Структура тонких пленок p-Bi₂Se₃, полученных термическим испарением в вакууме из одного источника

Abstract

С использованием методов рентгеновской дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектрометрии и атомной силовой микроскопии исследованы механизм роста, микроструктура и кристаллическая структура тонких пленок Bi₂Te₃ с толщинами d = 28-620 нм, полученных термическим испарением в вакууме кристаллов Bi₂Te₃ стехиометрического состава на стеклянные подложки. Полученные тонкие пленки были поликристаллическими, обладали р-типом проводимости и не содержали других фаз, кроме Bi₂Te₃. Показано, что с увеличением толщины пленок размер кристаллитов увеличивается до ~ 700-800 нм. Установлено, что преобладающим направлением роста кристаллитов является направление [00l], соответствующее направлению тригональной оси С₃ в гексагональной решетке. С увеличением толщины пленок свыше ~ 200-250 нм наряду с отражениями от плоскостей (00l) появляются отражения от других плоскостей, свидетельствующие о некоторой разориентации кристаллитов. Полученные результаты показывают, что, используя простой и недорогой метод термического испарения из одного источника и оптимальные технологические параметры, можно получить тонкие пленки p-Bi₂Te₃ достаточно высокого качества.

The growth mechanism, microstructure, and crystal structure of thin Bi₂Te₃ films with thicknesses d = 28 – 620 nm prepared by thermal evaporation of stoichiometric Bi₂Te₃ crystals in vacuum onto glass substrates were studied using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, and atomic force microscopy. The obtained thin films were polycrystalline, exhibited p-type conductivity and did not contain any other phases except for Bi₂Te₃. It was shown that with increasing film thickness, the crystallite size increased up to ~ 700-800 nm. It was established that the preferential orientation of crystallite growth was [00l] direction corresponding to a trigonal axis С₃ in hexagonal lattice. When the film thickness exceeded ~ 200-250 nm, along with reflections from (00l) planes, reflections from other planes appeared, which indicated a certain disorientation of crystallites. The results obtained show that using a simple and inexpensive method of thermal evaporation from a single source and choosing optimal technological parameters, one can grow thin p-Bi₂Te₃ films of sufficiently high quality.