Серии фемтосекундных импульсов на 57% подняли фототок УФ-детектора из аморфного оксида галлия
Группа East China Normal University настраивала плёнки аморфного оксида галлия числом фемтосекундных субимпульсов; тестовый УФ-детектор стал чувствительнее, но медленнее.
Исследователи под руководством Хэпина Цзэна (Heping Zeng) из East China Normal University сообщили о лазерном методе модификации тонких плёнок аморфного оксида галлия; статья опубликована в Advanced Photonics. Подход назван цифровой холодной деформационной инженерией (DCSE): последовательности фемтосекундных импульсов с частотой в гигагерцах вызывают в плёнке изменения, опосредованные напряжениями. Метод проверили на типовом ультрафиолетовом фотодетекторе. spiedigitallibrary.org
Advanced Photonicsspiedigitallibrary.orgОткрыть источник ↗
Деформационной инженерии аморфных оксидов мешают кристаллизация и механические повреждения, что ограничивает характеристики приборов. У аморфного материала нет повторяющегося расположения атомов на больших расстояниях, поэтому нагрев или деформация могут его повредить или запустить кристаллизацию. DCSE должна изменять аморфную сетку, сохраняя плёнку преимущественно аморфной.
Как работает серия импульсов
При постоянной мощности лазера авторы программируют число субимпульсов. Это создаёт управляемое сверхбыстрое поле напряжений и подавляет заметные абляционные кратеры на плёнке. При той же средней мощности больше субимпульсов означает меньше энергии в каждом отдельном взаимодействии, а отклики давления от близких импульсов могут накладываться до релаксации. Слово «холодная» не означает отсутствия нагрева: энергия вводится быстрее, чем распространяется, поэтому тепловые и механические процессы по-прежнему нужно учитывать вместе.
Мультимодальная характеризация показала сохранение аморфной фазы в пределах чувствительности методов. Шероховатость поверхности и толщина плёнки уменьшились, показатель преломления вырос. spiedigitallibrary.org
Advanced Photonicsspiedigitallibrary.orgОткрыть источник ↗ Энергии связи Ga 3d и O 1s сместились. Авторы предполагают, что изменение аморфной сетки и локального электронного окружения может вносить вклад в синее смещение пика оптического поглощения с 263 до 256 нм.
Результаты для фотодетектора
Типовой фотодетектор показал примерно на 57% больший фототок и примерно на 58% большую чувствительность (около 0,126 против около 0,080 мА/Вт). Обнаружительная способность выросла примерно на 25%: с около 4,4×10^9 до около 5,5×10^9 Джонс.
Без компромиссов не обошлось. По описанию работы, темновой ток умеренно вырос, а прибор стал отвечать медленнее, поэтому выигрыш относится не ко всем параметрам, особенно там, где нужны быстрые детектирование и восстановление. Точные механизмы, долговременная стабильность и пригодность для крупномасштабного производства остаются предметом изучения.
Авторы представляют DCSE как стратегию программируемой структурной и электронной модификации аморфных материалов через задание дискретных лазерных импульсов. spiedigitallibrary.org
Advanced Photonicsspiedigitallibrary.orgОткрыть источник ↗
