Дослідження параметрів кристалічної структури епітаксійних плівок телуридів олова, свинцю при їх вирощуванні та наступних термічній та радіаційній обробках. Вплив технологічних факторів (опромінення альфа-частинками) на електричні властивості плівок.
Аннотация к работе
Не дивлячись на достатньо великі за обсягом і широкі за змістом публікації, до цього часу ще недостатньо вивчені і тим більше несистематизовані результати комплексного впливу як власних атомних дефектів, так і дефектів кристалічної структури на електронні процеси у епітаксійних плівках телуридів олова і свинцю. Дисертаційна робота виконувалася у рамках програми Міністерства освіти і науки України "Дефектоутворення у тонких плівках халькогенідів свинцю і олова" (проект 4.3/424) та тематичного плану "Вплив зовнішніх факторів на електронні процеси у тонких напівпровідникових плівках халькогенідів свинцю і олова "(додаток №2 до наказу №330 від 13.12.1996 року). провести детальні дослідження параметрів кристалічної структури епітаксійних плівок телуридів олова і свинцю при їх вирощуванні та наступних термічній та радіаційній обробках; проаналізувати на основі запропонованих кристалохімічних підходів до атомної дефектної підсистеми у сполуках AIVBVI електронні процеси в епітаксійних плівках телуридів олова і свинцю. Залежності концентрації носіїв струму від технологічних факторів вирощування у методі гарячої стінки та дози опромінення альфа-частинками в епітаксійних плівках телуриду олова пояснено переважанням двозарядних вакансій олова - у першому випадку і утворення пар Френкеля з вакансіями металу і халькогену акцепторного типу - у другому.Здійснене у роботі комплексне дослідження дефектів атомної і кристалічної структури та електронних процесів в епітаксійних плівках телуридів олова і свинцю при їх вирощуванні, наступних радіаційній та термічній обробках дозволило встановити такі нові факти, закономірності та пояснити процеси: Переважаючими атомними дефектами в епітаксійних плівках телуриду олова і свинцю при їх вирощуванні із парової фази є двозарядні вакансії олова акцепторного типу . В епітаксійних плівках телуриду свинцю, вирощених із парової фази, утворюються як однозарядні міжвузлові атоми свинцю , так і двозарядні вакансії свинцю . При цьому підвищення температури осадження ТП=420-680 К, як і парціального тиску халькогену =10-4-10-1 Па обумовлюють початкове зменшення електронів, конверсію типу провідності із n-на р-тип і подальше зростання концентрації дірок, що повязане із переважанням концентрації заряджених вакансій свинцю . Підвищення температури випаровування ТВ призводить до росту ТП(n-p) i (n-p), які відповідають реалізації n-р-переходу у плівках PBTE, повязані із зростанням концентрації міжвузлових атомів свинцю . Кристалічна структура епітаксійних плівок телуридів олова і свинцю на сколах (111) кристалів BAF2 характеризується субструктурними елементами трьох порядків величини: області когерентного розсіювання (L=10-2-10-1 мкм), зернами третього порядку величини (l=10-102 мкм) і кристалітами першого порядку величини (b>103 мкм).
Вывод
Здійснене у роботі комплексне дослідження дефектів атомної і кристалічної структури та електронних процесів в епітаксійних плівках телуридів олова і свинцю при їх вирощуванні, наступних радіаційній та термічній обробках дозволило встановити такі нові факти, закономірності та пояснити процеси: Переважаючими атомними дефектами в епітаксійних плівках телуриду олова і свинцю при їх вирощуванні із парової фази є двозарядні вакансії олова акцепторного типу . Підвищення температури осадження ТП=400-700 К веде до спадання, а температур випаровування ТВ=720-950 К та парціального тиску пари телуру =10-6-10-1 Па - до зростання концентрації носіїв струму, що повязане із заліковуванням вакансій у першому випадку і ініціюванням процесів дефектоутворення у підгратці металу в другому випадку.
В епітаксійних плівках телуриду свинцю, вирощених із парової фази, утворюються як однозарядні міжвузлові атоми свинцю , так і двозарядні вакансії свинцю . При цьому підвищення температури осадження ТП=420-680 К, як і парціального тиску халькогену =10-4-10-1 Па обумовлюють початкове зменшення електронів, конверсію типу провідності із n- на р-тип і подальше зростання концентрації дірок, що повязане із переважанням концентрації заряджених вакансій свинцю . Підвищення температури випаровування ТВ призводить до росту ТП(n-p) i (n-p), які відповідають реалізації n-р-переходу у плівках PBTE, повязані із зростанням концентрації міжвузлових атомів свинцю .
