Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Рік 2026 Том 24, Випуск 1
Завантажити повну версію статті (PDF) Відкритий доступ

O. M. BORDUN1, I. I. MEDVID1, I. Yo. KUKHARSKYY1, I. O. BORDUN1, I. M. KOFLIUK1, O. Y. MYLYO1, V. O. MAKSYMIV1, D. S. LEONOV2, and M. V. PROTSAK1

1Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Драгоманова, 50, UA-79005 Львів, Україна
2Технічний центр НАН України, вул. Покровська, 13, UA-04070 Київ, Україна

Influence of Mn2+ and Tb3+ Activators on the Surface Morphology of GaN Thin Films

175–187 (2026)

Індекси PACS: 61.72.Mm, 61.72.uj, 68.35.Ct, 68.37.Hk, 68.37.Ps, 68.55.J-, 81.15.Cd

Одержано 16 лютого 2026 р.

У роботі проведено дослідження впливу домішок перехідних (Mn) і рідкісноземельних (Tb) елементів на морфологію поверхні свіжонанесених тонких плівок GaN. Тонкі плівки GaN, GaN:Mn і GaN:Tb одержано методом високочастотного йонно-плазмового розпорошення в атмосфері азоту на монокристалічних підкладинках Si. Дослідження морфології поверхні тонких плівок методом атомно-силової мікроскопії показали, що додавання Mn сприяє зростанню середнього діяметра зерен з 85 до 166 нм і супроводжується пониженням середньоквадратичної шерсткости від 6,4 до 4,8 нм. Проведено аналізу розподілів кристалітів за діаметром, площею й об'ємом і запропоновано, що у процесі ВЧ-напорошення відбувається аномальний ріст вторинних зерен за додавання домішки Mn. З додаванням домішки Tb спостерігається ще більше зростання розмірів зерен, що пов'язується з великим йонним радіюсом йона Tb³⁺ і створенням сильних механічних напружень.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: тонкі плівки, GaN, леґування, Манґан, Тербій, ВЧ-розпорошення, морфологія поверхні, атомно-силова мікроскопія

