Fotoindukált változások vizsgálata amorf félvezető kalkogenid arany nanorészecskéket tartalmazó rendszerekben

Hasonló dokumentumok
Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra. Csarnovics István

Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István

Stimulált térfogatváltozások vizsgálata amorf kalkogenid rétegekben és nanostruktúrákban. Egyetemi doktori (PhD) értekezés.

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

Anyagvizsgálati módszerek Elemanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

Gyors-kinetikai módszerek

Fény és anyag munkában

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Újabb eredmények a grafén kutatásában

Zárójelentés. D ny. számú posztdoktori kutatási szerződés

NAGY ENERGIA SŰRŰSÉGŰ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Abszorpció, emlékeztetõ

Optikai adattárolás fázisváltó anyagokon

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Előzmények. a:sige:h vékonyréteg. 100 rétegből álló a:si/ge rétegrendszer (MultiLayer) H szerepe: dangling bond passzíválása

Nanoelektronikai eszközök III.

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Kristályorientáció-térképezés (SEM-EBSD) opakásványok és fluidzárványaik infravörös mikroszkópos vizsgálatához

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Opakásványok kristályorientáció vizsgálata a lahócai Cu-Au ércesedésben

Hidrogénezett amorf Si és Ge rétegek hőkezelés okozta szerkezeti változásai

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

Az ellipszometria Újpesten

A NANOTECHNOLÓGIÁKTÓL A KVANTUMTECHNOLÓGIÁKIG

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

A regionális gazdasági fejlődés műszaki - innovációs hátterének fejlesztése

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

13. Előadás. A Grid Source panelen a Polarization fül alatt megadhatjuk a. Rendre az alábbi lehetőségek közül választhatunk:

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

A távérzékelés és fizikai alapjai 4. Technikai alapok

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

Felületmódosító technológiák

Abszorpciós spektroszkópia

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

DistanceCheck. Laser nm

Az optika tudományterületei

Magyarkuti András. Nanofizika szeminárium JC Március 29. 1

Dicsı Ágnes: Lézer a restaurálás szolgálatában Álom és valóság

Ejtési teszt modellezése a tervezés fázisában

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Sugárzásos hőtranszport

Periodikus struktúrák előállítása nanolitográfiával és vizsgálatuk három dimenzióban

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Bordács Sándor doktorjelölt. anyagtudományban. nyban. Dr. Kézsmárki István Prof. Yohinori Tokura Prof. Ryo Shimano

Közegek és felületek megadása

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

EBSD vizsgálatok alkalmazása a geológiában: Enargit és luzonit kristályok orientációs vizsgálata

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

A nanotechnológia mikroszkópja

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Az elektromágneses sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

10. előadás Kőzettani bevezetés

VÉKONYRÉTEGEK ÉS ELŐÁLLÍTÁSUK

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata


3D bútorfrontok (előlapok) gyártása

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Elektrooptikai effektus

A módszerek jelentősége. Gyors-kinetika módszerek. A módszerek közös tulajdonsága. Milyen módszerekről tanulunk?

Aktuátorok korszerű anyagai. Készítette: Tomozi György

Hullámmozgás. Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete

OTDK ápr Grafén nanoszalagok. Témavezető: : Dr. Csonka Szabolcs BME TTK Fizika Tanszék MTA MFA

Kromatikus diszperzió mérése

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Anyagfelületek funkcionalizálása ionokkal

A hosszúhullámú sugárzás stratocumulus felhőben történő terjedésének numerikus modellezése

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Optikai bioérzékelőkkel a személyre szabott diagnosztika felé

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

F1301 Bevezetés az elektronikába Félvezető diódák

Pásztázó mikroszkópiás módszerek

Kerámia-szén nanokompozitok vizsgálata kisszög neutronszórással

1. ábra. 24B-19 feladat

Képernyő. monitor

A LUFFT GYÁRTMÁNYÚ FELHŐALAPMÉRŐ FELÉPÍTÉSE ÉS MŰKÖDÉSE

Röntgen sugárzás. Wilhelm Röntgen. Röntgen feleségének keze

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Szerkezetvizsgálat ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS (BSc)

Analitikai szenzorok második rész

1. Jegyzőkönyv AFM

Átírás:

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat Anyagtudományi és Diffrakciós Szakcsoportjának Őszi Iskolája 2011.10.05 Visegrád Fotoindukált változások vizsgálata amorf félvezető kalkogenid arany nanorészecskéket tartalmazó rendszerekben Csarnovics István, Kökényesi Sándor, Szabó István Debreceni Egyetem, Fizika Intézet

Tartalom: Miért épp a kalkogenidek? Kalkogenid üvegek, mint funkcionális anyagok: tulajdonságok, alkalmazások. Optikai írás, tárolás fajtái és jellemzői. Anyagok és technológiák. Felületi plazmonok hatása a fényindukált változásokra. Konkluzió.

