass Phvsics and Chemistry. 2012. V. 38. № 2. P. 276-281. Silverman S.J., Levinstein H. Electrical properties of single crystals and thin films of PbSe slid PbTe // Physical Review. 1954. V. 94. № 4. P. 871. https://doi.org/10.1103/PhysRev.94.871

16

АВТОРЫ

Анастасия Александровна Ольхова аспирант, младший научный сотрудник Международной лаборатории лазерных микро- и нанотехнолопш. Университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Россия; http://orcid.org/0000-0001-9048-3031, о1кЬоуа.а.аЙг mail.ru Патрикеева Алина Александровна — инженер Международной лаборатории лазерных .микро- и нанотехнолопш, Университет ИТМО, 197101. Санкт-Петербург, Россия: http://orcid.org/0000-0002-5274-9692, [e-mail]

AUTHORS

Anastasiia A. Olkhova — Phd Student, Junior Researcher in International Laboratory "Laser Micro- and Nano-technologies", ITM0 University, 197101, Saint-Petersburg, Russia, http://oreid.org/0000-0001-9048-3031, [e-mail]

Alina A. Patrikeeva — Engineer in International Laboratory "Laser Micro- and Nanoteclinologies", ITMO University, 197101, Saint- Petersburg, Russia, http://orcid. org/0000 0002-5274-9692, [e-mail]

l/ITMO

■TFXH ИЧЕС<ИИ ВЕСТНИК ИНФОРГЛАЦИОННЬаТЕХМОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ HiSJUb |Ц?К»Л1б202Ч TUM 24 W I I iltp ,/lll7.jniu.IU/

TECHMICAI. JOURNAL OF INFORMATION TKHNOLGeiES, MECHANICS AND JJiiaaiy F«DIU«Y2<)24 VOi 24 NO I lltt|>.,,/JltVJrni0.1U.'efl/

ISSN 222в-14Я4 formt) ISSN 25004)373 (anUfi

mp/jiipitiii: шит iihh i mi

doi: 10 1^586-2226-1494-2024-24-1-30-40 УЦК 538.975

Л а<ерн о- и иду цирован ное тепловое воздействие на электрические характеристики фогочувствительных пленок селенида свинца Анастасия Александровна Ольхпва1, Длина Алексанлровна Патрикеева-,

Мария Алексеевна Бутяева-\ .Александра Евгеньевна Пушка рева4. Екатерина Александровна Авилова5, Михаил Константинович Москвин6, Максим Михайлович Сергеев7—. Вадим Павлович Вейко8

1,2.3.4.5.6.7.3 Университет НТМО. Санкт-Петербург. 197101. Российская Федерация 1 olkliova.a.affimail.rii, lmps:;.'oiridore0000-<)001-9048-3031 [e-mail], ЬПрь: ,orcid.org.'0000-0002-5274-9692

3 maria.dubkova@.niaU.ru. https:, orad om 0000-0003-3251 -6602

4 alexandia.puslikarewiiSgmaü.coin. http». /oicid.org'0000-0003-0062-984X

5 [e-mail], littps:'/orcidDij'0000-0002-4520-6761

0 mkiiHKkvü[e-mail], https:'Voicid.ors;'0000-0001-7399-7022

7 [e-mail]:s:. https: ercid.oij '0000-0003-2854-9954

8 vpveikoiäituioju. littps:'. orcid.org'0000-0001-6071-3449

Аннотация

Введение. В работе представлено исследование влияния лазерного облучения кристаллических халькогенилных тенок селенида свинца на их хтекгричеекие характеристики, вызванные необратимой модификацией структуры за счет валентной переконфнгурацин евннпа в результате его окисления Метод. Исследование особенностей модификации электрических свойств пленок выполнено в результате лазерного воздействия наносекундных импульсов с длиной волны 1064 им. Измерения электрических характеристик пленок селенида евннпа проводились с помощью четырехзондовото метала. Основные результаты. Показано, что прн направлении тока параллельно лазерным грекам, записанным в режиме потемнения, сопротивление модифицированной пленки снизилось на 44 % по сравнению с исходным образцом, а прн перпендикулярном направлении тока сопротивление возросло на 153 V Сопротивление пленки увеличилось более чем в 27 раз после лазерного облучения в режиме просветления вне завнсшюстн от направления тока относительно лазерных греков. Экспериментально измеренные температура и ее градиент по лазерному пятну на пленке в режимах потемнения и просветления оказались в хорошем соответствии с предложенной математической моделью теплового воздействия лазерных импульсов. Показано, что процессы лазерной модификации пленок происходят при более низких температурах, чем прн стандартной тепловой обработке в печн. Обсуждение. Полученные результаты могут быть применены при разработке фотодетекторов в среднем инфракрасном диапазоне спекгра на основе птенкн селешил свинца. Ключевые слова

лазерная модификация, пленки PbSe. оптические характеристики, режим потемнения, режим щюеветлеиия.

термообработка, лазерные импульсы

Благодарности

Работа выполнена за счет средств гранта Российского научного фонда и гранта Санкт-Петербургского научного фонда (проект N° 23-29-1 OOSI).

