Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra. Csarnovics István

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra. Csarnovics István"

Emil Pintér
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat Anyagtudományi és Diffrakciós Szakcsoportjának Őszi Iskolája Mátrafüred Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra Csarnovics István Debreceni Egyetem, Fizika Intézet, Kísérleti Fizikai Tanszék

2 Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra Tartalom Miért épp a kalkogenidek? Kalkogenid üvegek, mint funkcionális anyagok: tulajdonságok, alkalmazások. Optikai írás, tárolás fajtái és jellemzői. Technológia. Fényindukált változások. Plazmon hatás vizsgálata.

IV és V főcsoportjába tartozó elemek vegyületei (As 2 S 3, As 2 Se 3, Sb 2 S 3, GeS, Ge 2 Sb

3 Mik is azok a kalkogenidek?: A S, Se és Te vegyületei. Amorf kalkogenidek - olyan nem oxid üvegek, vagy amorf rétegek, amelyek a periódusos rendszer IV és V főcsoportjába tartozó elemek vegyületei (As 2 S 3, As 2 Se 3, Sb 2 S 3, GeS, Ge 2 Sb 2 Te 5 ), illetve több komponenses keverékei. Ezek mind különböző tiltott sávval rendelkező félvezetők. Vékony rétegek és struktúrák

4 Tulajdonságok és alkalmazási területek 1 A fény infravörös tartományában áttetszők Infravörös optikai és szenzorikai eszközök, Anti-reflexiós rétegek, éjjel látó eszközök, optikai szálak, nem lineáris eszközök.

5 Tulajdonságok és alkalmazási területek 2 Viszonylag magas (n > 2) törésmutatóval rendelkeznek a fény infravörös tartományában használandó több rétegű tükrök, fotonikai kristályok, hullámvezetők, nem-lineáris optikai eszközök. Elnyelik a fényt annak látható tartományában fotovezetők, optikai memória elemek, fotorezisztorok, holografikus eszközök.

6 Fény indukált változások 1. Lokális sötétedés vagy világosodás ( α, n) - a legszélesebb körben kutatott effektus amplitudófázis optikai relief jöhet létre. 60 Transmittance, % Wavelength, nm Δn/n = 1-5 % Δ T /T = 5-80 %

fázis optikai relief létrehozása - (RW CD, DVD) K. Tanaka, K.

7 Fény indukált változások 2 Lokális kristály-amorf fázisok közötti átalakulások - ( R)- a legszélesebb körben alkalmazott amplitudó fázis optikai relief létrehozása - (RW CD, DVD) K. Tanaka, K. Shimakawa Amorphous Chalcogenide Semiconductor and Related Materials, Springer, 2o11.

8 Optikai írás fajtái, jellemzői 1.1., n, R 1.2. ChG 1 Írás ChG 2 Írás 1.3., n, R, d 3. ChG, 1,2? Lézer, e-sugár vagy ionok Írás NML Írás Olv. Olv. Olv, Olv. Törlés Törlés Törlés? Törlés? Maratás, másolás 2. Indentáció 4.

9 Anyagok és technológiák Főképp As x Se 100-x (0 x 60 ) és As 40 S 60 tömbi üvegekből állítottuk elő vékonyrétegeket termikus párologtatással üveg vagy más szubsztrátumra. De ezeken kívül vizsgáltunk más struktúrákat is. A vékonyrétegek vastagsága m volt. A hőkezelésüket a lágyulási hőmérséklet közelében végeztük. Az elektonsugaras kísérletekhez készített mintákat 50 nm vastagságú arany réteggel fedtük be. e-sugár v. lézer Holografikus írás Kalkogenid réteg Szubsztrátum E-sugár: 5-30 kv, I = na, (Hitachi 4300 SEM), 10 nmre fúkuszált Lézerek: 535, 630 nm. I = W/cm 2 Amorf nanomultirétegeket számítógép vezérelt ciklikus termikus párologtatással hoztuk léttre, melyek alapjául szintén ezek a kalkogenidek szolgáltak, valamint Sb és Bi. A struktúrák modulációs periódusa =3-6 nm volt, a teljes vastagsága pedig m a-se, AsSe, GeSe, Sb, Bi, In As 2 S 3, GeS Szubsztrátum

10 In situ felületi változások vizsgálata kalkogenid vékonyrétegekben M. TRUNOV, P. LYTVYN, V. TAKATS, I. CHARNOVICH, S. KOKENYESI, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 12 (2oo9) 1959

