КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ АМОРФНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК СЕЛЕНИДА ИНДИЯ

В данной работе проведено исследование кристаллизации аморфных пленок селенида индия (InSe) при термической обработке в инертной атмосфере. Пленки получены методом термического испарения объемных кристаллов InSe стехиометрического состава в условиях высокого вакуума. Анализ структуры пленок осуществлялся методами рамановской спектроскопии и рентгеновской дифракции, результаты которых указывают на изначальную аморфную фазу, которая переходит в структуру стехиометрического InSe с гексагональной кристаллической решеткой в результате термической обработки при температуре 350 °С. Особенностью исследуемых пленок является значительный контраст в удельном электрическом сопротивлении между аморфным и кристаллическим состояниями. Переход в кристаллическую фазу сопровождается резким снижением электрического сопротивления на несколько порядков, что позволяет косвенно оценить температуру кристаллизации пленок путем измерения зависимости сопротивления образца от температуры. В данной работе обнаружено резкое изменение электрического сопротивления в области ~ 140 °C, соответствующее температуре кристаллизации исследуемых образцов. Полученные результаты подтверждают возможность формирования поликристаллической пленки InSe на больших площадях, что, в свою очередь, является важным при создании прототипов оптоэлектронных устройств. Кроме того, в работе продемонстрирована возможность локальной кристаллизации пленок InSe с использованием технологии лазерного гравирования.

1. Chakraborty, I., Saha, G., Sengupta, A., and Roy, K. Toward fast neural computing using all-photonic phase change spiking neurons. Scientific Reports, 8 (1) (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-31365-x

2. Ahmed, T., Krishnamurthi, V., Mitchell, A., and Walia, S. Operating principle and device configuration driven mechanisms in low-dimensional materials for neuromorphics. Advanced Intelligent Systems, 5 (2023), 2200316. https://doi.org/10.1002/aisy.202200316

3. Prabhathan, P., Patinharekandy, et al. Roadmap for phase change materials in photonics and beyond. iScience, 26 (10) (2023), 107946. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107946

4. Gong, Z., Yang, F., Wang, L., Chen, R., Wu, J., Grigoropoulos, C.P., and Yao, J. Phase change materials in photonic devices. Journal of Applied Physics, 129 (3), 030902 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0027868

5. Bandurin, D.A., Tyurnina, A.V., Yu, G.L., Mishchenko, A., Zólyomi, V., Morozov, S.V., Kumar, R.K., Gorbachev, R.V., Kudrynskyi, Z.R., Pezzini, S., Kovalyuk, Z.D., Zeitler, U., Novoselov, K.S., Patanè, A., Eaves, L., Grigorieva, I.V., Fal’ko, V.I., Geim, A.K., and Cao, Y. High electron mobility, quantum Hall effect and anomalous optical response in atomically thin InSe. Nature Nanotechnology, 12 (3), 223–227 (2017). https://doi.org/10.1038/nnano.2016.242

6. Zhao, Q., Chen, P., Zheng, D., Wang, T., Castellanos-Gomez, A., and Frisenda, R. Multifunctional indium selenide devices based on van der Waals contacts: High quality Schottky diodes and optoelectronic memories. Nano Energy, 108 (2023), 108238. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108238

7. Qin, B., Jiang, J., Wang, L., Guo, Q., Zhang, C., Xu, L., Ni, X., Yin, P., Peng, L.-M., Wang, E., Ding, F., Qiu, C., Liu, C., and Liu, K. Two-dimensional indium selenide wafers for integrated electronics. Science, 389, 299–302 (2025). https://doi.org/10.1126/science.adu3803

8. Aitzhanov, M., Guseinov, N., Nemkayeva, R., Tolepov, Zh., Prikhodko, O., and Mukhametkarimov, Ye. InSe crystals obtained by stoichiometric fusion for optoelectronic device application. Journal of Nano- and Electronic Physics, 13 (5) (2021), 05037. https://doi.org/10.21272/jnep.13(5).05037

9. Tamalampudi, S.R., Lu, Y.-Y., Kumar, U.R., Sankar, R., Liao, C.-D., Moorthy, B.K., Cheng, C.-H., Chou, F.C., and Chen, Y.-T. High performance and bendable few-layered InSe photodetectors with broad spectral response. Nano Letters, 14 (5) (2014). https://doi.org/10.1021/nl500817g

10. Wang, R., Wu, Q., Kiang, X., Fan, T., Guo, J., Wang, C., Zhang, F., Gao, Y., Zhang, M., Luo, Zh., and Zhang, H. A few-layer InSe-based sensitivity-enhanced photothermal fiber sensor. Journal of Materials Chemistry C, 8, 132–138 (2020). https://doi.org/10.1039/C9TC05818D

11. Guo, Z., Chen, R., Wang, H., Zhang, X., Ma, F., Chen, X., Gao, S., Sang, D.K., Nguyen, T.H., Duong, A.T., Zhang, J., Zeng, Y.-J., Choi, S., Zhao, B., Tan, P.-H., Zhang, H., and Feng, D. High-performance polarization-sensitive photodetectors on two-dimensional β-InSe. National Science Review, 9 (5) (2022). https://doi.org/10.1093/nsr/nwab098

12. Hossain, J., Julkarnain, M., Sharif, K.S., and Khan, K.A. Crystallization of e-beam evaporated amorphous InSe thin films after heat-treatment. International Journal of Renewable Energy Technology Research, 2 (2013), 220–226. http://ijretr.org/IJRETR_Vol.%202,%20No.%209,%20September%202013/Crystallization%20of.pdf

13. Persin, M., Celustka, B., Markovi, B., and Persin, A. Some electrical and optical properties of InSe thin films. Thin Solid Films, 5, 123–128 (1970). https://doi.org/10.1016/0040-6090(70)90030-1

14. Xu, Z., Yuan, Y., Song, S., Song, Z., Liu, R., and Zhai, J. Successive crystallization in indium selenide thin films for multi-level phase-change memory. Applied Surface Science, 633 (2023), 157642. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157642

15. Li, K., Ling, K., Li, W., and Liu, X. Controllable growth of γ-In₂Se₃ and β-InSe thin films for highperformance broadband photodetectors. IEEE Sensors Journal, 23 (24), 30318–30324 (2023). https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3327382

16. Emir, C., Tataroglu, A., Coşkun, E., and Ocak, S.B. Structural and optical properties of interfacial InSe thin film. ACS Omega, 9 (7), 7588–7596 (2024). https://doi.org/10.1021/acsomega.3c06600

17. Song, C., Huang, S., Wang, C., Luo, J., and Yan, H. The optical properties of few-layer InSe. Journal of Applied Physics, 128 (2020), 060901. https://doi.org/10.1063/5.0018480

18. Mott, N.F., and Davis, E.A. Electronic Processes in Non-Crystalline Materials, 2nd ed. Oxford: Clarendon Press (1979).

19. Singh, H., Kumari, S., Singh, P., Kumar, A., and Thakur, A. Effect of annealing on structural, morphological and optical properties of InSe thin films. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 33, 23599–23606 (2022). https://doi.org/10.1007/s10854-022-09118-4