Цитування:
O. M. Bordun, I. I. Medvid, I. Yo. Kukharskyy, I. O. Bordun, I. M. Kofliuk, O. Y. Mylyo, V. O. Maksymiv, D. S. Leonov, and M. V. Protsak, Influence of Mn2+ and Tb3+ Activators on the Surface Morphology of GaN Thin Films, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 24, No. 1: 175–187 (2026); https://doi.org/10.15407/nnn.24.01.0175
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
  1. Chunyu Zhao, Swee Tiam Tan, and Hilmi Volkan Demir, Semicond. Sci. Technol., 40: 073001 (2025); https://doi.org/10.1088/1361-6641/ade81f
  2. K. Murakawa, Y. Kawaguchi, M. Usagawa, Y. Tanabe, T. Yokoyama, M. Tonomura, Y. Aoki, K. Takeuchi, and T. Kamikawa, Optics Express, 33, No. 3: 4100 (2025); https://doi.org/10.1364/OE.542386
  3. Toshihiko Fukamachi, Junichi Nishinaka, Koichi Naniwae, Shuichi Usuda, Haruki Fukai, Akihiko Sugitani, Masahiro Uemukai, Tomoyuki Tanikawa, and Ryuji Katayama, Japanese Journal of Applied Physics, 64: 022001 (2025); https://doi.org/10.35848/1347-4065/ada903
  4. A. Dubey, R. Mishra, Yu-H. Hsieh, Ch.-W. Cheng, B.-H. Wu, L.-J. Chen, S. Gwo, and T.-J. Yen, Adv. Sci., 7: 2002274 (2020); doi:10.1002/advs.202002274
  5. E. Yilmaz, H. Wang, E. Doganci, M. Feng, Q. Sun, A. Mutale, A. Kahraman, U. Gurer, O. Yilmaz, A. Sadigov, F. Ahmadov, and E. Budak, IEEE Transactions on Electron Devices, 72, No. 4: 1993 (2025); doi:10.1109/TED.2025.3539636
  6. J. Zhang, L. Deng, S. Xia, C. Guo, K. Liu, L. Chen, W. Liu, H. Xiao, Zh. Yang, W. Guo, and J. Ye, Semicond. Sci. Technol., 39: 073001 (2024); https://doi.org/10.1088/1361-6641/ad5100
  7. Zitong Fan, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 738: 012006 (2020); doi:10.1088/1757-899X/738/1/012006
  8. H. J. Lozykowski, W. M. Jadwisienczak, and I. Brown, Materials Science and Engineering: B, 81, Iss. 1–3: 140 (2001); https://doi.org/10.1016/S0921-5107(00)00697-8
  9. J. Laski, J. H. Tao, K. Mishra, D. Hamby, M. Raukas, K. Klinedinst, J. McKittrick, J. B. Talbot, N. Perea-Lopez, and G. Hirata, ECS Transactions, 16, No. 31: 123 (2009); https://doi.org/10.1149/1.3112647
  10. M. Stachowicz, A. Kozanecki, C.-G. Ma, M. G. Brik, J. Y. Lin, Hx. Jiang, and J. M. Zavada, Optical Materials, 37: 165 (2014); http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2014.05.018
  11. Or H. Chaulker, Yury Turkulets, and Ilan Shalish, Scientific Reports, 15: 18773 (2025); https://doi.org/10.1038/s41598-025-97446-w
  12. Wenxuan Wu, Yangye Pan, Xiaodong Gao, Xiaodan Wang, Sida Wei, Jiahao Sun, Xionghui Zeng, Shunan Zheng, and Ke Xu, J. Phys. D: Appl. Phys., 58: 135101 (2025); https://doi.org/10.1088/1361-6463/ada8bb
  13. Michael Alexander Reshchikov, Benjamin McEwen, and Shadi ShahedipourSandvik, phys. status solidi (b), 262: 2400656 (2025); doi:10.1002/pssb.202400656
  14. Y. Xiong, M. Sadek, and R. Chu, Semicond. Sci. Technol., 40: 033002 (2025); https://doi.org/10.1088/1361-6641/adb32d
  15. H. Amano, Y. Baines, E. Beam, Matteo Borga, T. Bouchet, Paul R. Chalker, M. Charles, Kevin J. Chen, Nadim Chowdhury, Rongming Chu, Carlo De Santi, Maria Merlyne De Souza, Stefaan Decoutere, L. Di Cioccio, Bernd Eckardt, Takashi Egawa, P. Fay, Joseph J. Freedsman, L. Guido, Oliver Häberlen, Geoff Haynes, Thomas Heckel, Dilini Hemakumara, Peter Houston, Jie Hu, Mengyuan Hua, Qingyun Huang, Alex Huang, Sheng Jiang, H. Kawai, Dan Kinzer, Martin Kuball, Ashwani Kumar, Kean Boon Lee, Xu Li, Denis Marcon, Martin März, R. McCarthy, Gaudenzio Meneghesso, Matteo Meneghini, E. Morvan, A. Nakajima, E. M. S. Narayanan, Stephen Oliver, Tomás Palacios, Daniel Piedra, M. Plissonnier, R. Reddy, Min Sun, Iain Thayne, A. Torres, Nicola Trivellin, V. Unni, Michael J. Uren, Marleen Van Hove, David J. Wallis, J. Wang, J. Xie, S. Yagi, Shu Yang, C. Youtsey, Ruiyang Yu, Enrico Zanoni, Stefan Zeltner, and Yuhao Zhang, J. Phys. D: Appl. Phys., 51: 163001 (2018); https://doi.org/10.1088/1361-6463/aaaf9d