Model Equation Sine y=y0+a*sin(pi*(x-xc)/w) 250

116,33541 0,63624 xc -1,08517 0,00924 B w

100 50 0 0 2 4 6 8 10 L, mkm 2 m vastagságú As

11 Model Equation Sine y=y0+a*sin(pi*(x-xc)/w) dark - measured data red - fitted data 202,93997 Reduced Chi-Sqr Adj. R-Square 0,95436 Value Standard Error y0 116, ,63624 xc -1, ,00924 B w 1, ,00189 A 94, , H, nm L, mkm 2 m vastagságú As 0.2 Se 0.8 rétegen előállított holografikus rácsok atomerőmikroszkópos felvételei.

$400 laser off 350 300 20000 As20Se80 fresh d=2 mkm Height, nm 250 200 150 100 Diffraction, r.u.$

12 400 laser off As20Se80 fresh d=2 mkm Height, nm Diffraction, r.u laser on laser off b Exposition, s Exposition, sec A holografikus rács kialakulásának és időbeli változásának vizsgálata in situ bevilágítás során 2 m vastagságú As 0.2 Se 0.8 vékonyrétegen. A rács magasságának időbeli változását összevetettük a rács diffrakciós hatásfokának változásával is. A térfogat változásnak két komponense van: szabad térfogat változás és laterális tömegtranszport.

Stimulált tömeg transzport amorf nanomultirétegekben 15000 0.0 10000-0.4 I, arb.un.

2 0 2 1 2 3 4 2, deg Se/As 2 S 3 nanomultiréteg XRD spektruma a bevilágítás előtt (1) és után (2)

13 Stimulált tömeg transzport amorf nanomultirétegekben I, arb.un ln I/I o , deg Se/As 2 S 3 nanomultiréteg XRD spektruma a bevilágítás előtt (1) és után (2) x x x x10 4 t, s Diffuziós együttható He-Ne lézerrel (P=0.1 W/cm 2 ) történő bevilágytás során : D= 7, m 2 /s x = 1000 nm, y = 1000 nm, z = 100 nm

Elektron sugárral történő írás kalkogenid rétegekben Az elektronsugár okozta változások

és a függőleges ( nanométeres tartományban) változás tartozik, A legjobb eredményeket a 2

14 Elektron sugárral történő írás kalkogenid rétegekben Az elektronsugár okozta változások profiljai a As 20 Se 80 rétegen különböző bevilágítási idő alatt: 10 s (A), 30s (B) és 60 s (C). (20 kv, 7 na) A réteg felületének változásához a vízszintes ( mikrométeres tartományban) és a függőleges ( nanométeres tartományban) változás tartozik, A legjobb eredményeket a 2 m vastagságú As x Se 100-x (10 x 30) és 3 m As 40 S 60 vékony rétegekben értük el. Az elektronsugaras írás (7 na, 20 kv) gigantikus, %-os felületi változásokhoz vezetett

15 Ion implantáció kalkogenid rétegekben

16 Plazmonok hatása a fotoindukált változásokban Kalkogenid: Δn/n = 0,5 % Δd/d= 4,3 % Kalkogenid + Arany nanorészecskék: Δn/n = 1 % Δd/d= 8,2 %

Takáts Viktor, Glodán Györgyi, valamint egy sor külföldi kollegának. Köszönöm figyelmüket!

17 Köszönettel tartozom a velem együttműködő kollégáknak: Dr. Kökényesi Sándor, Dr. Szabó István, Dr. Beke Dezső, Dr. Cserháti Csaba, Dr. Csík Attila, Dr. Erdélyi Gábor, Dr. Takáts Viktor, Glodán Györgyi, valamint egy sor külföldi kollegának. Köszönöm figyelmüket! A kutatásunkat a TAMOP /B-09/1/KONV és a TAMOP /B-10/ számú programjainak keretein belül végezzük, amelyet az Európai Unió és az Európai Szociális Alap támogat.

Hasonló dokumentumok

Fotoindukált változások vizsgálata amorf félvezető kalkogenid arany nanorészecskéket tartalmazó rendszerekben

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat Anyagtudományi és Diffrakciós Szakcsoportjának Őszi Iskolája 2011.10.05 Visegrád Fotoindukált változások vizsgálata amorf félvezető kalkogenid arany nanorészecskéket tartalmazó