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. Thin films and Vékony structures rétegek és struktúrák

Kalkogenid üvegek, mint funkcionális anyagok: tulajdonságok, alkalmazások. A fény infravörös tartományában (0.8-10 μm) átlátszóak. Viszonylag magas (n >2) törésmutatóval rendelkeznek. Az oxigént tartalmazó üvegekhez képest kisebb a tiltott sáv energiája, elnyelik a fényt az elnyelési él közelében (fotovezetők), kisebb a kémiai kötések energiája és ezek külső hatások által változtathatóak ( fény, elektromos tér, ionok, hőkezelés), ami a szerkezet, viszkozitás változásához is vezet. Ebből erednek a különleges alkalmazásaik: optikai, elektromos memória, integrált optika, szenzorika, infravörös, nemlineáris optika.

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.

Áteresztõképesség, % I/I0 Áteresztõképesség, % Fényindukált változások a kalkogenidekben Szerkezeti, törésmutató, elnyelési él és térfogat változás bevilágítás hatására. 1,00 0,95 0,90 0,85 90 80 70 60 50 0,80 40 0,75 0,70 30 20 10 40 35 30 25 20 15 10 5 0,65 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Idõ, s 0 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 0 Hullámhossz, nm 300 400 500 600 700 800 900 Hullámhossz, nm Δn/n = 1-5 % Δd/d= 1-10 % Δ T /T = 5-80 %

Height, nm In situ felületi változások vizsgálata kalkogenid vékonyrétegekben. Diffraction, r.u. 400 350 300 250 200 20000 15000 As20Se80 fresh d=2 mkm laser off 150 100 50 0 10000 5000 0 laser on laser off 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Exposition, s b -50-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Exposition, sec A holografikus rács kialakulásának és időbeli változásának vizsgálata in situ bevilágítás során 2 m vastagságú As 0.2 Se 0.8 vékonyrétegen. Tapping módban végzett AFM kísérlet során, melyben a rács magasságát vizsgáltuk az eltelt bevilágítási idő függvényében. Miközben a rács magasságának időbeli változását összevetettük a rács diffrakciós hatásfokának változásával is. A térfogat változásnak két komponense van: szabad térfogat változás és laterális tömegtranszport.

M.L.Trunov, V.S. Bilanich, S.N. Dub JETP Lett. 82 (2005) 562 A fotoplasztikus effektus maximális értéke Felületi rács amplitudójának arzén koncentrációtól való függése 2 m vastag As x Se 1-x rétegben ( 0-40 at%) 40 perc bevilágítás után. Ez a függés antikkorrelációt mutat a bevilágítás során tapasztalt sötétedési folyamattal. 8

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, 10-30 %-os felületi változásokhoz vezetett

Az első és legfontosabb lépés mindegyik felsorolt esetben - a megvilágítás (elektron lyuk pár generáció, hibakeltés,). Más fajta energiabevitel útján is ( elektron sugár, ionok) is megfigyelhetőek ezek a változások. Elektromos tér segítségével is lehetséges a kalkogenid üveg szerkezetének a változtatása, illetve az elektromos tér segítheti az optikai átalakulásokat. Ha ez így van, akkor a plazmonok, illetve azok tere is hathat a fotoindukált változásokra.

