LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичні властивості шарів селеніду кадмію, отриманих методом твердофазного заміщення

1 2

ЧЕРНIВЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

iм. Юрія ФЕДЬКОВИЧА






Стець

ОЛЕНА ВІКТОРІВНа


УДК 548.741+548.734


ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ШАРІВ СЕЛЕНІДУ КАДМІЮ, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ ТВЕРДОФАЗНОГО ЗАМІЩЕННЯ



01.04.07 - фізика твердого тіла



Автореферат

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата фiзико-математичних наук








Чернiвцi - 2000



Дисертацiєю є рукопис.


Роботу виконано на кафедрi фiзики твердого тiла Чернiвецького державного унiверситету iм. Юрія Федьковича.



Науковий керiвник: доктор фiзико-математичних наук,

професор Фодчук Ігор Михайлович,

Чернівецький державний університет,

професор кафедри фізики твердого тіла


Офiцiйнi опоненти:доктор фiзико-математичних наук,

старший науковий співробітник

Прокопенко Ігор Васильович,

Інститут фізики напівпровідників

НАН України, м. Київ, завідувач відділом

доктор фiзико-математичних наук,

професор Ніцович Богдан Михайлович,

Чернівецький державний університет,

завідувач кафедри оптики і спектроскопії



Провiдна установа: Iнститут фізики НАН України, м. Київ.


Захист вiдбудеться “29” вересня 2000 р. о 15-iй годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д76.051.01 при Чернiвецькому державному унiверситетi ім. Юрія Федьковича за адресою: 58012, м. Чернiвцi, вул. Коцюбинського, 2.


З дисертацiєю можна ознайомитись у бiблiотецi Чернiвецького державного унiверситету iм. Юрія Федьковича (вул. Л.Українки, 23).



Автореферат розiсланий “25” серпня 2000р.



Вчений секретар

спецiалiзованої вченої Ради М.В. Курганецький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Розвиток сучасної твердотільної електроніки постійно розширює діапазон вимог, які ставляться до базових матеріалів. Оскільки число "добре освоєних" напівпровідників поки що відносно невелике, то головною тенденцією на даний час є синтез нових матеріалів з необхідними властивостями. Іншим альтернативним напрямком може бути розробка нетрадиційних технологій цілеспрямованої зміни структурних та енергетичних параметрів відомих напівпровідників, до яких відноситься і селенід кадмію. Він уже давно використовується для створення багатьох твердотільних електронних приладів та пристроїв - високочутливих фотоприймачів, сонячних елементів, фотопотенціометрів, оптичних пірометрів, тензодавачів, акустоелектричних перетворювачів та підсилювачів, лазерів тощо [1-4]. Їх основою можуть бути як об’ємні монокристали, так і моно- або полікристалічні плівки селеніду кадмію. Відзначимо також, що CdSe нарівні з CdS, досить часто служить модельним напівпровідником при вивченні багатьох нерівноважних процесів в інших складних сполуках [5].

Відомо [6], що селенід кадмію в залежності від умов виготовлення може мати гексагональну (a-CdSe) або кубічну (b-CdSe) структури. Проте, переважна більшість теоретичних та експериментальних робіт присвячена дослідженням вюрцитної модифікації. Це зумовлено низкою причин, головна з яких пов'язана з часовою і температурною нестабільністю сфалеритної структури. Так, зокрема, об'ємні кристали b-CdSe можна виростити з водного розчину при кімнатних температурах, але уже при 400 К вони частково переходять в a-модифікацію [6]. Високоорієнтовані шари і плівки цього матеріалу, які виготовлені традиційними технологічними методами, здебільшого мають гексагональну або змішану структуру [7,8]. Кубічну модифікацію можна отримати при відносно низьких температурах синтезу, але, як правило, вона нестабільна в часі. Дослідження b-CdSe, в основному, присвячені вивченню впливу параметрів підкладинок та технологічних умов виготовлення плівок на їх фазовий склад і структурну досконалість. Перехід вюрцитної структури у сфалеритну може відбуватися також при великих (2,2-3,2 ГПа) гідростатичних тисках [8], проте дослідження таких об'єктів представляє чисто академічний інтерес.

Зазначені фактори, а також недостатня вивченість фізичних властивостей b-CdSe, обмежують використання цього матеріалу в твердотільній електроніці. Разом з цим, ширина забороненої зони Eg селеніду кадмію кубічної модифікації майже на 0,3 еВ більша від Eg гексагональної, що дозволяє розширити спектральні характеристики у короткохвильову область. Відзначимо також, що збільшення ширини забороненої зони матеріалу сприяє підвищенню температур експлуатації та пробійних напруг приладів на його основі. Крім того, зміна кристалічної структури обов'язково мусить обумовити зміну не тільки величини Eg, але й інших важливих фізичних та технічних параметрів селеніду кадмію. У зв'язку з цим, створення стабільного b-CdSe і дослідження його основних фізичних властивостей є актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження, результати яких представлені в дисертації, виконані у відповідності до програми наукової тематики кафедри фізики твердого тіла Чернівецького держуніверситету "Рентгенодифракційні дослідження структури і границь розділу напівпровідникових кристалів" та в рамках проекту Державного Фонду фундаментальних досліджень Міністерства України у справах науки і технологій "Розробка рентгенодифракційних методів та дослідження структури реальних кристалів" (проект Ф4/197–97 (2.4/551)).

Мета роботи полягає у виборі оптимальної технології та виготовленні шарів селеніду кадмію зі стабільними кубічною та гексагональною кристалічними структурами, комплексному дослідженні їх основних фізичних властивостей та вивченні можливостей практичного використання.

Задачі дослідження:

  • вибір технологічного методу та режимів створення шарів a- і b-CdSe зі стабільними в часі параметрами;

  • проведення комплексних досліджень структурних, електрофізичних, фотоелектричних та оптичних властивостей шарів;

  • встановлення спільних та відмінних рис характеру фізичних процесів, які зумовлені кристалічною структурою об'єктів досліджень;

  • визначення областей практичного використання досліджуваних шарів.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в тому, що вперше:

1. Аргументовано вибір методу реакцій твердофазного заміщення для отримання стабільних у часі гетерошарів селеніду кадмію кубічної та гексагональної модифікацій.

2. Показано, що шари CdSe утворюються шляхом заміщення атомів металу та халькогену базових підкладинок ZnSe та CdS атомами Cd та Se відповідно. Встановлено, що процес має дифузійний характер, визначені коефіцієнти та енергії активації дифузії.

3. Експериментально встановлено, що кристалічна структура гетерофазних шарів повністю відповідає структурі базових підкладинок. Велика напівширина кривих гойдання пов'язується з внутрішніми деформаційними полями.

4. Показано, що незаміщені атоми Zn та S базових підкладинок при концетраціях, менших за 1019 см-3, у селеніді кадмію виступають як ізовалентні домішки. Вияснена їхня роль у формуванні структурних, електричних та оптичних властивостей шарів, а також підвищенні температурної та радіаційної стабільності об'єктів досліджень.

5. Експериментально встановлено, що у температурному діапазоні 77-450 К домінує смуга люмінесценції, яка зумовлена анігіляцією вільних екситонів у випадку шарів b-CdSe і зв'язаних з акцепторним рівнем екситонів для a-CdSe.

6. Визначені фундаментальні енергетичні параметри об'єктів досліджень - ширина забороненої зони та температурний коефіцієнт її зміни, енергія поздовжніх оптичних фононів, величини розщеплення валентної зони за рахунок спін-орбітальної взаємодії та кристалічного поля, енергія зв’язку екситонів.

Практичне