Estudo dos efeitos fotoinduzidos em filmes finos calcôgenicos submetidos a luz ultravioleta de vácuo

Abstract

Apresentamos aqui os resultados do estudo dos efeitos fotoinduzidos em ligas calcogênicas de Sb50Te50 e Te24In38Sb38 na forma de filmes finos, investigadas sob regime de irradiação. Ênfase é dada a descrição das técnicas experimentais de preparação das amostras. As ligas foram obtidas por síntese mecânica em um moinho de bolas, depositadas na forma de filmes finos em substratos de vidro e polímero transparente a luz visível (mylar) por evaporação térmica resistiva e posteriormente expostos à luz síncrotron na faixa do ultravioleta de vácuo na linha de luz TGM (Toroidal Grating Monochromator) no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS. Apresentamos os resultados da caracterização estrutural, composicional e elétrica das ligas Sb50Te50 e Te24In38Sb38 calcogênicas na forma de pós e filmes finos. Para tal foram usadas as técnicas de difração de raios - X, espectroscopia de energia dispersiva e sonda quatro pontas para medida de resistividade elétrica. As ligas Sb50Te50 e Te24In38Sb38 na forma de pós apresentaram as fases nanocristalinas Sb2Te2 e Sb24Te9, respectivamente. Os filmes finos mostraram-se majoritariamente amorfos. Através dos resultados de espectroscopia de energia dispersiva observou-se que as composições químicas dos filmes finos feitos com as ligas binária e ternária ficaram levemente alteradas nas regiões irradiadas com luz ultravioleta de vácuo, indicando a migração do elemento calcôgenico. Os filmes finos apresentaram o efeito de fotossensibilidade quando expostos à luz ultravioleta de vácuo, bem como diferentes comportamentos da refletância em função do número de fótons. Foi observado o deslocamento da borda de absorção óptica dos filmes finos para menores energias, evidenciando o efeito de fotoescurecimento. As medidas da variação da refletância e transmitância óptica e da resistividade elétrica podem ser associadas a processos de criação e destruição de níveis de energia no interior do gap óptico dos semicondutores.

We present the results of the study on photoinduced effects occuring in thin films Sb50Te50 and Te24In38Sb38 chalcogenide alloys under irradiation by VUV (vaccumm ultraviolet) photons. Emphasis is given to describe the experimental techniques for the sample preparation. Sb50Te50 and Te24In38Sb38 alloys were synthesized as powder by mechanical alloying in a high energy balls mill. The alloys were deposited in the form of thin films on transparent polimer (mylar@) and glass substrates by resistive thermal evaporation and subsequently exposed to synchrotron radiation in the vacuum ultraviolet range, at the Toroidal Grating Monochromator (TGM) beamline at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (Laboratório Nacional de Luz Sincrotron - LNLS). Results on structural, compositional and electric characterization of thin films Sb50Te50 and Te24In38Sb38 chalcogenic alloys are presented. The samples were analyzed by X - rays diffraction, energy dispersive spectroscopy and four-point probe before and after VUV irradiation. The nanocrystalline phases Sb2Te2 and Sb24Te9 were nucleated in both Sb50Te50 and Te24In38Sb38 alloys, respectively. The thin films of both binary and ternary alloys are mainly amorphous. According to energy dispersive spectroscopy results the chemical composition inside the vacuum ultraviolet irradiated region on one of the binary and ternary thin films become different than that outside irradiation marks, suggesting chalcogenic element migration. The thin films have presented photosensibility effect when exposed to the vacuum ultraviolet light, as well as diverse behaviors regimes for the reflectance as a function of number of the photons dose. A shift on the optical gap toward the low energy region has been measured, indicating the photodarkening effect. Similar changes have been observed on the alloys resistivity. A process of production/reduction of energy levels on the band structure is presented as a tentative explanation of the measured shifts.