Optical Properties and Structure of In 2 O 3  Films Deposited on Al 2 O 3  (012) Substrates by dc-Magnetron Sputtering

A. A. Tikhii; Тихий А. А.; Yu. M Nikolaenko; Николаенко Ю. М.; K. A. Svyrydova; Свиридова Е. А.; I. V. Zhikharev; Жихарев И. В.

doi:10.31857/S1028096023050163

Оптические свойства и структура пленок In₂O₃, полученных на подложках Al₂O₃ (012) методом dc-магнетронного напыления

Авторы: Тихий А.А.¹, Николаенко Ю.М.², Свиридова Е.А.²^,3, Жихарев И.В.²
Учреждения:
1. Луганский государственный педагогический университет
2. Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина
3. Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Выпуск: № 5 (2023)
Страницы: 39-45
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/1028-0960/article/view/137752
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023050163
EDN: https://elibrary.ru/KQQYGF
ID: 137752

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Обобщены результаты исследований оптических свойств и структуры пленок In₂O₃ на подложках Al₂O₃ (012), полученных методом dc-магнетронного распыления. Исследованные пленки отличаются временем напыления, температурой подложки, а также наличием дополнительной термообработки на воздухе. По результатам рентгеноструктурных измерений данные пленки демонстрируют рефлекс, соответствующий плоскости (222) кубической модификации In₂O₃, точное положение и полуширина которого зависят от времени напыления. Оптические свойства полученных пленок объясняются неоднородной по толщине микроструктурой, которая формируется при распылении мишени с относительно невысокой механической прочностью. Так, показатель преломления пленок, осажденных на подложки комнатной температуры, возрастает в направлении от подложки к внешнему интерфейсу. При температуре подложки более 300°C, показатель преломления пленок однороден, за исключением шероховатого слоя на поверхности. Термообработка уменьшает количество дефектов кристаллической структуры пленок, и приводит к уплотнению материала пленок. В результате исчезает неоднородность показателя преломления и уменьшается наблюдаемая ширина запрещенной зоны для прямых переходов. Последнее является следствием изменения сдвига Бурштейна–Мосса в результате уменьшения концентрации дефектов решетки. Ширина запрещенной зоны для “непрямых” переходов (соответствующая истинному значению ширины запрещенной зоны) малочувствительна к отжигу.

Ключевые слова

оксид индия, пленки, сапфир, эллипсометрия, оптическое пропускание, рентгеноструктурный анализ, магнетронное напыление, отжиг, температура подложки, время напыления, запрещенная зона, оптические свойства.

