The Formation of Surface Nanostructures on As-S-Ge Chalcogenide Film After E-Beam Exposure

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorRevutska, L. O.
dc.contributor.authorShylenko, O. I.
dc.contributor.authorStronski, A. V.
dc.contributor.authorKomanicky, V.
dc.contributor.authorBilanych, V. S.
dc.date.accessioned2021-03-30T11:39:58Z
dc.date.available2021-03-30T11:39:58Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenBackground. Chalcogenide glasses comprise a unique materials platform and are attractive in view of various applications that make use their intriguing characteristic, the ability to form surface-relief patterns. The interaction of these materials with the electron beam is of interest due to diversity of physical phenomena induced in chalcogenide films by laser irradiation. Objective. The purpose of the paper is to study direct (without selective etching) surface relief formation of optical elements periodic nanostructures on thermal vacuum evaporated film As3S77Ge20 of ~8.3 μm thickness using electron beam lithography, as well as investigate the changes in surface nanostructures height and shape depending on exposure. Methods. The chemical composition was determined by energy dispersive analysis of X-rays. The film was irradiated by an electron beam using a scanning electron microscope. The influence of electron beam irradiation on As3S77Ge20 amorphous chalcogenide thin film was investigated. Surface relief of the film was tapped by atomic force microscope. Results. The exposure dose G varied from 12 mC·cm-2 to 12 C·cm-2. The formation of cones with Gaussian profile on the surfaces of the films was detected after local electron irradiation. Exposition dependent evolution of height surface nanostructures has been detected. It can be seen that for G < 2400 mC·cm-2 the height of the surface relief gradually grows to 100–125 nm and for G > 2400 mC·cm-2, relief height decreases. The initial and inversion doses of relief formation on this film have found. For 6,6 μm pitch is equal to G0 = 9,60 mC·cm-2, and the inversion dose of the surface relief shape G1= 31.18 C·cm-2. At d = 10 μm, these parameters are G0 = 6,98 mC·cm-2 and G1 = 36.19 C·cm-2. The dependences at increasing interval (16 mC·cm-2 – 1200 mC·cm-2) for d = 6.6 μm and d = 10 μm were fitted by exponential function. Conclusions. The changing of shape and parameters of the obtained surface relief on As3S77Ge20 film can be explained by the charge model. Our investigations have demonstrated that studied As3S77Ge20 composition is suitable for e-beam recording. These results show that As3S77Ge20 films can be used for fabrication of the optical elements.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Халькогенидные стекла формируют уникальный класс материалов и являются привлекательными с точки зрения их различных применений, обусловленных их незаурядными свойствами и возможностью образовывать поверхностный рельеф. Взаимодействие этих материалов с электронным пучком представляет интерес в связи с разнообразием физических явлений, индуцированных в халькогенидных пленках лазерным облучением. Цель исследования. Изучение прямого (без селективного травления) формирования поверхностных наноструктур на пленке As3S77Ge20 толщиной ~8,3 мкм, изготовленной термическим вакуумным испарением, с использованием электронно-лучевой литографии. Изучение изменения высоты и формы поверхностных наноструктур в зависимости от дозы облучения. Методы реализации. Химический состав пленки определяли с помощью энергодисперсионного анализа рентгеновских лучей. Пленку облучали электронным пучком с использованием сканирующего электронного микроскопа. Было исследовано влияние облучения электронным пучком тонкой аморфной халькогенидной пленки As3S77Ge20. Рельеф поверхности пленки был сканирован с помощью атомно-силового микроскопа. Результаты исследования. Доза облучения G варьировалась от 12 мКл·см-2 до 12 Кл·см-2. Было обнаружено образование конусов с гауссовым профилем на поверхностях пленок после локального электронного облучения. Определена зависимость высоты полученных поверхностных наноструктур от дозы облучения. Видно, что для G < 2400 мКл·см-2 высота рельефа поверхности постепенно увеличивается до 100–125 нм, а для G > 2400 мКл·см-2 она уменьшается. Были найдены начальная и инверсионная дозы формирования поверхностного рельефа. Для матриц с расстоянием между точками облучения d = 6,6 мкм начальная доза составляла G0 = 9,60 мКл·см-2, а инверсионная – Gi = 31,18 Кл·см-2. Для d = 10 мкм эти параметры равнялись G0 = 6,98 мКл·см-2 и Gi = 36,19 Кл·см-2. Зависимости в интервале возрастания дозы (16 мКл·см-2 – 1200 мКл·см-2) для d = 6,6 мкм и d = 10 мкм были аппроксимированы экспоненциальными функциями. Выводы. Изменение формы и параметров полученного поверхностного рельефа пленки As3S77Ge20 можно объяснить моделью аккумуляции заряда. Наши исследования показали, что изученная композиция As3S77Ge20 пригодна для регистрации электронного луча и может быть использована для изготовления оптических элементов.