Исследование структуры методом СЭМ-электронной мнцэоскошш проведено в Центре нанотехнологнй Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета в рамках проекта № АААА-А19-119091190094. Ссылк-а для uhi нриваиин: Ольхова A.A.. Патрикеева A.A.. Бутнева М.А.. Пушкарева AF , Авилова H.A., Москвин М.К. Сергеев М.М . Вейко В П Лазерно-нндуцированное тепловое воздействие на электрические характеристики фоточувствительных пленок селенида свинца Научно-технический вестник информационных технологий, механнкн и оптики. 2024 Т. 24,* 1. С. 30-40. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-1-30-40

©Ольхова А А , Патрикеева А А Б\тяева МА Путь я реп,? АЕ, Авилова Н А . Москвин МК .Сергеев М М Вейко В П, ? 024

Laser-induced thermal effect on the electrical characteristics of photosensitive

PbSe films

Anastasiia A. Olkliova1, Alius A. Pntrikeeva2, Mam A. Bntyaeva5, Alexandra E. Pushkareva-', Ekaterina A. Avilovas, Mikhail K. Moskvtn4. Maksim M. Sei geev'3, Vadim P. Yeiko8

1,2,3,4,5,6.7,81 itvIO University. Saint Petersburg, 197101. Russian I edelation

1 oHchova.aj@mailm https:/'omd_arg/0000-0001-9048-303t

2 patrikeeval7(fi ymail.com. https:,"orcid.org 0000-0002-5274-9692

3 mariadubkovaiS mail ru. https: orcid.org 0000-0003-3251-6602

4 [e-mail]. bttps:..'orcid.oig'0000-000i-0082-9iWX

5 [e-mail], htt|K://orud.org>0000-0002-4520-6761

6 nikmosdcvinfflihno.m, https:<,'orcidorg,'0000-0001-7399-7022

7 maximni sergeevifflgmail coni^. http* Orcid.org'0000-0003-2854-9954

8 vpveito®itmoju. https^/orcid.org 0000-0001-6071-3449

Abstract

Tlie paper presents a study of the effect of laser irradiation of crystalline chalcogeuide films of lead seleuide (PbSe) on tlieir electrical characteristics caused by irreversible modification of tlie stnicrure due to valence reeonfiguintion of lead as a insult of its oxidation. The study of the modification features of the electrical properties of the films was carried out because of laser exposure to nanosecond pulses with a wavelength of 1064 urn. Measurements of the electrical characteristics of PbSe films were carried out using the four-probe method. It was shown that when the anient was directed paiallel to the laser tracks recorded in the darkening mode. Hie resistance of the modified film decreased by 44 % compared to lie original sample, and with the perpendicular direction of the current, the resistance increased by 153 % The resistance of the film increased more than 27 times after laser irradiation in the bleaching mode, regardless of the direction of the cuiTent relative to the laser tracks. The experimentally measured teniperamre and its gradient along the laser spot ou the film in the darkening and bleaching modes turned out to be in good agreement with the proposed mathematical model of the thermal effect ol'laser pulses. II has been shown that tlie processes of laser modification of films occur at lower tempeiahues than during standard heat treatment in a Iriruace. The obtained lesnlts can be applied in the development of photodetectors in the middle IR range of the spectmm based on PbSe film Keywords

laser modification. PbSe films, optical characteristics, darkening mode, bleaching mode, heat treatment, laser pulses Acknowledgements

Tliis research was funded by the Russian Science Foundation giant and a giant from the Saint Petersburg Science Foundation (project no. 23-29-10081).

The investigation of the structure by means SEM election microscopy was canted out at the IRC for Nanotechnology of the Science Park of Saint Petersburg State University within the framework of project No. AAAA-A19-119091190094. For citation: Olkhova A A.. Patrikeeva A.A., Butyaeva M.A., Pushkareva A.E.. Avilova E.A.. Moskvin Mi. Sergeev MM.. Yeiko V.P. Laser-induced thermal effect ou the electrical characteristics of photosensitive PbSe films. Scientific and Technical Journal o!~ Information Technologies, Mechanics and Optics. 2024. vol. 24. no. 1. pp. 30 40 (in Russian) doi: 10.17J860226-1494-2024-24-1 -30-40

Введение

В работе приводятся исследования элементов датчиков, использующих чувствительные элементы на основе халькогенндов (в настоящей работе исследован селеннл евннца (РЬЭе)). 5гн датчики служат основой аналитических приборов в области газового анализа, мнкроаналнтики и фотоволыашш. Одним из самых ответственных процессов при производстве таких пленок является нх отжиг для увеличения чувствительности, который обычно осуществляют в муфельных печах. Данный способ не позволяет обеспечить необходимую повторяемость параметров, поэтому был предложен метод лазерной модификации пленок На основе данного метода выполнена модернизация существующего производственного цикла с целью повышения качества сенсоров и сокращения трудозатрат

Дтя создания фотодетекгоров в среднем инфракрасном (ПК) диапазоне сиектра и солнечных элементов широко применяются РЬХе пленки, которые обладают высокой поглощающей способностью в среднем ПК (1-4 мкм) [1. 21. Эти особенности также представляют

интерес для микроаналитики органических молекул в виде газовой смесн или жидкости [3. 4] В данном спектральном диапазоне находятся пики поглощения оксида углерода, углекислого газа и оксида азота, а также различных углеводородов, включая пары топлива и анестезиру ющих газов, которые являются элементами на основе пленок РЬБе

Пленки РЬйе применяются также в качестве фоторезисторов [5], их спектральная чувствительность лежит в диапа зоне от 0.5 до 5,0 мкм Важным свойством фоторезисторов нз соединении евннца является смешение спектральной чувствительности в длинноволновую область спектра при охлаждении материала, что расширяет потенциальную область их применения. РЬЭе по сравнению с теллурндамн евннца н германия является более высокотемпературным термоэлектрпком [6].