Список литературы

Yousif A.A., Hasan M.H. // J. Biosens. Bioelectron. 2015. V. 6. № 4. P. 1000192. https://doi.org/10.4172/2155-6210.1000192
Liu J., Guo W., Qu F., Feng C., Li C., Zhu L., Zhou J., Ruan S., Chen W. // Ceramics International. 2014. V. 40. P. 6685. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.11.129
Khalefa A.A., Marei J.M., Radwan H.A., Rzaij J.M. // Digest J. Nanomaterials and Biostructures. 2021. V. 16. № 1. P. 197.
Manno D., Giulio M.D., Siciliano T., Filippo E., Serra A. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 2097. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/14/303
Nikolaenko Yu.M., Artemov A.N., Medvedev Yu.B., Efros N.B., Zhikharev I.V., Reshidova I.Yu., Tikhii A.A., Kara-Murza S.V. // J. Phys. D: Appl. Phys., 2016. V. 49. P. 375302. https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/37/375302
Kaneko S., Torii H., Soga M., Akiyama K., Iwaya M., Yoshimoto M., Amazawa T. // Jpn. J. Appl. Phys. 2012. V. 51. № 1S. P. 01AC02.
Yadav S.K., Das S., Prasad N., Barick B.K., Arora S., Sutar D.S., Dhar. S. // J. Vacuum Science & Technology A. 2020. V. 38. P. 033414. https://doi.org/0.1116/6.0000038
Du X., Yu J., Xiu X., Sun Q., Tang W., Man. B. // Vacuum. 2019. V. 167. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.05.035
Nistor M., Seiler W., Hebert C., Matei E., Perrière J. // Applied Surface Science. 2014. V. 307. P. 455. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.04.056
Seiler W., Nistor M., Hebert C., Perrière J. // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2013. V. 116. P. 34. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2013.04.002
Jarzebski M.Z. // Phys. Stat. Sol. (a). 1982. V. 71. P. 13. https://doi.org/10.1002/pssa.2210710102
Kim H., Gilmore C.M., Pique A., Horwitz J.S., Mattoussi H., Murata H., Kafafi Z.H., Chrisey D.B. // J. Appl. Phys. 1999. V. 86. № 11. P. 6451. https://doi.org/10.1063/1.371708
Higuchi M., Uekusa S., Nakano R., Yokogawa K. // J. Appl. Phys. 1993. V. 74. № 11. P. 6710. https://doi.org/10.1063/1.355093
Shigesato Y., Takaki S., Haranoh T. // J. Appl. Phys. 1992. V. 71. № 7. P. 3356. https://doi.org/10.1063/1.350931
Николаенко Ю.М., Мухин А.Б., Чайка В.А., Бурховецкий В.В. // ЖТФ. 2010. Т. 80. № 8. С. 115. [Nikolaenko Yu.M., Mukhin A.B., Chaika V.A., Burkhovetskii V.V. // Technical Physics. 2010. V. 55. № 8. P. 1189].
Tikhii A.A., Nikolaenko Yu.M., Zhikhareva Yu.I., Zhikharev I.V. Spectral and X-ray studies of indium oxide films on sapphire substrates / 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2020 online): Abstracts. Tomsk: Publishing House of IAO SB RAS, 2020. P. 601.
Тихий А.А., Николаенко Ю.М., Жихарева Ю.И., Жихарев И.В. // Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128. № 10. С. 1544. [Tikhii A.A., Nikolaenko Yu.M., Zhikhareva Yu.I., Zhikharev I.V. // Optics and Spectroscopy. 2020. V. 128. № 10. P. 1667. https://doi.org/10.1134/S0030400X20100252].https://doi.org/10.21883/OS.2020.10.50029.138-20
Тихий А.А., Николаенко Ю.М., Жихарева, Корнеевец А.С., Жихарев. И.В. // Физика и техника полупроводников. 2018. Т. 52. № 3. С. 337. [Tikhii A.A., Nikolaenko Yu.M., Zhikhareva Yu.I., Kornievets A.S., Zhikharev I.V. // Semiconductors. 2018. V. 52. P. 320. https://doi.org/10.1134/S1063782618030223].https://doi.org/10.21883/FTP.2018.03.45618.8596
Gritskikh V.A., Zhikharev I.V., Kara-Murza S.V., Korchikova N.V., Krasnyakova T.V., Nikolaenko Y.M., Tikhii A.A., Pavlenko A.V., Yurasov Y.I. Properties of In2O3 Films, Deposited by dc-Magnetron Sputtering on Al2O3 Substrates with Different Temperatures // Advanced Materials Techniques, Physics, Mechanics and Applications / Ed. Parinov I.A. at al. Springer Proceedings in Physics, Springer International Publishing AG. 2017. V. 193. P. 55. https://doi.org/10.1007/978-3-319-56062-5
Tikhii A.A., Gritskikh V.A., Kara-Murza S.V., Korchikova N.V., Nikolaenko Yu.M., Zhikhareva Yu.I., Zhikharev I.V. Influence of substrate temperature during magnetron sputtering on optical properties of In2O3 films /European Materials Research Society Spring Meeting 2016 (E-MRS 2016). / Lille, 2016, L.P. 32 https://www.european-mrs.com/2016-spring-symposium-l-european-materials-research-society.
Тихий А.А., Николаенко Ю.М., Бадекин М.Ю., Саяпин В.Н., Иваницын Н.П., Жихарев И.В. // Вестник ДонНУ. Сер. А: Естественные науки. 2017. Т. 3. С. 112.
Тихий А.А., Жихарева Ю.И., Жихарев И.В. Оптические исследования пленок оксида индия на сапфировых подложках / Физика А. Санкт-Петербург. Тезисы докладов международной конференции 18–22 октября 2021 г. СПб.: Политех-пресс, 2021. С. 252. https://dspace.lgpu.org//handle/123456789/5484
Тихий А.А., Свиридова Е.А., Жихарева Ю.И., Жихарев И.В. // Журн. прикладной спектроскопии. 2021. Т. 88. № 5. С. 743. [Tikhii A.A., Svyrydova K.A., Zhikhareva Yu.I., Zhikharev I.V. // J. Applied Spectroscopy. 2021. V. 88. № 5. P. 975. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.29.274].
Tompkins H.G., Irene E.A. Handbook of Ellipsometry. USA: William Andrew Publishing, 2005. 891 p.
Walsh A., Da Silva J.L.F., Wei Su-Huai, Korber C., Klein A., Piper L.F.J., De Masi A., Smith K.E., Panaccione G., Torelli P., Payne D.J., Bourlange A., Egdell R.G. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 167402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.167402
Furubayashi Y., Maehara M., Yamamoto T. // ACS Applied Electronic Materials. 2019. V. 1. № 8. P. 1545. https://doi.org/10.1021/acsaelm.9b00317
Gupta L., Mansingh A., Srivastava P.K. // Thin Solid Films. 1989. V. 176. P. 33. https://doi.org/10.1016/0040-6090(89)90361-1
Schleife A., Neumann M.D., Esser N., Galazka Z., Gottwald A., Nixdorf J., Goldhahn R., Feneberg M. // New J. Phys. 2018. V. 20. P. 053016. https://doi.org/10.1088/1367-2630/aabeb0
Ravindra N.M., Ganapathy P., Choi J. // Infrared Physics & Technology. 2007. V. 50. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2006.04.001