《Surfaces and Interfaces》：On Enhanced Optical Properties of Al-doped Sb-Se-Te Chalcogenide Thin Films for Exploring Potential High-Performance IR Photodetectors
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Sb-Se-Te-Al薄膜通过热蒸发法制备，厚度0.699-0.735μm，分析其结构形貌与光学特性。研究发现Al掺杂使带隙扩展至0.96-1.25eV，吸收系数降低，Urbach能量下降表明网络有序性提升。电 modulus实虚部分析揭示界面极化与介电弛豫现象，证实该体系在近红外探测中具有应用潜力。
K.A. Aly | Sunanda Sharda | T. Alharbi | Yasser B. Saddeek | Pankaj Sharma
沙特阿拉伯吉达大学Khulais应用学院
摘要
Sb-Se-Te-Al薄膜因其潜在的红外传感应用前景而受到研究，研究人员通过分析其结构、形态和光学特性来进行评估。这些薄膜的厚度范围在0.699至0.735微米之间，采用热蒸发技术制备而成。研究确定了与吸收相关的参数，如消光系数、带隙以及振荡器参数。薄膜的Urbach能量降低，表明其内部无序程度有所减弱。耗散因子VELF和SELF等参数依赖于材料的实部和虚部介电常数，有助于了解电磁辐射与薄膜相互作用过程中的不同损耗机制。电模量的虚部所呈现的峰值现象揭示了介电弛豫现象。这些薄膜可调的带隙范围（0.96-1.25电子伏特）以及优良的光学性能使其成为红外探测器的理想候选材料。
引言
半导体材料的电子结构可通过其光学性质来了解，这些性质提供了关于能带状态、载流子动力学及缺陷特征的重要信息，从而影响器件的性能。硫属化合物材料因其可调的电子性质和宽透明窗口而在新兴半导体家族中备受关注[[1], [2], [3]]。特别是含有硒和碲的硫属半导体，其在近红外到中红外光谱区域具有优异的透明性，使其成为热成像和传感应用的理想材料[[4], [5], [6]]。对于需要在特定大气传输窗口下工作的应用而言，这种光谱覆盖范围尤为重要（传统硅基探测器在这方面存在显著局限[7,8]）。现代红外传感技术需要能够在保持热稳定性和环境适应性的同时，在特定波长范围内有效工作的材料。随着非冷却红外探测器的发展，对能够在室温下工作且不牺牲灵敏度或光谱选择性的半导体材料的需求日益增加。硫属半导体因其固有的热稳定性和可通过成分调节的光学特性，成为下一代红外光电器件的理想选择。
Sb-Se-Te薄膜特别适合用于近红外（NIR）光电探测器，其工作带隙范围为0.80 - 1.55电子伏特[9]。表1总结了已报道的Sb-Se-Te薄膜的带隙值[[10], [11], [12], [13]]。然而，这些薄膜的带隙仅覆盖了部分适合NIR光电探测器的理想区域。因此，通过掺杂Sb-Se-Te薄膜或调整各组成元素的原子比例，可以调节其光学带隙，使其更符合应用需求。第13族元素（Al, Ga, In）作为掺杂剂优于第11或15族元素，因为它们能在不增加金属含量的情况下改善材料的网络连接性。其中，Al是更优的选择——Al不仅能提高材料在中红外区域的透明性，还能减少吸收[14,15]。因此，使用Al作为掺杂剂可优化Sb-Se-Te薄膜的带隙，使其更适合NIR光电探测器应用。
在Sb-Se-Te体系中添加Al会改变玻璃态或晶态网络内的键合环境，产生局域态并影响载流子的浓度。吸收边、折射率和光学带隙等光学性质会因此发生变化。为使材料适用于光学组件，理解这些效应至关重要。因此，本文对掺Al的Sb-Se-Te系统的结构和光学性质进行了全面研究，以明确其在红外传感器件中的应用潜力。
实验方法
实验过程
bulk样品采用熔融淬火法制备，所用的高纯度Sb、Se、Te和Al元素（纯度99.999%）均通过分析天平精确称量（精度±0.1毫克）。按照标准程序将这些元素装入真空石英玻璃安瓿中。石英安瓿先用丙酮清洗以去除有机杂质，再用去离子水清洗以去除残留溶剂或溶解的杂质。
结果与讨论
XRD光谱（图1）显示，沉积在玻璃基底上的SSTA薄膜仍保持非晶态。SEM-EDX结果证实了玻璃合金中的元素原子百分比（见表1）。EDX分析还确认薄膜中不存在其他杂质。此外，蒸发后的薄膜与初始块状样品的元素组成偏差在±1.0%以内。
结论
EDX结果证实，非晶态Sb-Se-Te-Al薄膜具有预期的成分。非晶态Sb-Se-Te-Al薄膜的透射光谱显示蓝移现象，通过绘制光谱的下包线利用Swanepoel方法计算出了薄膜厚度。随着Al含量的增加，吸收系数降低，表明该体系的极化率和光强度损失减小。带隙值从0.96电子伏特增加到……（原文此处数据缺失）
作者贡献声明
T. Alharbi：数据可视化、验证、资金筹集、撰写、审稿与编辑；
Sunanda Sharda：初稿撰写、格式编排；
Yasser B. Saddeek：验证、资金筹集、撰写、审稿与编辑；
K. A. Aly：样品制备、数据采集、数据管理、撰写、审稿与编辑；
Pankaj Sharma：概念构思、撰写、审稿与编辑、项目指导。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢沙特阿拉伯教育部研究创新办公室通过项目编号MoE-IF-UJ-R2-22-20088-4为这项研究提供资助。