  16. C. Braun, L. Mereacre, Z. Chen, and A. Slabon, Scientific Reports, 12: 2503 (2022); https://doi.org/10.1038/s41598-022-06148-0
  17. Heesoo Kim, Anh Thi Dieu Nguyen, Beomjun Kim, Hyerin Jo, Imasda Rahmatulloh, Hyobin Yoo, Hongseok Oh, Aziz Ahmed, Hyeonjun Beak, and Kunook Chung, NPG Asia Materials, 17: 13 (2025); https://doi.org/10.1038/s41427-025-00594-8
  18. Mandar A. Kulkarni, Hyesu Ryu, Sohyeon Park, Tae Kyoung Kim, Sangjin Min, Seung Hyun Shin, Hamza Thaalbi, Fawad Tariq, Sang Hyun Lee, Ho Won Jang, Joon Seop Kwak, Dong-Soo Shin, Pyoung Gug Kim, Sang-Wan Ryu, Adv. Optical Mater., 13: 2500271 (2025); doi:10.1002/adom.202500271
  19. Xiaoqin Yang, Jiawen Lu, Luyu Zhao, Xiaorui Han, Zhongwei Bai, Peiwen Quan, Liangshuai Xie, Liang Li, Haoxuan Sun, Mark Hermann Rummeli, Bingcheng Luo, and Hong Gu, Adv. Photonics Res., 6: 2400146 (2025); doi:10.1002/adpr.202400146
  20. K. Wasa, M. Kitabatake, and H. Adachi, Thin Film Materials Technology: Sputtering of Compound Materials (New York: Springer–William Andrew Inc Publishing: 2004).
  21. O. M. Bordun, I. Yo. Kukharskyy, M. V. Protsak, I. I. Medvid, I. M. Kofliuk, Zh. Ya. Tsapovska, and D. S. Leonov, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 22, Iss. 2: 287 (2024); https://doi.org/10.15407/nnn.22.02.287
  22. B. Rajesh Kumar and T. Subba Rao, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 7, No. 4: 1881 (2012); https://storage.imrpress.com/IMR/DJNB/7/4/1881_RajeshKumar.pdf
  23. E. S. Gadelmawla, M. M. Koura, T. M. A. Maksoud, I. M. Elewa, and H. H. Soliman, Journal of Materials Processing Technology, 123, Iss. 1: 133 (2002); https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00060-2
  24. O. M. Bordun, I. Yo. Kukharskyy, M. V. Protsak, I. I. Medvid, I. O. Bordun, I. M. Kofliuk, I. S. Kuz, A. I. Tyslyuk, R. V. Pavlius, and D. S. Leonov, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 23, Iss. 3: 771 (2025); https://doi.org/10.15407/nnn.23.03.0771
  25. S. Vézian, F. Natali, F. Semond, and J. Massies, Physical Review B, 69: 125329 (2004); doi:10.1103/PhysRevB.69.125329
  26. X. Gao, C. Liu, C. Yin, D. Tao, C. Yang, and B. Man, Materials Science and Engineering B, 178: 349 (2013); http://dx.doi.org/10.1016/j.mseb.2012.12.005
  27. C. V. Thompson, Sol. State Phys., 55: 269 (2001); https://doi.org/10.1016/S0081-1947(01)80006-0
  28. C. V. Thompson, J. Appl. Phys., 58: 763 (1985); https://doi.org/10.1063/1.336194
  29. J. E. Palmer, C. V. Thompson, and Henry I. Smith, J. Appl. Phys., 62, No. 6: 2492 (1987); http://dx.doi.org/10.1063/1.339460
  30. Yoon Shon Hae Kwon, Deuk Young Kim, and Xiangjun Fan Won Kang, Jpn. J. Appl. Phys., 40: 5304 (2001); https://doi.org/10.1143/JJAP.40.5304
  31. Natalie T. Rice, Ivan A. Popov, Dominic R. Russo, John Bacsa, Enrique R. Batista, Ping Yang, Joshua Telser, and Henry S. La Pierre, J. Am. Chem. Soc., 141, No. 33: 1 (2019); doi:10.1021/jacs.9b06622