Felületi Plazmon Rezonancia A felületi plazmonok fénnyel történő gerjesztését nevezik felületi plazmon rezonanciának ( FPR), ha síkbeli felületről beszélünk és lokalizált felületi plazmon rezonancia ( LFPR), hogyha nanométer méretű fém struktúrákról. Hogyan tudunk felületi plazmonokat generálni?: (a) (b) (c) (d) Alkalmazott módszer "Near-field photonics: surface plasmon polaritons and localized surface plasmons",anatoly V Zayats1,3 and Igor I Smolyaninov2, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 (2003) S16 S50

Anyagok és technológiák. Az arany nanorészecsekéket (ANR) 15-25 nm vastag arany réteg különböző hőmérsékleten, különböző ideig történő hőkezelésével állítottuk elő ( 400-600 0 C). Az elkészült arany nanorészecskéket tartalmazó rétegre termikus párologtatással 500-700 nm vastag kalkogenid réteget párologtattunk (As 2 Se 3 vagy As 0,2 Se 0,8 ). Zöld vagy piros lézer Holografikus írás Kalkogenid réteg ANR Hordozó ANR készült SEM kép A megvizsgált rendszer sematikus rajza

A plazmon rezonancia hullámhosszának ANR méretétől való függése. Az As 2 S 3 számára a leginkább megfelelő 30 nm átlagméretű nanorészecske, míg a As 20 Se 80 100 nm átlagméretű. Az ANR optika áteresztőképessége különböző átlagméretű nanorészecskék esetén és a bevilágításhoz használt lézerek hullámhossza (1 90 nm, 2 75 nm, 3-60 nm, 4 - piros, 5- zöld).

Optikai áteresztőképesség változása idővel bevilágítás hatására tiszta As 2 S 3 és As 20 Se 80 rétegekben (4), valamint ANR struktúrákat tartalmazó rendszerekben (az ANR átlagméretei 60 (1), 75 (2) és 90 nm (3)). A rétegek vastagsága 700 nm volt. S. Charnovych, S. Kökényesi, Gy. Glodán, A. Csik - Enhancement of photoinduced transformations in amorphous chalcogenide film via surface plasmon resonances, Thin Solid Films 519 (2011) 4309-4312

d. nm Asdep Ill Δ % d. nm Asdep Ill Δ % As 20 Se 80 700 677-23 4,3 +60 nm ANR 730 690-40 5,5 +75 nm ANR 730 680-50 6,8 +90 nm ANR 730 670-60 8,2 As 2 S 3 700 680-20 2,86 + 60 nm ANR 730 680-50 6,85 + 75 nm ANR 730 685-45 6,2 + 90 nm ANR 730 690-40 5,5 A vastagság változása piros vagy zöld lézerrel történő megvilágítás hatására.

Z 3 1 2 2 1 Z - plazmon tér hatásának távolsága, nm. ε 1 az arany nanorészecskék dielektrikumos állandójának valós része ε 3 - a kalkogenid réteg dielektrikumos állandója, λ a bevilágítás hullámhossza( 633 nm és 533 nm a mi esetünkben) Az As 20 Se 80 esetében: 1-926 nm, 2 930 nm, 3 935 nm Az As 2 S 3 esetében: 1-751 nm, 2 748 nm, 3-745 nm.

Holografikusan keltett felületi rács vizsgálata tiszta és arany nanorészecskéket tartalmazó rétegben Δd/d, % 6 h 12 h As 20 Se 80 4 8 As 20 Se 80 + ANR 8 13

Rétegek felületi érdességének in situ vizsgálata atomerőmikroszkóp segítségével. As 20 Se 80 As 20 Se 80 + ANR 0, min 0,8 27 5, min 0,9 16 10, min 1,1 12 15. min 1,3 11 20, min 1,5 11 A rétegek felületi érdessége: a és b tiszta kalkogenid bevilágítás előtt és után, c és d kalkogenid + ANR rendszer bevilágítás előtt és után.

Konklúzió Ha az arany nanorészecskében gerjeszthető plazmonrezonancia és a kalkogenid réteg ugyanabban a spektrális tartományban érzékeny, akkor hatással lehet a fotoindukált változásokra, megnövelve a felületi változások mértékét és kialakulási sebességét. Ennek magyarázata nagyban megegyezik a plazmonrezonancia által erősített fluoreszcencia, Raman- szórás jelenségekkel. A kutatásunkat a TAMOP 4.2.1./B-09/1/KONV-2010-0007 program keretein belül végezzük, amelyet az Európai Unió és az Európai Szociális Alap támogat.

Köszönettel tartozunk a velünk együttműködő kollégáknak: Dr. Beke Dezső, Dr. Cserháti Csaba, Dr. Csík Attila, Dr. Erdélyi Gábor, Glodán Györgyi, valamint egy sor külföldi kollegának. Köszönöm figyelmüket!