Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (2), 281-287.

Дослідження кристалічної структури і морфології поверхні тонких плівок PbTe та PbTe < Bi2Te3 >



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.281

Y. V. Tur, Y. V. Pavlovskyi, I. S. Virt

Анотація


У роботі досліджено структурні характеристики та морфологію поверхні тонких плівок PbTe та плівкових  композитів PbTe<Bi2Te3>, вирощених імпульсним лазерним осадженням при ТS = 200 °C, поверхня яких складається з дрібних зерен розмірами близько 100 нм. На основі аналізу результатів АСМ-зображень досліджено процеси структуроутворення конденсатів PbTe та PbTe<Bi2Te3> на різних підкладках. Показано, що у процесах зародження зерен напівпровідника домінує механізм Фольмера-Вебера, при якому утворюються тривимірні нанорозмірні надструктури на поверхні підкладки. Характерною особливістю двох АСМ-зображень є те, що поверхня плівок є однорідною і дрібнозернистою. Морфологія поверхні свідчить, що велика кількість частинок рівномірно розподілена по всій поверхні. Визначені шорсткість поверхні, розміри нанокристалів у латеральному напрямку та їхню висоту.

Методами рентгенівської дифрактометрії визначено характеристики структури та параметри кристалічної ґратки вирощених тонких плівок. Представлено дифракційні залежності для плівки PbTe<Bi2Te3>. Втановлено, що наявність гострих піків у дифрактограмах чистого PbTe говорить про полікристалічну природу плівок. Вказано індекси визначених кристалічних площин на піках. Характер залежностей підтверджують структуру кам’яної солі (NaCl). Згідно досліджень структури, встановлено, що збільшення розміру зерен може розглядатися як стовпчастий приріст зерна в структурі.


Ключові слова


тонкі плівки; PbTe; імпульсно-лазерне осадження; атомно-силова мікроскопія

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Pichanusakorn P., Bandaru P. Nanostructured thermoelectrics. Mater. Sci. Eng. R. 2010. 67: 19. https://doi.org/10.1016/j.mser.2009.10.001

2. Samavat F., Fereidouni Z., Ghaderi F. Study of the Structural Properties and Morphologies of Gold Thin Films Deposition by Annealing. J. Biotechnol. Res. 2018. 4(11): 83.

3. Han C., Tan G., Varghese T., Kanatzidis M.G., Zhang Y. High-Performance PbTe Thermoelectric Films by Scalable and Low-Cost Printing. ACS Energy Lett. 2018. 3(4): 818. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00041

4. Samoylov M., Kuzminykh O.G., Synorov Yu.V., Belonogov E.K., Belenko S.V., Agapov B.L. Growth Kinetics and Microstructure of PbTe Films Produced on Si and BaF2 Substrates by a Modified Hot-Wall Method. Inorg. Mater. 2018. 54(4): 338. https://doi.org/10.1134/S002016851804012X

5. Zheng J.-C. Recent advances on thermoelectric materials. Front. Phys. China. 2008. 3(3): 269. https://doi.org/10.1007/s11467-008-0028-9

6. Ivanova L.D. Thermoelectric materials for different temperature levels. Semiconductors. 2017. 51: 909. https://doi.org/10.1134/S1063782617070132

7. Pei Y., Wang H., Snyder G.J. Band Engineering of Thermoelectric Materials. Adv. Mater. 2012. 24(46): 6125. https://doi.org/10.1002/adma.201202919

8. Xianli Su, Ping Wei, Han Li, Wei Liu, Yonggao Yan, Peng Li, Chuqi Su, Changjun Xie, Wenyu Zhao, Pengcheng Zhai, Qingjie Zhang, Xinfeng Tang, Ctirad Uher. Multi-Scale Microstructural Thermoelectric Materials: Transport Behavior, Non-Equilibrium Preparation, and Applications. Adv. Mater. 2017. 29(20): 1602013. https://doi.org/10.1002/adma.201602013

9. Zhang D., Wang Y., Yang Y. Design, Performance, and Application of Thermoelectric Nanogenerators. Small. 2019. 15(32): 1805241. https://doi.org/10.1002/smll.201805241

10. Freik D.M., Lishchynskyi I.M., Lytvyn P.M., Bachuk V.V. Surface, Topology and Growth Processes of PbTe Nanocrystalline. Structures on Mica-Muscovite Cleavages Substrate. Physics and Chemistry of Solid State. 2008. 9: 736. [in Ukrainian].

11. Freik D.M., Litvin P.M., Chav'jak I.I., Lishhins'kij I.M., Bachuk V.V. The processes of growth of nanoscale structures PbTe and ripening ostvald. Physics and Chemistry of Solid State. 2009. 10(4): 789. [in Ukrainian].

12. Jacquot A., Lenoir B., Boffou M.O., Dauscher A. Pulsed laser deposition of PbTe films on glass substrates. Appl. Phys. A. 2009. 69: 613. https://doi.org/10.1007/s003390051488

13. Belouet C. Thin film growth by the pulsed laser assisted deposition technique. Appl. Surf. Sci. 1996. 96-98: 630. https://doi.org/10.1016/0169-4332(95)00535-8

14. Dobson J.F., Gould T. Calculation of dispersion energies. J. Phys.: Condens. Matter. 2012. 24(7): 073201. https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/7/073201

15. Denisyuk A.I., Krasavin A.V., Komissarenko F.E., Mukhin I.S. Mechanical, Electrostatic, and Electromagnetic Manipulation of Microobjects and Nanoobjects in Electron Microscopes. Advances in Imaging and Electron Physics. 2014. 186: 101. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800264-3.00003-4

16. Ponchet A., Patriarche G., Rodriguez J.B., Cerutti L., Tourni E. Interface energy analysis of III-V islands on Si (001) in the Volmer-Weber growth mode. Appl. Phys. Lett. 2018. 113(19): 191601-1. https://doi.org/10.1063/1.5055056

17. Sarkar R., Rajagopalan J. Synthesis of thin films with highly tailored microstructures. Mater. Res. Lett. 2018. 6(7): 398. https://doi.org/10.1080/21663831.2018.1471420

18. Manonmani Parvathi M., Arivazhagan V., Rajesh S. Quantum size effect on cubic PbTe nanocrystals embedded in amorphous InSe thin film matrix. Superlattices Microstruct. 2014. 75: 901. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2014.09.022

19. Mahalingam T., Thanikaikarasan S., Sundaram K., Raja M., Rhee J.-K. Electrochemical Deposition and Characterization of Lead Telluride Thin Film. J. New Mater. Electrochem. Syst. 2010. 13(1): 35.

20. Jacquot A., Lenoir B., Boffou'e M.O., Dauscher A. Pulsed laser deposition of PbTe films on glass substrates. Appl. Phys. A. 1999. 69: 613. https://doi.org/10.1007/s003390051488

21. Mei D., Li Y., Yao Z., Wang H., Zhu T., Chen S. Enhanced thermoelectric performance of n-type PbTe bulk materials fabricated by semisolid powder processing. J. Alloys Compd. 2014. 609: 201. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.04.116




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.281

Copyright (©) 2020 Y. V. Tur, Y. V. Pavlovskyi, I. S. Virt