Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs
The synthesis and characterization of heterostructure por-Ga2O3/GaAs represent a crucial advancement in nanomaterials, particularly in optoelectronic applications. Employing a two-stage electrochemical etching methodology, this research has elucidated the precise conditions required to fabricate suc...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/722 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543957179170816 |
|---|---|
| author | Kovachov, S. S. Bohdanov, I. T. Drozhcha, D. S. Tikhovod, K. M. Bondarenko, V. V. Kosogov, I. G. Suchikova, Ya. O. |
| author_facet | Kovachov, S. S. Bohdanov, I. T. Drozhcha, D. S. Tikhovod, K. M. Bondarenko, V. V. Kosogov, I. G. Suchikova, Ya. O. |
| author_sort | Kovachov, S. S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:45:57Z |
| description | The synthesis and characterization of heterostructure por-Ga2O3/GaAs represent a crucial advancement in nanomaterials, particularly in optoelectronic applications. Employing a two-stage electrochemical etching methodology, this research has elucidated the precise conditions required to fabricate such a heterostructure. The initial stage involves etching monocrystalline gallium arsenide (GaAs) using an aqueous nitric acid solution as the electrolyte. This process is governed by the redox reactions at the crystal-electrolyte interface, where GaAs are partially oxidized and selectively etched.
The second stage introduces ethanol into the electrolytic solution. This chemical addition serves a dual purpose: Firstly, it modulates the electrochemical environment, allowing for controlling pore morphology in GaAs. Secondly, it facilitates the etching of the resultant oxide layer, which predominantly consists of gallium oxide (Ga2O3). The formation of this oxide layer can be attributed to the oxidation of GaAs, driven by the electrochemical potentials and resulting in the deposition of reaction by-products on the substrate surface.
The fabricated nanocomposite was comprehensively characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX), and Raman Spectroscopy. SEM imaging revealed a range of agglomerated nanostructures dispersed across the surface, with dimensions ranging from 8–25 ?m, 1–1.5 ?m, and 70–100 nm. These observations suggest a hierarchical pore structure indicative of a complex etching mechanism modulated by the electrolyte composition.
Raman spectroscopic analysis corroborated the presence of various phases in the heterostructure. Signals corresponding to bulk GaAs, serving as the substrate, were distinguishable. In addition, peaks indicative of porous GaAs and porous Ga2O3 were observed. A cubic phase in the Ga2O3 layer was particularly noteworthy, suggesting a higher degree of crystallinity. Notably, the absence of Raman-active modes associated with internal stresses implies that the fabricated heterostructure is of high quality. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:20Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-722 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:55Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7222025-06-19T09:45:57Z Study on phase characteristics of heterostructure por-Ga2O3/GaAs Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs Kovachov, S. S. Bohdanov, I. T. Drozhcha, D. S. Tikhovod, K. M. Bondarenko, V. V. Kosogov, I. G. Suchikova, Ya. O. Ga2O3 GaAs electrochemical etching oxidation pores heterostructures Ga2O3 GaAs електрохімічне травлення оксидування пори гетероструктури The synthesis and characterization of heterostructure por-Ga2O3/GaAs represent a crucial advancement in nanomaterials, particularly in optoelectronic applications. Employing a two-stage electrochemical etching methodology, this research has elucidated the precise conditions required to fabricate such a heterostructure. The initial stage involves etching monocrystalline gallium arsenide (GaAs) using an aqueous nitric acid solution as the electrolyte. This process is governed by the redox reactions at the crystal-electrolyte interface, where GaAs are partially oxidized and selectively etched. The second stage introduces ethanol into the electrolytic solution. This chemical addition serves a dual purpose: Firstly, it modulates the electrochemical environment, allowing for controlling pore morphology in GaAs. Secondly, it facilitates the etching of the resultant oxide layer, which predominantly consists of gallium oxide (Ga2O3). The formation of this oxide layer can be attributed to the oxidation of GaAs, driven by the electrochemical potentials and resulting in the deposition of reaction by-products on the substrate surface. The fabricated nanocomposite was comprehensively characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX), and Raman Spectroscopy. SEM imaging revealed a range of agglomerated nanostructures dispersed across the surface, with dimensions ranging from 8–25 ?m, 1–1.5 ?m, and 70–100 nm. These observations suggest a hierarchical pore structure indicative of a complex etching mechanism modulated by the electrolyte composition. Raman spectroscopic analysis corroborated the presence of various phases in the heterostructure. Signals