Сушанек Л.Я.   Щапова Ю.В.   Киряков А.Н.   Сулейманов С.Х.   Зацепин А.Ф.  

Структурные и оптические свойства тонких пленок MgAl2O4 на подложках Al2O3 и SiO2

Докладчик: Сушанек Л.Я.

Минералоподобные тонкие пленки состава магний-алюминиевой шпинели обладают высокой термической, химической, радиационной стабильностью, широкой областью прозрачности и характеризуются возможностью регулирования электронно-оптических свойств путем варьирования степени инверсии распределения катионов по позициям кристаллической решетки. Апробация новых методов синтеза субмикронных пленок, исследование их структуры и свойств в зависимости от материала подложки, толщины, режимов синтеза, является необходимым этапом разработки перспективных материалов для нано- и оптоэлектроники на основе MgAl₂O₄.

В настоящей работе исследованы пленки толщиной d=55÷198 нм, полученные методами высокотемпературного испарения концентрированным солнечным излучением спрессованного из нанопорошка MgAl₂O₄ компакта в Большой Солнечной печи НПО “Физика-Солнце” АН РУз. Конденсация испаренного вещества выполнялась на подложках из монокристаллического Al2O3 и стеклообразного SiO₂. Исследования структуры, колебательных и фотолюминесцентных (ФЛ) свойств пленок выполнены на спектрометре комбинационного рассеяния света (КРС) LabRam HR 800 Evolution (Horiba), оснащенном конфокальным микроскопом Olympus, лазерами Ar (λ=488 и 514 нм), He-Ne (λ=633 нм). Пространственное разрешение по глубине, найденное на основе измерений КРС зеркальной поверхности монокристаллического Si, составляло 2.1 мкм (λ=633 нм) и 1.6 мкм (λ=514 нм) при работе с объективом Olympus 100х (NA=0.9) и конфокальной диафрагмой 30 мкм. 
Для разделения сигналов пленки и подложки выполнены послойные измерения с изменением глубины фокусировки по оси z, перпендикулярной поверхности образца (рис.1). Сигналы ФЛ и КРС идентифицированы с использованием переменной длины возбуждения (λ=633, 514 нм).  В спектрах КРС пленок присутствуют широкие максимумы в области ~140, 220, 520, 660, 750 и 850 см-1, причем первые два являются доминирующими в спектрах.  В ФЛ наблюдаются широкие полосы в желто-красной области, спектр которых зависит от толщины пленки.  Свечение предположительно отнесено к собственным дефектным центрам. Сделан вывод о том, что пленки имеют инверсную сильно разупорядоченную структуру шпинели, дефектность которой зависит от толщины пленки и типа подложки.

Получение тонкопленочных покрытий выполнено в рамках грантов РНФ № 21-12-00392, РФФИ № 20-42-660012 и госзадания 2020-0059. Исследования комбинационного рассеяния и фотолюминесценции выполнены в рамках Госзадания ИГГ УрО РАН (№ АААА-А18-118053090045-8) с использованием оборудования ЦКП «Геоаналитик» ,  дооснащение  которого  поддержано  грантом Минобрнауки РФ  (Согл. №075-15-2021-680).