Одна нз наиболее важных характеристик, используемых в устройствах газового анализа для определения наличия и концентрации газа — соотношение сигнал/шум, которое связано с чувствительностью детектора н его электрическим сопротивлением Работы различных научных групп, основанные на измерениях стража-

тельной способности при комнатной температуре в ПК диапазоне от 1 до "» мкм [7] и на измерениях поглощения в диапазоне от 4.5 до 9.0 мкм [8]. показали, что граница полосы поглощения РЬЭе находится около 5.0 мкм [9]. В гаком случае РЬ5е является фотоцроводящим материалом в спектральном диапазоне до 5,0 мкм. В ¡заботе [ 10] отмечена закономерность, в которой уровень чувствительности в толстых пленках (от 2 мкм) был намного ниже, чем в более тонких пленках (до 1 мкм).

В настоящей работе исследованы особенное™ изменения -метрических и фотоиектрнческих характеристик пленок РЬ5е в результате лазерного облучения наносекундньпш импульсами ближнего ИК излучения В эксперименте использована методика измерения поверхностного сопротивления пленок, регламентируемая ГОСТ 1ЕС/Т8 62607-2-1-20171 [II]. Испытания проводились с помощью четырехзоидового метода, основанного на измерении поверхностного сопротивления без и при засветке обра зца 11К излучением.

Материалы и методы

В работе применен метод вакуумно-термического напыления для изготовления исследуемых пленок на плоскопараллельной подложке из покровного стекла толщиной 0.2 мм. Образцы пленки изготовлены компанией ООО «Опгосенс». Традиционная тепловая обработка исходных образцов выполнена в печи открытого типа прн атмосферных условиях. Термическая обработка продолжалась в течение 90 с и представляла собой нагрев пленки до температуры 540 °С с последующей выдержкой и нагревом до 630 °С. Данная обработка состояла из процессов активации и сенсибилизации образцов [12].

Для лазерной модификации структуры пленки использовался наносекундный УЪ:волоконнын лазер со средней мощностью 20 Вт. длиной волны 1064 нм. Движение лазерного пятна по заданной траектории в плоскости обработки осуществлялось двух зеркальным гальванометрическнм сканатором. После зеркал скана-тора лазерный пучок фокусировался Г-тЬета линзой с полем обработки 100 - 100 мм (рис. 1).

Обработ ка плевок происходила в сходящемся лазерном пучке, формируемым РмЬе1а линзой. Максимальная импульсная плотность мощности падающего на пленку лазерного излучения в лазерном пятне с диаметром 70-90 мкм достигла 18.2 МВт/см2 прн длительности импульсов от 4 до 50 не и частоте их следования от 5 до 120 кГц Скорость лазерного пятна изменялась от 50 до 150 мм/с.

В табл. 1 представлены режимы просветления и потемнения при модификации образца е помощью импульсного лазерного источника Просветление и потемнение — нелинейно-оптические эффекты, просветление связано с уменьшением показателя погло-

Сюширукпцая система

1 ГОСТ ШО'ТЭ 62607-2-1-2017 Производство нанотех-нсаогнческое. Кошроль основных характеристик. Часть 2-1. Материалы из углеродных нанотрубок. Методы определения поверхностного сопротивления. Введен 01.09.2018. М. Стандартинформ, 2017. 9 с

Тепловизионная камера

Рис 1. Схема экспериментальной установки для лазерной модификации структуры пленок селенида свинца с помошью импульсного инфракрасного излучения Flg. 1. Scheine of the expeiimental Setup for PbSe filui structure laser modification using pulsed inirared radiation

шения среды на определенной длине волны излучения, а потемнение — е увеличением. Режим потемнения сопровождался непосредственным (визуальным) потемнением пленки PbSe в области лазерного воздействия и наблюдался при уменьшении плотности мощности излучения относительно режима просветления. Изменение визуального восприятия пленки после лазерной обработки связано с ее нагревом, при этом потемнение образца появлялось прн меньшей температуре по сравнению с просветлением Под оптимальным режимом подразумевается режим, прн котором лазерная модификация не вызывает разрушение образца, но при этом изменяет его оптические свойства, приводя к потемнению/просветлению пленки PbSe. Регистрация температуры и ее градиента теплового источника в зоне облучения осуществлялось с помощью тепловн-зиониой камеры FL1R Titanium 520М (FI.1R Systems, Inc., Wilsonville. OR), обладающей калибровочным диапазоном температуры от 20 до 400 °С без высокотемпературного фильтра. Для изучения распределения температуры oi небольшого теплового источника применялась германиевая линза с фокусным расстоянием 50 мм, фокальная плоскость которой была выровнена с плоскостью пленки в области, где размешалось лазерное пятно, при этом камера находилась под ушом около 45° относительно плоскости образца Во время измерения температуры тепловизионная камера находилась на расстоянии 5 см от образца, измерения проводились в фока льной плоскости объектива камеры.

Измерение электрических н фотоэлектрических характеристик. Измерения электрических характеристик пленок PbSe выполнено на облученных участках пленки и на исходной пленке. Измерение поверхностного сопротивления осуществлено с помошью четырехзондового метола [11] (рис. 2). Метол измерения заключался в том. что через зонды 1 и 4 проходит ток, в то время как между зондами 2 и i измеряется разность потенциалов. В схеме использован четырехзондовын щуп (ST2253-F01 Suzhou .Tingae Electronic Corporation) с фиксированным расстоянием между щупами b равным 1 мм Расстояние от ИК лампы до образца составило 10 мм. Для визуализации процесса измерения и кон-

Таблица I. Режимы модификации пленки PbSe с помощью импульсного лагерного источника с длиной волны 1064 им Table 1. Modification modes of chatcogemde film using a pulsed laser source with a wavelength of 1064 nm

