LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

значення одержаних результатів.

1. Високі фоточутливість шарів та ефективність екситонної смуги у поєднанні з її слабкою температурною залежністю і радіаційною стійкістю матеріалу створюють передумови для виготовлення на базі шарів CdSe оптоелектронних приладів (фотоприймачів, детекторів іонізуючого випромінювання, високотемпературних люмінофорів, лазерних елементів з світловим або електронним збудженням тощо), які допускають експлуатацію у жорстких умовах.

2. Отримані результати сприяють більш глибокому розумінню поведінки ізовалентних домішок у напівпровідникових матеріалах, зокрема, у процесах формування кристалічної та енергетичної структури. Для їх вивчення можна використовувати запропонований у роботі комплекс незалежних і взаємодоповнюючих розрахункових і експериментальних методик досліджень.

3. Визначені в роботі загальні принципи і конкретні режими створення селеніду кадмію можуть бути використані при виборі технологічних методів та умов синтезу шарів інших матеріалів.


Особистий внесок здобувача.

У роботах [1-5, 8, 9, 11-17] здобувач приймав участь у виготовленні шарів селеніду кадмію та структур на їх основі, дослідженні їх фізичних властивостей та проведенні необхідних обчислень. В роботах [7, 10] дисертант виконав чисельні розрахунки на ЕОМ.

Постановка задач і обговорення результатів досліджень всіх сумісних робіт проведено спільно із співавторами.

Апробація результатів роботи.

Основні результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на:

  • International Workshop on Advanced Technologies of Multicomponent Solid Films and Structures and Their Application on Photonics (Uzhorod;1996);

  • First Polish-Ukrainian Symposium "New Photowoltaic Materials for Solar Cels" (Cracow, 1996);

  • Second International Sholl-Conference "Phisical Problems in Material Science of Semicouductors" (Chernivtsi, 1997);

  • International Conference on Solid State Crystals (Zakopone, 1998);

  • Third International Shool-Conference "Physical Problems in Material Science of Semiconductors" (Chernivtsi, 1999);

  • Международной конференции, посвященной методам рентгенографической диагностики несовершенств в кристаллах, применяемых в науке и технике (Черновцы, 1999).

Публікації: За темою дисертації опубліковано 17 робіт, список яких наведено в кінці автореферату.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків та списку використаних джерел з 130 найменувань. Робота викладена на 134 сторінках, включає 53 рисунки і 9 таблиць.


ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність вибраної теми дисертації, сформульовані мета та основні задачі досліджень, її наукова новизна та практична цінність, а також відомості про апробацію та особистий внесок здобувача.

У першому розділі, який має оглядовий характер, наведено відомі результати експериментальних та теоретичних досліджень фізичних властивостей тонких шарів селеніду кадмію. Розглянуто основні технологічні методи їх створення у зв’язку зі структурними, електрофізичними, фотоелектричними та оптичними властивостями. Відзначається мала кількість робіт по дослідженню кубічного селеніду кадмію, аналізуються причини, які їх обмежують. Розділ завершується короткими висновками.

У другому розділі описані технологічні способи створення об'єктів досліджень: гетерошарів, випрямляючих та омічних контактів, а також методики дослідження характеристик та визначення їх основних параметрів. Особлива увага приділена аналізу недоліків відомих методів виготовлення шарів ІІ-VІ сполук, головними з яких є: необхідність високої досконалості підкладинок та їх ретельної кристалографічної орієнтації, вузький інтервал температур синтезу, наявність критичної товщини переходу плівки від метастабільної структурної модифікації до стабільної, обмеженість легування іонно та ізовалентними домішками, низька відтворюваність результатів тощо. Зазначені фактори практично повністю ліквідуються використаним у роботі методом реакцій твердофазного заміщення (РТЗ) у закритому об'ємі, який, крім того, є достатньо економічним і екологічно чистим.