corresponding to bulk GaAs, serving as the substrate, were distinguishable. In addition, peaks indicative of porous GaAs and porous Ga2O3 were observed. A cubic phase in the Ga2O3 layer was particularly noteworthy, suggesting a higher degree of crystallinity. Notably, the absence of Raman-active modes associated with internal stresses implies that the fabricated heterostructure is of high quality. Синтез і характеристика гетероструктури por-Ga2O3/GaAs являють вирішальний прогрес у галузі наноматеріалів, особливо в оптоелектронних застосуваннях. Використовуючи методологію двостадійного електрохімічного травлення, це дослідження з’ясувало точні умови, необхідні для виготовлення такої гетероструктури. Початковий етап включає травлення монокристалічного арсеніду галію (GaAs) з використанням водного розчину азотної кислоти як електроліту. Цей процес регулюється окисно-відновними реакціями на межі кристал-електроліт, де GaAs частково окиснюється та вибірково травиться. На другому етапі в електролітичний розчин вводиться етанол. Ця хімічна добавка виконує подвійну роль: по-перше, вона модулює електрохімічне середовище, таким чином дозволяючи контролювати морфологію пор у GaAs. По-друге, це полегшує травлення отриманого оксидного шару, який переважно складається з оксиду галію (Ga2O3). Утворення цього оксидного шару можна пояснити окисненням GaAs, що викликається електрохімічними потенціалами та призводить до осадження побічних продуктів реакції на поверхні підкладки. Вичерпну характеристику виготовленого нанокомпозиту було виконано з використанням скануючої електронної мікроскопії (SEM), енергетично-дисперсійного рентгенівського аналізу (EDX) і раманівської спектроскопії. SEM зображення виявило ряд агломерованих наноструктур, розсіяних по поверхні, з розмірами в діапазоні від 8–25, 1–1.5 мкм і 70–100 нм. Ці спостереження свідчать про ієрархічну структуру пор, що вказує на складний механізм травлення, який модулюється складом електроліту. Раманівський спектроскопічний аналіз підтвердив наявність різних фаз у гетероструктурі. Сигнали, що відповідають об’ємному GaAs, який служить підкладкою, були чітко помітні. Крім того, спостерігалися піки, що вказують на пористий GaAs і пористий Ga2O3. Наявність кубічної фази в шарі Ga2O3 заслуговує особливої уваги, що свідчить про вищий ступінь кристалічності. Важливо, що відсутність Раманівських активних мод, пов’язаних із внутрішніми напругами, означає, що виготовлена гетероструктура має високу якість. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-05-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/722 10.15407/hftp15.02.212 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 212-220 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 212-220 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 2 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 212-220 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/722/738 Copyright (c) 2024 S. S. Kovachov, I. T. Bohdanov, D. S. Drozhcha, K. M. Tikhovod, V. V. Bondarenko, I. G. Kosogov, Ya. O. Suchikova |
| spellingShingle | Ga2O3 GaAs електрохімічне травлення оксидування пори гетероструктури Kovachov, S. S. Bohdanov, I. T. Drozhcha, D. S. Tikhovod, K. M. Bondarenko, V. V. Kosogov, I. G. Suchikova, Ya. O. Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs |
| title | Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs |
| title_alt | Study on phase characteristics of heterostructure por-Ga2O3/GaAs |
| title_full | Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs |
| title_fullStr | Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs |
| title_full_unstemmed | Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs |
| title_short | Дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-Ga2O3/por-GaAs/mono-GaAs |
| title_sort | дизайн та дослідження фазових характеристик гетероструктури por-ga2o3/por-gaas/mono-gaas |
| topic | Ga2O3 GaAs електрохімічне травлення оксидування пори гетероструктури |
| topic_facet | Ga2O3 GaAs electrochemical etching oxidation pores heterostructures Ga2O3 GaAs електрохімічне травлення оксидування пори гетероструктури |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/722 |
| work_keys_str_mv | AT kovachovss studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT bohdanovit studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT drozhchads studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT tikhovodkm studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT bondarenkovv studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT kosogovig studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT suchikovayao studyonphasecharacteristicsofheterostructureporga2o3gaas AT kovachovss dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas AT bohdanovit dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas AT drozhchads dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas AT tikhovodkm dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas AT bondarenkovv dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas AT kosogovig dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas AT suchikovayao dizajntadoslídžennâfazovihharakteristikgeterostrukturiporga2o3porgaasmonogaas |