Режим Параметры

Р„„ мВт /.кГц V, мм е 1. ПС д. МВт'см- il. мкм

Потемнение Порог 10 5 150 4 6.4 100

Оптимальное 14 Î 100 4 18.2 70

Разрушение 14 5 65 4 18,2 70

Просве тление Порог 970 120 50 50 0,9 150

Оптимальное 930 120 50 50 2.4 90

Разрушение 700 50 50 50 4,4 90

Примечание- Рт — средняя мощность падающего нггучення: f—частота следования импульсов: V— скорость сканирования; 7 — длительность импульсов; д — импульсная плотность мощности; (I — диаметр лазерного пятна на пленке Pb.Se

Чегырехзонлоиым Цифроном микроскоп щуп

Источник ИК иггучсния

Фильтр ПК излучения (À = 4.75 мкм)

Образец

МИ =4»

Рис 2 Схема экспериментальной установки для измерения электрических характеристик, to- — энерпгя квпятп; е — зарял электрона

Fig. 2. Diagram of the experimental setup for measuring the electrical characteristics of chalcogenide films </':v — quantum energy, e — electron charge)

тратя контакта между образцом н щупами установка оснащена цифровым микроскопом. Измерение электрических характеристик проведено при экспонировании анализирующим источником ИК излучением лампы (G4 12V 10W M11.BI.OON) в спектральном диапазоне 0.7-11.0 мкм и без источника, с целью первичной оценки фоточувствнтельностн образцов. Для селектирова-ння широкополосного излучения ИК лампы применен ИК фильтр с полосой пропускания на длине волны л = 4.75 мкм Термостабнлюацня образца получена путем конвекцнн прн контакте нагреваемой поверхности с воздухом с помощью вентилятора (кулера).

Микроскопия. Для опенки поверхности пленок PbSe с помощью сканирующей электронной микроскопии использован сканирующий электронный микроскоп Merlin Zeiss (Германия) с разрешением 0.6 нм.

Результаты и обсуждение

Электрическая характеризяции. Электрическая харахтеризапня пленок PbSe проведена до и после ла-

зерной модификации структуры образца, а 1акже после тепловой обработки в печн.

Измерение электрических характеристик после лазерной обработки выполнено прн параллельных и перпендикулярных расположениях зондов относительно лазерных греков. Полученные результаты представлены на рис. 3 Температура нагрева образцов при экспонировании анализирующим источником ПК излучением стабилизировалась с помощью вентилятора во всех экспериментах, а значит, измерение сопротивления образцов происходило прн близких условиях Мощность ИК излучения изменялась в пределах от 0 до 25 мВт Измерение поверхностного сопротивления определено в Ом ыЛ однако данные результаты не были нормированы на какой-либо эталон, поогому в настоящей работе приведены результаты измерений поверхностного сопротивления в процентах

В процессе экспонирования анализирующим источником ИК излучения пленок РЬБс получен небольшой роет температуры, который обычно сопровождается ростом дрейфовой скорости носителей заряда [13]. что в результате приводит к росту сопротивления пленки [14]. Как было отмечено в разделе «Введение», наиболее важной характеристикой является соотношение сигнал/шум. которое напрямую связано с чувствительностью детектора н его сопротивлением.

В работе [10] отмечено, что наибольшая чувствительность детектора находится около максимума сопротивления [10]. При этом чувствительность на коротких длинах волн (от 1 до 3 мкм) -заметно больше в тонкой пленке (толщиной до 1 мкм), чем в толстой пленке (толщиной более 2 мкм). Отметим [10], что чувствительность в длинноволновой области спектра существенно не меняется при увеличении толщины пленки Поскольку уровень шума уменьшается с увеличением толщины пленки, то для получения наилучшей чувствительности необходимо использовать толстые пленки (толщиной от 1 мкм).

Появление оксидных фаз на поверхности образца [15], связанное с нагревом пленок РЬКе в температурном диапазоне 473-673 К. привело к уменьшению концентрации носителей заряда н их подвижности в окисленной зоне, что способствует росту нх темнового сопротивления (рис 3. а. Ь) [15] Увеличение сопротив-

ления пленки в связи с образованием оксидной фазы наблюдалось также при исследовании у обра зцов. подвергшихся лазерной обработке в режиме просветления (рис. 3. е./). Данная тенденция может быть объяснена тем, что в центре лазерного пятна температура обра зца достигала 353 ' (' (рнс. 5).

Как видно из рис 3, с, (¡, в результате лазерного воздействия на пленку в режиме потемнения снижается се сопротивление, что может быть связано с модификацией иошю-ковалетных и межмолекулярных свя зей в структуре пленки РЬ8е при нагревании В результате пронеходэт повышение фоточувствительностн пленок РЬве При параллельном расположении зондов сопротивление модифицированной пленки меньше на 44 °-0, чем у исходного образца, а при перпендикулярном — больше в 16 раз. Отметим, что большее изменение сопротивления прп экспонировании анализирующим источником ПК излучения наблюдалось при перпендикулярном расположении эоидов. Полученные результаты подтвердили связь между сопротивлением и направлением движения носителей электрического заряда перпендикулярно или параллельно лазерным трекам. Увеличение мощности ПК излучения при экспонировании анализирующим источником пленки привело к увеличению фототока и уменьшению сопротивления образца.

