East China Normal University: лазером обработали плёнку Ga₂O₃, отклик УФ-детектора вырос на ~58%

Группа под руководством Хэпина Цзэна из East China Normal University разработала лазерный метод изменения тонких плёнок аморфного оксида галлия (a-Ga₂O₃) с сохранением их преимущественно неупорядоченной структуры. Работа опубликована в Advanced Photonics, метод назван цифровой холодной деформационной инженерией (DCSE) doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗. Солнечно-слепые УФ-фотодетекторы из обработанных плёнок показали чувствительность около 0,126 мА/Вт против около 0,080 мА/Вт у необработанных doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Как работает лазерная последовательность

Деформационная инженерия меняет электронные и оптические свойства материала через его структуру, а не состав. В аморфных материалах термическая или механическая обработка может вызвать кристаллизацию, растрескивание или повреждение границ. В DCSE используются пачки фемтосекундных импульсов. Субимпульсы внутри пачки разделены интервалом с частотой около 1,08 ГГц, поэтому отклик давления от одного не успевает релаксировать к приходу следующего doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Режим обработки задаётся целым числом субимпульсов. При постоянной средней мощности лазера больше субимпульсов означает меньшую энергию каждого, что помогает подавить абляцию с образованием кратеров. Авторы называют процесс «холодным», потому что энергия вносится быстрее, чем начинает диффундировать, но уточняют, что он не полностью свободен от нагрева doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗. Число субимпульсов варьировали от 16 до 96, и зависимости не всегда были монотонными doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Измерения и результаты на устройстве

Рентгеновская дифракция при скользящем падении показала широкий диффузный профиль без острых пиков. Атомно-силовая микроскопия выявила поверхность примерно на 0,17 нм более гладкой и отсутствие выраженных кратеров в исследованных областях. Эллипсометрия показала уменьшение толщины примерно на 13,6 нм. Показатель преломления на 587,3 нм вырос с 1,853 до 1,859, а пик поглощения сместился с 263 до 256 нм doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗.

При освещении 254 нм мощностью 90 мкВт/см² и смещении 1 В обработанный прибор дал фототок около 12,9 нА против 8,2 нА у контрольного, примерно на 57% больше. Чувствительность выросла примерно на 58%, обнаружительная способность — примерно на 25%, с около 4,4×10⁹ до 5,5×10⁹ Джонс doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗. Тёмный ток вырос умеренно, а времена нарастания и спада увеличились до около 0,5 и 3,2 с с 0,2 и 1,5 с doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Цзэн отмечает, что расчёты давления качественные и не дают абсолютного напряжения в плёнке. Уменьшение толщины может быть связано и со структурной модификацией, и с ограниченным удалением поверхностного материала. Масштабируемость и долговременная стабильность пока не оценены doi.orgAdvanced Photonicsdoi.orgОткрыть источник ↗.