《Materials Science and Engineering: B》：Enhanced photo-responsivity, Detectivity by In
10Se
70Te
5Bi
15 thin films for visible light photodetector
编辑推荐：
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吸水性随着退火处理的增加而提高。
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光灵敏度和检测能力在退火处理后得到提高。
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吸水性随着退火处理的增加而提高。
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光灵敏度和检测能力在退火处理后得到提高。
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n
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在250°C退火处理后，光学带隙减少了0.1 eV。
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皮肤穿透深度降低，而光密度增强。
引言
硫族化合物薄膜因其独特的结构灵活性、可调的带隙、高折射率和强的光学非线性而受到广泛的研究关注。包括硒（Se）和碲（Te）在内的硫族化合物薄膜，以及铟（In）或铋（Bi）等金属掺杂剂，在固态器件中有着多种应用，例如光晶体管、光电子学和光电探测器[1]、[2]。硫族化合物复合材料In-Se-Te表现出优异的热稳定性、提高的光灵敏度，并在数据存储、开关器件、红外探测器和非线性光学领域有广泛的应用[3]。掺杂金属的硫族化合物薄膜在结构、光学和电学性质上表现出显著变化，使其在光电子应用中具有很大潜力[4]。将Te添加到In-Se合金中可以降低其带隙能量，使其更适合作为太阳能电池的吸收层[2]。将铟掺入Se-Te薄膜（Se????Te??In?体系）中可以改善其光学性能，从而提高热稳定性和光学对比度，使其成为光盘应用的有希望的候选材料[5]。In–Te–Se铟硫族化合物薄膜表现出良好的结构和光学特性，这使它们特别适合于易失性相变存储器应用，Pandian等人也指出了这一点[6]。经过热处理的In??Se??Te??薄膜表现出更高的结晶度，并出现了In?Se?和In?Te相。这种结构上的改进使得In??Se??Te??薄膜在退火后具有更高的带隙和降低的折射率，使其成为非线性光学应用的理想候选材料[7]。Elkatlawy等人指出，不同铟浓度的Se??Te????In?薄膜在近红外波长范围内的透射率和折射率得到提高，从而改善了其光学性能[8]。在In?(Te? ? ?Se?)?薄膜中观察到电流随温度变化的特性，这反映了它们的半导体性质。它们的低激活能使其非常适用于相变存储器[9]。Se????Te??In?体系表现出优异的热学和电学开关性能，适用于电子设备。Se??Te??In?成分是最有效的相变材料，具有快速切换响应[1]。在合金中用Bi替换Se可以增强光学性能，使其成为光电子应用的合适候选材料[10]。Bi??In??Se??薄膜在激光处理后显示出带隙的减小和非线性光学响应的增强[11]。在In–Se–Te–Bi体系中，铋通过改变电子极化率在非线性响应中起重要作用[12]。
有多种沉积后的修饰技术可以调节硫族化合物薄膜的光学和结构参数，以适应不同的光电子应用。这些技术包括热退火[13]、激光处理[14]、离子辐照[15]等。其中，热退火是最经济、直接和安全的掺杂方法，因为它可以将掺杂剂引入基质中。热退火可以改善结构的松弛和有序性，从而提高非线性量（如三阶非线性易感性、折射率等），使薄膜成为基于相变的光电子应用的理想候选材料[16]。Se??In??Bi?薄膜的热处理提高了其结晶度，并使能隙蓝移，从而增强了吸收能力[17]。Saxena等人报告称，掺入铟可以增强Se??Te????块体的热导率和扩散率[18]。在Se???xTe??In?薄膜中，退火通过促进结构松弛和缺陷重组减少了带隙，提高了其光学灵敏度，使其适用于光学存储应用[5]。热处理还改变了In??Sb??Ag??Se??薄膜的组成，使其从非晶态转变为多晶态，从而显著改变了其结构和光学性质[19]。
我们之前对含15%铋的In??Se??Te????Bi?薄膜的研究表明，与其他组合物相比，该薄膜经历了明显的相变并表现出更优越的非线性[12]。大多数早期报告强调了热退火对Bi-In–Se和Se–Te-In体系中的硫族化合物系统的重要影响。在我们的先前研究中，报道了激光诱导的光学、形态学和结构变化[20]。本工作报道了退火对In??Se??Te?Bi??薄膜结构和光学响应的影响，为深入理解其相行为和光电子潜力提供了依据。
本研究重点探讨了在100°C、150°C、200°C和250°C下，退火对In??Se??Te?Bi??薄膜的光学参数（包括消光系数、带隙、吸收系数、折射率、光学易感性和非线性吸收系数）的影响。通过光谱学、显微镜和电学测量等实验技术的结合，系统地确定了这些薄膜的最佳结构、光学和电学参数，以确保对其进行全面表征。
章节摘录
薄膜沉积
In??Se??Te?Bi?块体合金是由高纯度的铟（In）、硒（Se）和铋（Bi）（纯度99.999%，Sigma-Aldrich）元素粉末采用传统的熔融-淬火技术合成的。按化学计量比将各个元素放入石英安瓿中，然后抽至约1 × 10?? Torr的压力并密封。将密封的安瓿加热至500°C并保持该温度30小时，以确保完全熔化和均匀混合。
通过X射线衍射和拉曼光谱进行结构研究
In??Se??Te?Bi??薄膜的XRD数据如图1(a)所示。图中显示了In?Se?、Bi?Se?和InSe的多晶相。在沉积后的薄膜中，明显的衍射峰表明在沉积过程中发生了部分结晶。29.45°的衍射峰对应于菱形Bi?Se?相（R-3 m,166），23.08°的衍射峰对应于单斜相InSe的(101)面。
结论
本研究表明了退火对In??Se??Te?Bi??的电学、光学和形态性质以及润湿性的影响。在250°C退火后，光响应性从1.30 × 10?? AW?1提高到3.54 × 10?? AW?1，相应的光检测能力从9.23 × 10? Jones提高到1.16 × 10? Jones，使其成为非常有用的可见光光电探测器候选材料。同时，非线性参数（如易感性）也有所增强。
CRediT作者贡献声明
Sasmita Giri：撰写——原始草稿、研究、正式分析、数据管理。 Swikruti Supriya：研究、正式分析、数据管理。 D. Alagarasan：方法论、研究、数据管理。 C. Sripan：方法论、正式分析、数据管理。 Sanjay Brahma：可视化、方法论、正式分析。 R. Naik：撰写——审稿与编辑、监督、方法论、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢ICT-IOC中心提供的各种表征支持。