При модификации в режиме просветления (рис. 3. е./) произошел значительный рост сопротивления за счег образования оксидной фазы, обладающей большим сопротивлением [16]. Оксид свинца имеет меньшую концентрацию злектронов проводимости по сравнению с основных» материалом пленки РЬЯе. В режиме просветления с ростом мощности ПК излучения рас тег сопротивление, это свя зано с образованием окенда свинца и его значимой толщиной (массовой лолей) в пленке. Оксид свинца является диэлектриком и. таким образом, он не участвует в фотопроводимости при используемой интенсивности облучения.

Как и в случае модификации в режиме потемнения видно, что движение зарядов перпендикулярно лазерным трекам сильно затруднено, по сравнению с их движением вдоль треюв. поэтому значение сопротивления при параллельном расположении зондов меньше, чем прн перпендикулярном. Этот факт подтверждает, что на движение свободных носителей заряда оказывает влияние не только перестройка структуры в пределах лазерного трека, но также рельеф атенки и ее толщина. Кроме того, возможно образование локальных зон с различной концентрацией носителей заряда, что также может способствовать увеличению сопротивления.

В работе [14] показано, что лазерное воздействие вызывает значительное снижение отражения пленок РЬйе в видимом диапазоне спектра в результате их просветления [14] Проводимость пленки при просветлении снижается из-за образования диэлектрического слоя оксида. Таким образом, значительно возрастает (более, чем в 2.1 раза) чувствительность регистрации ■зондирующего излучения.

Лазерное нагревание поликрнсталлнческого Р1йе приводит к образованию стекловидного аморфного слоя оксида свинца на поверхности пленки. Удельный

объем аморфной фазы больше, чем у исходной кристаллической пленки, в результате чего на границе двух фаз: РЬБе и оксида свинца [17] возникают механические напряжения, которые могут иметь как термомеханическую. гак и термоструктурную природу. Когда величина таких напряжештй превышает разрушающие значен™, в пленке Pli.Se образуются трещины и другие дефекты, которые могут приводить к деградации и дестабилизации ее характеристик во времени (рис. 4).

Однако в процессе термообработки пленки РЬ5е в печи происходят кардинально другие процессы, связанные с ростом оксидной фазы, что соответствует данным пз патента № \ТО 2013/154462 А2 [12] Медленное, по сравнению с лазерным облучением тепловое воздействие в печи открытого типа чаще приводит к растрескиванию образовавшейся аморфной структуры пленки за счет увеличения продолжительности действия напряжештй [14]. Возможность направленного проведения таких индуцированных локальных изменений структуры и состава пленок РЬЯе прн коротких (1-100 не) временах протекания лазерной модификации открывают новые пути использования технологии их структурно-фазовой перестройки в приложениях газового анализа.

Характеризапия теплового источника

Лазерная модификация полупроводниковых атенок при низких температурах имеет свои особенности, отлнчаюшнеся от процессов, происходящих при высоких температурах. Прн температуре пленки порядка 300 °С. нагреваемой в пределах лазерного пятна, происходит локализованное воздействие на поверхность материала, что позволяет получить микроскопические модификации и сохранить целостность пленки. Данная температура нетипична для тепловой обработки атенок РЬве и значительно ниже температуры актнвапнн структурно-фазовых переходов, реализуемых стандартным нагреванием в печи Лазерная обработка в режиме просветлении также обладает высокими градиентом температуры 1.8 К'мкм н скоростью нагрева 4,5 К'мс.

Один из основных физических процессов, происходящих в полупроводниковых пленках при таком лазерном воздействии — нагревание. Прн низкой температуре относительно термообработки, а также за счет малых размеров лазерного пятна, нагрев ограничен небольшим объемом материала, что позволяет проводить точную локализацию и контроль над модификацией [18].

Кроме того, низкая температура нагреваемой области в пределах лазерного пятна позволяет управлять фазовыми переходами, а именно, аморфизацией пленки н перестройкой конфигурации структуры в полупроводниковых пленках. Это позволяет получать новые физические свойства и улучшать характеристики материала. Природа возникновения модификаций при низкой температуре нагрева атенки связана с точечным нагревом поверхности материала

В ходе модификации импульсным излучением (рис. 5) это значение не превышало 353 °С для режима просветления и 101 СС для режима потемнения

Процессы, связанные с просветлением пленки, как и предполагалось, протекали при более высоких температурах. по сравнению с потемнением пленки Так как на начальном этапе воздействия пленка темнела, что приводило к увеличению ее поглощения, доля поглощенной энерпш лазерного излучения со временем увеличивалась. В результате пленка нагревалась до более высоких температур к образованию оксидной фазы в зоне воздействия. При этом лазерная модификация в режиме потемнения также хараыеризовалась высокой скоростью нагрева 2,3 К'мс и градиентом температуры 0.8 К'мкм. в 2,4 раз меньшим, чем при обработке в режиме просветления.

Таким образом, при лазерной модификации полупроводниковых пленок следует отдавать предпочтение низкотемпературным процессам. Например, использовать структурно-фазовые переходы в пленке РЬЭе. включая образование оксидов свинпа в аморфном состоянии, возникающие вследствие теплового (фототермического) воздействия лазерного излучения в пятне ограниченных размеров. В результате можно полушть экстремально высокие градиенты температур, скорости нагревания и охлаждения.

Возможность создания микроскопических модификации с размером модифицированных областей до 100 мкм — одно из ключевых преимуществ лазерной модификации при низкой температуре относительно термообработки.

Моделирование теплового источника

Дтя сопоставления измеренных значении температуры и моделирования ее распределения в области воздействия используем физико-математическую модель теплового источника, возникающего от сер™ коротких [19]. Модель описывает мгновенный приток тепла во время импульса и отток тепла между импульсами по каждой координате (.г, у,:).