Базовими підкладинками служили монокристали b-ZnSe і a-CdS, вирощені з розплаву під тиском інертного газу. Легування у процесі росту ізовалентною домішкою Те приводить до значного збільшення ефективності радіолюмінесценції та радіаційної стійкості. Підвищення електронної провідності досягалось відпалом вихідних кристалів у парі власного металевого компонента. Питомий опір зразків при 300 К змінювався у межах 100-1012 Ом·см, а провідність контролювалась донорними рівнями з енергіями активації 40 і 400 меВ та 30 і 600 меВ для CdS i ZnSe відповідно. (Більші значення енергій відповідають високоомним нелегованим кристалам). Спектри фотолюмінесценції складаються, як правило, з двох смуг з максимумами при 300 К: 2,45 і 1,72 еВ для CdS та 2,68 і 1,95 еВ для ZnSe. Спектри оптичного пропускання рівномірні і гладкі від 1,0 еВ аж до енергій фотонів w, які відповідають ширині забороненої зони підкладинок при 300 К: 2,5 еВ для СdS і 2,7 еВ для ZnSe.

Відпал кристалів CdS та ZnSe у насиченій парі Se та Cd відповідно приводить до суттєвої деформації кривих пропускання. Основна зміна полягає у зміщенні високоенергетичного краю в область менших w (рис.1), що вказує на утворення хімічної сполуки з меншою Еg. Величина останньої визначається температурою відпалу Та, причому для кожного типу шарів (a чи b) існує своя критична температура відпалу, починаючи з якої Еg=const, рис.2а. Виходячи з цього для подальшого дослідження були вибрані шари, які створювались при 800°С. При такій Та, незалежно від використаних підкладинок і часів відпалу, спостерігається відтворюваність параметрів і характеристик шарів обох модифікацій.




Рис.1. Нормовані звичайні (суцільні лінії) та l-модульовані (пунктирні) спектри оптичного пропускання шарів a- (1) та b-CdSe (2) при 300К.




а) б)

Рис.2. Залежність ширини забороненої зони від температури відпалу (а) та мікроструктура поверхні (б) шарів СdSe, вирощених на ZnSe (1) і СdS (2).


Експериментально показано, що процес утворення гетерофазних шарів носить дифузійний характер і описується відомим співвідношенням

D=D0·exp(-Ea/kT) (1)

Дослідні значення коефіцієнтів D0 та енергії активації Еа дифузії складають 310-3 см2/c і 1,2 еВ для атомів Cd в ZnSe та 10-4 см2/с і 1,0 еВ для атомів Se в CdS. Залишкові (незаміщені) атоми основної гратки на рівні 0,1 мольн. проц. не впливають на величину Еg, проте відіграють роль ізовалентних домішок (ІВД) у досліджуваних шарах.

Для досліджень структурних, електрофізичних, фотоелектричних та оптичних властивостей використані загальноприйняті методики з врахуванням особливостей зразків. Окрема увага приділена високочутливому методу l-модуляції [9], який дозволив різко загострити особливості оптичних характеристик і пов'язати їх з енергетичними параметрами об'єктів досліджень.

Третій розділ присвячений вивченню впливу кристалічної структури базових підкладинок на мікроструктуру гетерофазних шарів селеніду кадмію, дослідженню ролі ізовалентних домішок у процесах дефектоутворення, а також їх зв'язку з електрофізичними властивостями та радіаційною стійкістю шарів.

У рамках моделі ефективного заряду показано, що наявність ізовалентних домішок S та Zn у шарах a- та b-CdSe відповідно приводять до генерації міжвузловинних катіонів Аі та аніонних вакансій VВ, тобто міжвузловинного кадмію Cdi та вакансій селену Vse. Оскільки такі центри у CdSe проявляють донорні властивості, то шари повинні мати електронну провідність, що виконується на досліді. Визначені з експериментальних температурних залежностей опору та концентрації електронів величини енергії активації складають 150-200 і 700 меВ для a-CdSe та 20, 150-200 і 400-500 меВ для b-CdSe. Найбільш глибокі рівні виявлені у шарах, виготовлених на