Пономарев С.А.   Курусь Н.Н.   Рогило Д.И.   Латышев А.В.   Голяшов В.А.   Миронов А.Ю.   Милехин А.Г.   Щеглов Д.В.  

Фазовый переход с температурным гистерезисом в пленках In2Se3/Si(111)

Докладчик: Рогило Д.И.

Слоистый In2Se3 представляет интерес для создания солнечных фотоэлементов, фотоприемников, работающих в диапазоне от УФ до ИК, и устройств памяти [1]. В ряде случаев In2Se3 претерпевает фазовые переходы, меняющие его свойства, например, недавно методом сканирующей туннельной микроскопии в диапазоне температур 140–180 К обнаружен фазовый переход β-In2Se3 ⇔ β'-In2Se3 [2]. При измерении температурной зависимости электрического сопротивления пленки β-In2Se3 обнаружен гистерезис в диапазоне 140–180 К [3]. При охлаждении образца от комнатной температуры сначала наблюдалось резкое уменьшение сопротивления в ~104 раз вблизи 140 К. Обратный переход происходил при повышении температуры выше 180 К. Заметный интерес к изучению свойств фаз β- и β'-In2Se3 и перехода между ними привел к опубликованию моделей атомной структуры фазы β'-In2Se3 [2,4]. Однако обоснованный выбор корректной модели требует проведения комплексного анализа данных, полученных наибольшим числом различных экспериментальных методов, а также их моделирования соответствующими методами ab initio расчетов.

В данной работе представлены спектры комбинационного рассеяния света для пленки In2Se3 при охлаждении до 77 К и последующем нагреве до комнатной температуры. Обнаружен гистерезис, соответствующий фазовому переходу β-In2Se3 ⇔ β'-In2Se3. При охлаждении до температуры около 140 К наблюдалось исчезновение пика при 175 см−1, соответствующего β-In2Se3, с одновременным появлением пиков 155, 170 и 188 см−1. Пик при 175 см−1 снова появляется при нагреве выше 180 К с исчезновением обнаруженных пиков, характерных для β'-In2Se3 фазы. По данным ФЭСУР при переходе β'-In2Se3 ⇒ β-In2Se3 положение потолка состояний валентной зоны смещается с 0.9 эВ в направлении бо́льших энергий связи и находится на ~1.5 эВ ниже уровня Ферми, что соответствует ширине запрещенной зоны β-In2Se3. При этом фаза β' обладает проводимостью n-типа, что может объяснять резкое уменьшение сопротивления пленки при переходе β⇒β'. Данный процесс согласуется с полученными ранее данными об изменении электрического сопротивления пленки In2Se3 в ~104 раз и атомной структуры поверхности In2Se3.

Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Наноструктуры» при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-72-10124).

Литература

1.  Vishwanath, S. Challenges and Opportunities in Molecular Beam Epitaxy Growth of 2D Crystals // Mol. Beam Ep., 2018. p. 443–485
2.  Zhang, F. Atomic-Scale Observation of Reversible Thermally Driven Phase Trans-formation in 2D In2Se3 // ACS Nano., 2019. p. 8004–8011.
3.  Ponomarev, S. Thermal Hysteresis in the Resistance of In2Se3 Film on Si(111) Surface // IEEE, 2021. p. 50–53.
4.  Collins, J. L. Electronic band structure of in-plane ferroelectric van der Waals β′-In2Se3 // ACS Appl. Electron. Mater., 2020., p. 213–219.


К списку докладов