N

(.J/p)/(64f,p/o2/)Vx

(=0

а ' "Р" -'/■- - -'/

« = КтДРи-Л./г.) при Г > ^

ще к.— значение теплопроводности пленки. ртг. са1г и Кдгг — плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность окружающей среды (воздух): р.^, с,,^ и к^иЬ — плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность подножки

Выражение (1) для расчета динамики температуры позволяет описывать динамику быст^юго нагрева материала с последующим охлаждением, что соответствует процессу нагрева короткими (1-50 не) лазерными импульсами с частотами их следования до 120 кГц.

Модель разработана с учетом следующих приближений :

— излучение .лазера потощалось материалом пленки и не потощалось материалом подложки:

— отведение тепла 01 иагретой области происходило в окружающую среду (воздух) и подложку (плавленый кварц) посредством теплопроводности и теплоотдачи на границах (коэффициент теплоотдачи на Гранине пленка-воздух принятравным 25 Вт'(м- К), на границе пленка-подложка — 100 Вт/(м-К));

— распределение энергии в пучке равномерное;

— поглощательная способность пленки и теплофизи-ческие характеристики материалов не зависят от температуры.

На рис. 6 приведены зависимости температуры от количества импульсов в центре пятна при лазерной обработке в режиме просветления и потемнения. С увеличением количества импульсов происходит рост температуры. При 50 импульсах смоделированные значения температуры теплового источника для режимов потемнения и просветления близки к измеренным с помощью

7[т, т. - ;) *[(ег!с{(.г + Щ- и>У2\ф/+:)} -- ег1с{(.т + /у,7+ аУ2%'а(1//+|)})х

х(ег!с {(у - ю)/2м'а(|//+ 0} - (1)

- (ет1с{(у + ®У2 0}* х(е!*с{(: - Г)/2\а(р/+ 0} -

— (сгГс{(г - /).2\'<7(|,/+ /)}].

гае Г—температура: г—время: А, — поглощательная способность пленки: ЕР — энергия лазерного импульса: Ру и су-— плотность и удельная теплоемкость пленки; га — радиус пятна; V — скорость движения лазерного источника: I—толщина прогреваемого слоя:/—частота следования импульсов: а — темперятуропровошюсть материала, которая определяется как

а = ка„;(р\апсф) при г <

300

200

100--V

7»„, - 353 °C ^^—^

^T^p - 3UU °C 1

/

/

- i Г«,- 145 °C 1

Г 7\„„ = 101 1

40

80

N

Рис. 6. Температура в центре лазерного пятна на поверхности пленки в зависимости от количества импульсов Л'при модификации в режимах потемнения

(кривая I) н просветления (кривая 2) fig. 6. Temperature ш Uie center of the laser spot on tlie film surface depending on the nnmber of pulses (;V) during modification: in darkening uiude (purple curve), in bleaching mode (orange curve)

Гемпература. С 400

Режим потемнения

Количество импульсов:

— .V-l

— .V = 3«

— .V- 100

—г

0.2

f\

л

200

100-■

Режим просвстлсния

Количество А

' нчнульсон: А - 1

!\ — 1 ■ -W-30 Г

---N- 100

J

0,0 0,2

jr. мм

0.2

0,0 r, VIM

0,2

Рис. 7. Температура на поверхности пленки в зависимости

от координаты я, для нмпульсов Аг= 1, 30, 100 ирн модифпкащпт в режимах потемнения (а) и просветления ф)

Fig. 7. Temperature он tlie film surface vs. the X coonlmate. for pulses N*= 1, 30,100 when modified in tlie darkening (a) and clearing (b) modes

тепловизора (рис. 5). В режиме потемнения температура на поверхности пленки в области лазерного пятна составляет 145 "С. в режиме просветления 300 °С. Незначительное расхождение данных, полученных при моделировании и реальных измерениях, может быть связано с тем. что при моделировании не учитывалась нелинейность нагревания материала образца.

На рис 7 показано распределение температуры на поверхности пленки по координате v (по направлению движения лазерного пучка) при различном количестве импульсов 1. 30. 100.

Полученные кривые позволяют выбрать оптимальные режимы лазерной обработки и подтверждают прямую корреляцию между количеством импульсов от лазерного источника и температурой в области модификации образца в выбранном диапазоне параметров.

Таким образом, ттрн воздействии импульсным лазерным излучением 01носнтельно малой мощности до 1 Вт. прн длительности импульсов воздействия 1-50 не и частоте их следования 5-120 кГц. можно достаточно точно контролировать температуру в зоне воздействия, скоросш нагрева и охлаждения, градиенты температурного поля, что позволяет управлять термострук-турнымн и термохимическими процессами в пленках

Данное преимущество особенно важно ирн обработке пленок толщиной до 500 нм. где повышенная температура может вызывать дефекты и деградацию структуры.

Заключение

В результате проведенных исследований выявлено, чю лазерное воздействие в режиме потемнения приводит к снижению сопротивления, что проявляется в увеличении чувствительности модифицированных пленок. Более значительные изменения сопротивления при экспонировании анализирующим источником (инфракрасной лампой) наблюдались прн перпендикулярном расположении зондов. Обнаружено, что увеличение мощности анализирующего источника приводит к уменьшению сопротивления образца, модифицированного в режиме потемнения, что обеспечивает увеличение соотношения енгнал'шум

Прн модификации в режиме просветления отмечено значительное увеличение сопротивления в результате образования аморфной фазы оксида евннпа. что проявляется в повышении фоточувствительности образца.

