Лазерно-индуцированное тепловое воздействие на электрические характеристики фоточувствительных пленок селенида свинца

Введение. В работе представлено исследование влияния лазерного облучения кристаллических халькогенидных пленок селенида свинца на их электрические характеристики, вызванные необратимой модификацией структуры за счет валентной переконфигурации свинца в результате его окисления. Метод. Исследование особенностей модификации электрических свойств пленок выполнено в результате лазерного воздействия наносекундных импульсов с длиной волны 1064 нм. Измерения электрических характеристик пленок селенида свинца проводились с помощью четырехзондового метода. Основные результаты. Показано, что при направлении тока параллельно лазерным трекам, записанным в режиме потемнения, сопротивление модифицированной пленки снизилось на 44 % по сравнению с исходным образцом, а при перпендикулярном направлении тока сопротивление возросло на 153 %. Сопротивление пленки увеличилось более чем в 27 раз после лазерного облучения в режиме просветления вне зависимости от направления тока относительно лазерных треков. 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 при стандартной тепловой обработке в печи. Обсуждение. Полученные результаты могут быть применены при разработке фотодетекторов в среднем инфракрасном диапазоне спектра на основе пленки селенида свинца.

1. Tan C.L., Mohseni H. Emerging technologies for high performance infrared detectors // Nanophotonics. 2018. V. 7. N 1. P. 169–197. https://doi.org/10.1515/nanoph-2017-0061

2. Karim A., Andersson J.Y. Infrared detectors: Advances, challenges and new technologies // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2013. V. 51. N 1. P. 012001. https://doi.org/10.1088/1757-899x/51/1/012001

3. Kasiyan V., Dashevsky Z., Schwarz C.M., Shatkhin M., Flitsiyan E., Chernyak L., Khokhlov D. Infrared detectors based on semiconductor p-n junction of PbSe // Journal of Applied Physics. 2012. V. 112. N 8. P. 086101. https://doi.org/10.1063/1.4759011

4. Weng B., Qiu J., Yuan Z., Larson P.R., Strout G.W., Shi Z. Responsivity enhancement of mid-infrared PbSe detectors using CaF2 nano-structured antireflective coatings // Applied Physics Letters. 2014. V. 104. N 2. P. 021109. https://doi.org/10.1063/1.4861186

5. Томаев В.В., Егоров С.В., Стоянова Т.В. Исследование фоточувствительности композита из селенида и селенита свинца в ультрафиолетовой области спектра // Физика и химия стекла. 2014. Т. 40. № 2. С. 268–276.

6. Alekseeva G.T., Gurieva E.A., Konstantinov P.P., Prokofeva L.V., Fedorov M.I. Thermoelectric figure of merit of hetero- and isovalently doped PbSe // Semiconductors. 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 antimonide // Proceedings of the Physical Society. Section B. 1954. V. 67. N 10. P. 761. https://doi.org/10.1088/0370-1301/67/10/304

8. Paul W., Jones D.A., Jones R.V. Infra-Red Transmission of Galena // Proceedings of the Physical Society. Section B. 1951. V. 64. N 6. P. 528. https://doi.org/10.1088/0370-1301/64/6/109

9. Gibson A.F. The absorption spectra of single crystals of lead sulphide, selenide and telluride // Proceedings of the Physical Society. Section B. 1952. V. 65. N 7. P. 555. https://doi.org/10.1088/0370-1301/65/7/516

10. Humphrey J.N., Scanlon W.W. Photoconductivity in lead selenide. Experimental // Physical Review. 1957. V. 105. N 2. P. 469–476. https://doi.org/10.1103/physrev.105.469

11. Danilov E.A., Veretennikov M., Dronova M., Kalyakin T., Stepashkin A.A., Tcherdyntsev V.V., Samoilov V. Simple route to increase electrical conductivity and optical transmittance in graphene/ silver nanoparticles hybrid suspensions // Applied Sciences. 2023. V. 13. N 3. P. 1922. https://doi.org/10.3390/app13031922

12. Непомнящий С.В., Погодина С.Б. Способ изготовления полупроводниковой структуры на основе селенида свинца. Патент RU 2493632 C1. Бюл. 2013. № 26.

13. Kolobov A.V., Tominaga J. Chalcogenide glasses in optical recording: recent progress // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2002. V. 4. N 3. P. 679–686.

14. Olkhova A.A., Patrikeeva A.A., Sergeev M.M. Electrical and optical properties of laser-induced structural modifications in PbSe films // Applied Sciences. 2022. V. 12. N 19. P. 10162. https://doi.org/10.3390/app121910162

15. Silverman S.J., Levinstein H. Electrical properties of single crystals and thin films of PbSe and PbTe // Physical Review. 1954. V. 94. N 4. P. 871–876. https://doi.org/10.1103/physrev.94.871

16. Ahmed R., Gupta M.C. Mid-infrared photoresponse 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

17. Вейко В.П., Киеу К.К. Лазерная аморфизация стеклокерамик: основные закономерности и новые возможности изготовления микрооптических элементов // Квантовая электроника. 2007. Т. 37. № 1. С. 92–98.

18. Voznyi A., Kosyak V., Onufrijevs P., Grase L., Vecstaudža J., Opanasyuk A., Medvid’ A. Laser-induced SnS2-SnS phase transition and surface modification in SnS2 thin films // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 688. Part B. P. 130–139. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.103

19. Miyamoto I., Horn A., Gottmann J., Wortmann D., Yoshino F. Fusion welding of glass using femtosecond laser pulses with high-repetition rates // Journal of Laser Micro/Nanoengineering. 2007. V. 2. N 1. P. 57–63. https://doi.org/10.2961/jlmn.2007.01.0011