Кристалічна структура епітаксійних плівок телуридів олова і свинцю на сколах (111) кристалів BAF2 характеризується субструктурними елементами трьох порядків величини: області когерентного розсіювання (L=10-2-10-1 мкм), зернами третього порядку величини (l=10-102 мкм) і кристалітами першого порядку величини (b>103 мкм). Якщо величина кристалітів у плівках підтверджує наслідування блочної структури підкладки, то існування дисперсних субструктурних елементів є результатом конденсаційних і післяконденсаційних процесів. При цьому підвищення температури осадження ТП=400-600 К обумовлює покращення параметрів кристалічної структури (зростання розмірів кристалів, зменшення мозаїчності), що є причиною збільшення рухливості носіїв струму.
Дозові залежності концентрації носіїв струму в епітаксійних плівках p-SNTE при опроміненні їх альфа-частинками пояснено на основі утворення пар Френкеля як у катіонній, так і в аніонній підгратках і із переважаючою акцепторною дією. Останнє обумовлює деяке зростання концентрації дірок при збільшенні дози опромінення. На основі співставлення експериментальних і розрахункових дозових залежностей концентрації носіїв струму визначено коефіцієнти генерації та дифузії точкових дефектів та розміри областей їх рекомбінації.
Радіаційне опромінення плівок телуриду свинцю обумовлює утворення заряджених френкелівських пар і з переважаючою донорною дією, що є причиною зростання концентрації електронів у плівках n-типу і зменшення концентрації дірок у плівках р-PBTE.
Опромінення епітаксійних плівок телуридів олова і свинцю альфа-частинками енергією ~ 5 МЕВ приводить на початкових етапах до релаксації нерівноважних структурних станів, розпаду і гомогенізації крупномасштабних дефектів на границях зерен з наступним накопиченням радіаційних дефектів, що обумовлюють зростання мікронапруг, мозаїчності, густини дислокацій та їх генерування границями зерен.
Термічний відпал епітаксійних плівок телуридів олова і свинцю у вакуумі і в атмосфері повітря обумовлює складні внутріфазові і міжфазні процеси: рекристалізація; окислення, взаємодія основної матриці із оксидами. Встановлено, що відпал плівок SNTE у вакуумі приводить до зростання, а у кисні - до зменшення параметра гратки, що повязано із десорбцією телуру у першому випадку і адсорбцією кисню - у другому.
Встановлено, що ізотермічний відпал у атмосфері кисню при Т0=300-600 К веде до утворення на поверхні інверсного (для плівок n-PBTE) або збагаченого (для плівок p-PBTE, p-SNTE) приповерхневого шару.
Методами електронної оже-спектроскопії, рентгенівського фазового аналізу, ядерного гама-резонансу, металографії досліджено процеси взаємодії кисню з плівками телуриду олова. Встановлено, що при ізохронному відпалі до 670 К вже на початкових етапах олово ефективно окислюється, утворюючи на поверхні стабільні оксиди, які перешкоджають подальшому протіканню процесу. Продуктом окислення SNTE при високих температурах відпалу (Т0>850 K) є оксид олова SNO2 (перехід олова із двовалентного у чотиривалентне Sn II®Sn IV). кристалічний телурид термічний епітаксійний
Список литературы
Д.М. Фреїк, В.В. Прокопів, М.О. Галущак, М.В. Пиц, Г.Д. Матеїк. Кристалохімія і термодинаміка атомних дефектів у сполуках AIVBVI. Івано-Франківськ. "Плай": 1999. -163с
Д.М. Фреїк, О.В. Козич, М.В. Пиц, М.В. Калинюк, Н.І. Павлечко. Нестехіометричність та n-р-перехід у тонких плівках телуриду свинцю // Вісник Прикарпатського університету. Математика. Фізика. Хімія. - 1999. -В.2. -С. 50-66.
B.K. Ostafiychuk, Ya.P. Saliy, V.M. Chobanuk, G.D. Mateik, M.V. Pyts. Radiation-induced point defect in epitaxial layers of SNTE // Physics and Chemistry of Solid State. 2000. -V.1., №1. -P. 71-76.
Д.М. Фреик, В.В. Прокопив, Б.М. Рувинский, О.В. Козыч, М.В. Пиц. Влияние условий выращивания на дефектную подсистему в пленках теллурида свинца // Фотоэлектроника. 2000. -Вып. 9. -С. 40-42.
M.O. Galushchak, D.M. Freik, I.M. Ivanyshyn, A.V. Lisak, M.V. Pyts. Thermoelectric properties and defective subsystem in doped telluride of tin // Journal of Thermoelectricity. -2000. -№1. -P. 42-50.
D.M. Freik, M.O. Galushchak, I.M. Ivanyshyn, V.M. Shperun, R.I. Zapukhlyak, M.V. Pyts. Thermoelectric properties of solid solutions based on tin telluride // Semiconductor Physics. Quantum Electronics. Optoelectronics. 2000. -V.3, №3. -Р. 287-290.