Важно отметить, что движение зарядов перпендикулярно лазерным трекам затруднено по сравнению с их движением параллельно трекам, что объясняет наблюдаемые различия в значениях сопротивления при параллельном и перпендикулярном расположениях зондов. При параллельном расположении зондов сопротивление модифицированной пленки оказалось меньше на 44 % по сравнению с исходным образцом, а прн перпендикулярном — больше на 153 % для образца. модифицированного в режиме потемнения. В случае обработки в режиме просветления, вне зависимости егт расположения зондов, сопротивление пленкн увеличивалось более чем в 27 раз.

Использование импульсного лазерного источника небольшой мощносш (до 25 мВт) является перспективным подходом для точной н неразрушающен модификации полупроводниковых пленок Контролируемая температура обработки в диапазоне до 353 °С минимизирует тепловое воздействие и позволяет создавать микро- и наноструктуры с высокой пространственной разрешающей способностью до 100 лнн/мм. Такой подход имеет большой потенциал для применения в области разработки новых устройств и технологий, требующих высокой точности и надежности при модификации полупроводниковых пленок. Дальнейшие исследования и оптимизация параметров облучения могут дополнительно расширить возможности и эффективность лазерной обработки с низкой текшературой.

Литература

1 Tan С L Mohsem Н Emerging technologies for high performance infrared detectors // Nanophotomcs 2018 V 7 N 1 P 169-197 https :/' doi.crg/10.151 5/nanoph-2017-0061

2 KarimA AnderssonJY Infrared detectorsAdvances challenges and new (sinologies IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2013. V. 51. N 1. P. 012001. https:. doi. otg 10 1 OS 8/175 7-899» 51/1/012001

3. Kasiyan V. Dashevsky Z.. Schwaiz СЛ. Shatkhiu M . Flitsiyau E.. ChemyakL., Kliokhlov D Infrared detectors based oil semiconductor p-n junction ofPbSe Journal of Applied Physics 2012 V 112 N8 P 086101 https. "doi.org/10.1063/1.4759011

4 Weng В , Qiu J., Yuan Z Larson P R Strout G W , Shi Z Responsivity enhancement of ratd-tnfraredPbSe detectors nsing CaF2 nano-structured antueflective coatings Applied Physics Letters. 2014 V 104 N2 P 021109 https,/dot org'10 1063 1 4861186

5 Томасе В В Егоров С В , Стоянова ТВ Исследование фотом ув ствнтельности юмпозита из селеннда и селенита свинца в ультрафиолетовой области спектра Фишка и химия стекта 2014 T.40.J62.C. 268-276.

6. Alekseeva G Т.. Gurieva Е.А., Konstantmov PP . Prokofeva L.V., Fedorov MI Themioelectric figure of merit of hetero- and isovalently doped PbSe U Semiconductor 1996. V. 30. N 12. P 1125-1127.

7 Avery D G , Goodwin D W, Lawson W D Moss T S Optical and photo-electrical properties of indium miruiiomde// Proceedings of the Phy sical Society- Section В 1954. V. 67. N10. P. 761. https://doi. org; 10 108 8/03 7О-1301 >67/10/3 04

8 Paul W Jonee D A, Jones R V Infra Red IVansmission of Galena ft Proceedings of the Physical Society. Section B. 1951 V 64 N 6. P 528 https /doi org'10 108&'0370-1301/64/6/109

9. Gibson A. F. ГЬе absorption spectra of single crystals of lead sulphide, selenide and telhinde " Proceedings of the Physical Society Section В 1952 Л' 65 N7 P 555 https //doi org'10 1 088.03701301,65/7/516

10 Humphrey J N., Scan Ion WW Photoconductivity in lead selenide Experimental'/Physical Review 1957 V 105 N2 P 469^176 https: .doi.org'10.1103 physre\-105.469

11 Pantlov E A Veretennikov M Dronova M , Kalyakin T , Stepashkin A A , Tcherdyutsev VV, Samoilov V Simple route to increase electricalconductivity and optical transmittance in graphene silver nanoparticles hybrid suspensions / Applied Sciences 2023 V. 13- N 3 P. 1922. https., doi.org> 10.3390- appl3031922

12 Непомнящий С В Погодина С Б Способ изготовления полупроводниковой структуры на основе селеннда свинца Патент RU 2493632 С1 Ьюл 2013. № 26.

13 Kolobov А V Toimnaga J Chalcogetude glasses m optical recording: recent progress '/ Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2002. V. 4. N 3. P. 679-686

14 Olkhova A A Pairikeeva A A, Sergeev M M Electrical and optical properties of laser-induced structural modifications ui PbSe films U Applied Sciences. 2022. V. 12. N 19 P. 10162. https:.'/doi. org/10 3390/app 121910162

15. Silvenoan S J . Levinstein H Electrical properties of single crystals and thin films ofPbSe and PbTe It Physical Review 1954 V 94 N 4. P 871-876 https 'doi org'10 1103physrev94 871

16. Ahmed R . Gupta M.C Mid-infrared photoresponse of electrodeposited PbSe thin films by laser processmg and sensitization

Optics and Lasers in Engineering 2020 V 134 P 106299 https ft doiorg.10.1016j.optlaseng.2020.106299

17 Вейко В П , Киеу К К Лазерная аморфизапня стеклокерамик: основные закономерности и новые возможности изготовления микрооттпгчесх.их -мтементов Квантовая электроника 2007 Т 37 № 1 С 92-98

18. Voznyi А . Kosyak V., Onufnjevs P . Grase L., Vecstaudza J., Opanasvnk A , Medvid A Laser-induced SnSrSnS pliase transition and surface modification ui SnSi thin films // Journal of Alloys and Compounds 2016. V 688 Part В P. 130-139. https: doi. org, 10 1016'j jallcom 2016 07 103