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Халькогенідні стекла формують унікальний клас матеріалів та є привабливими з точки зору їх різноманітних застосувань, що обумовлені їхніми непересічними властивостями та можливістю утворювати поверхневий рельєф. Взаємодія цих матеріалів з електронним променем становить інтерес через різноманітність фізичних явищ, спричинених у халькогенідних плівках лазерним опроміненням. Мета дослідження. Дослідження прямого (без селективного травлення) формування поверхневого рельєфу періодичних наноструктур на плівці As3S77Ge20 товщиною ~8,3 мкм, виготовленій вакуумним термічним випаровуванням, із використанням електронно-променевої літографії. Вивчення зміни висоти і форми поверхневих наноструктур залежно від дози опромінення. Методика реалізації. Хімічний склад плівки визначали за допомогою енергетично-дисперсійного аналізу рентгенівських променів. Плівку опромінювали електронним променем за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Було досліджено вплив опромінення електронним пучком на аморфну халькогенідну тонку плівку As3S77Ge20. Поверхневий рельєф плівки сканували атомно-силовим мікроскопом. Результати дослідження. Доза експозиції G варіювалась від 12 мКл·см-2 до 12 Кл·см-2. Було виявлено формування конусів із гаусовим профілем на поверхнях плівок після локального опромінення електронами. Встановлено залежність висоти одержаних поверхневих наноструктур від дози експозиції. Видно, що для G < 2400 мКл·см-2 висота поверхневого рельєфу поступово зростає до 100–125 нм, а для G > 2400 мКл·см-2 вона зменшується. Було знайдено початкову та інверсійну дози формування поверхневого рельєфу. Для матриць із відстанню між точками опромінення d = 6,6 мкм початкова доза становила G0 = 9,60 мКл·см-2, а інверсійна – Gi = 31,18 Кл·см-2. Для d = 10 мкм ці параметри дорівнювали G0 = 6,98 мКл·см-2 і Gi= 36,19 Кл·см-2. Залежності у зростаючому інтервалі дози (від 16 до 1200 мКл·см-2) для d = 6,6 мкм і d = 10 мкм було апроксимовано експоненційними функціями. Висновки. Зміну форми та параметрів отриманого рельєфу поверхні на плівці As3S77Ge20 можна пояснити моделлю акумулювання заряду. Наші дослідження показали, що вивчена композиція As3S77Ge20придатна для запису електронним променем та може бути використана для виготовлення оптичних елементів.uk
dc.format.pagerangePp. 48-53uk
dc.identifier.citationThe Formation of Surface Nanostructures on As-S-Ge Chalcogenide Film After E-Beam Exposure / L. O. Revutska, O. I. Shylenko, A. V. Stronski, V. Komanicky, V. S. Bilanych // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2020. – № 1(128). – С. 48–53. – Бібліогр.: 23 назви.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpi-sn.2020.1.197958
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40334
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofНаукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2020, № 1(128)uk
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subjectchalcogenide thin filmsuk
dc.subjectelectron beam irradiationuk
dc.subjectsurface nanostructuresuk
dc.subjectхалькогенідні тонкі плівкиuk
dc.subjectелектронно-променевий записuk
dc.subjectповерхневі наноструктуриuk
dc.subjectтонкие халькогенидные пленкиuk
dc.subjectэлектронно-лучевая записьuk
dc.subjectповерхностные наноструктурыuk
dc.subject.udc537.533.9uk
dc.titleThe Formation of Surface Nanostructures on As-S-Ge Chalcogenide Film After E-Beam Exposureuk
dc.title.alternativeФормування поверхневих наноструктур на халькогенідній плівці As-S-Ge після опромінення електронним пучкомuk
dc.title.alternativeФормирование поверхностных наноструктур на халькогенидной пленке As-S-Ge после облучения электронным пучкомuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
NVKPI2020-1_06.pdf
Розмір:
751.16 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 1(128)