19 Miyamoto I, Horn A Gortmann J, Wortmanu D Yoshmo F Fusion welding of glass using femtosecond laser pulses with high-repetition rates i> Journal of Laser Micro 'Nanoengtneering 2007 V2 N1 P 57-63. https. ' doi.org/10.2961'jlmn.2007.01.0011

References

1 Tan C L , Mohseni H Emerging technologies for high performance infrared detectors Nanophotomcs, 2018, vol 7.no l.pp 169-197 https..'/<kn.org, 10 1515/nanoph-2017-0061

2 Karim A , Andersson J Y Infiaied detectors Advances challenges and new tecluiologie s IOP Conference Series: Materials Sciem e and Engineering. 2013. vol. 51. no. 1. pp 012001 https: doi org' 10 1088.1757-899x'51/l'012001

3 Kasiyan V., Dashevsky Z.. Schwaiz C.M.. Shatkhin M. FlitsiyanE.. C'hemyak L. KhokhlovD. Infrared detect cms based on semiconductor p-n junction ofPbSe Journal of Applied Physics, 2012, vol 112, no. 8. pp. 086101. https ' doi.org'10 1063/1.4759011

4 Weng B Qiu J Yuan Z Larson PR Strout G W Shi Z Responsmty enhancement of nad infrared PbSe detectors using CaF. nano-structured antireflective coatuigs. Applied Plnsics Letters, 2014, vol 104, no J, pp 021109 https . doiw-g'10 10631 4S61186

5 Tomaev VV Egorov S V, Stoyanova TV Investigation tnto the photosensitivity of a composite from lead selenide and selenite in UV region of spectrum Glass Physics and Chemistry, 2014 vol 40. no. 2. pp 208-214. https."doi org'10.1134/51087659614020229

6 Alekseeva O.T.. Gurieva E. A, Konstantmov P_P.. Prokofeva L.Y., Fedomv MI Thermoel ectnc figure of tnent of hetero- and tnovalenrlv doped PbSe. Semiconductors. 1996. vol. 30, no. 12, pp. 1125-1127.

7 Avery D G , Goodwin D W, Lawson W D Moss T S Optical and plioto electrical properties of indium autimomde Pivceedings of the Physical Society Section B. 1954. vol. 67, no 10, pp. 761. https: /doi. org.110 1088/0370-1301'67/10/304

8 Paul W, Jones D A Tones R V. Tnfra-Red Trauamsstou of Galena Pivceedings of the Physical Society. Section B. 1951. vol 64, no. 6 pp 528 https' doi org/10 1088/0370-1301/64 6/109

9 Gibson AF The absoipbon spectra of single crystals of lead sulphide, selenide and telhinde Proceedings of the Physical Society Section B 1952. vol 65 no 7 pp 555 https 'dot org/10 108S/0370-1301 '65/7/516

10 Humphrey J N , Scanlon W W Photoconductivity in lead selenide Experimental Physical Review, 1957, vol 105, no 2 pp 469-476 https . doi.org. 10 1103/physrev. 105.469

11 Danilov E A Veretennikov M Dronova M , Kalyakin T , Stepashkin A A , Tcherdyntsev VV, Samoilov V Simple route to increase electrical conductivity and optical transmittance in graphene silver nanoparticles hybrid suspensions Applied Sciences, 2023, vol. 13, no. 3, pp. 1922. https://doi org' 10.3390 app 13031922

12 Nepomnjashchii S V Pogodina S B Metlx^d of making lead selenide-based seiiiicouductor structure Potent RU 2493632 CI 2013 (iu Russian)

13 Kolobov A V Tommaga J Chalcogenide glasses in optical recording-recent progress Journal of Optoelectronics and Athwnced Mateiials, 2002, voL 4, no. 3. pp. 679-686.

14 Olkhova A A , Patrtkeeva A A. Sergeev M M Electrical and optical properties of laser mduced structural modifications m PbSe films. Applied Sciences. 2022. voL 12. no. 19. pp 10162 hnps 'doi. org.110 3390. app 121910162

15 Silvennan S J.. Levinstein H Electiical properties of single crystals and thm films of PbSe and PbTe Physical Re\ne^ 1954, vol 94, no 4, jjp 871-876 httjis <Un org/10 1103 ^'srev 94 871

16 Ahmed R , Gupta M.C. Mid-infrared photoresponse of electrodeposited PbSe thm films by laser processmg and sensitization Optics and Lasers in Engineering 2020, vol 134 pp 106299 https •' doi.org. 10.1016,j optiaseng-2020.106299

17 "^'eiko y? Kteu K K Laser amorphisation of glass ceramics basic properties and new possibilities for manufacturing microoptical elements Quantum Electronics 2007 vol 37 no 1 pp 92-98 httpr, doi org/10 1070 qe2007v037n01abeh008992

18 \'oznyi A.r Kosvak V.. Onufnjevs P.. Grase L.. Vecstaudza J . Opanasvuk A Medvid A Laser-induced SnS2-SnS phase transit ton and surface mixhfication ni StiS; thm fihns Journal of Alloys and Compounds. 2016, vol 688. part B. pp 130-139. https 'doi. otg'10 1016/j jallcom 2016 07 103

19 Miyamoto I. Horn A Gottniann J . Wortniann D , Yo sluiw F Fustou welding of glass using femtosecond laser pulses with high-repetitiou rates Jo nival of Laser Aficm Narwengmeeiing, 700"7, vol 2 , no 1. pp. 57-63. https. doi.oig'10.2961 'jlnm.2007.01 0011