Рідинна епітаксія твердих розчинів сполук

Для ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y, вирощених методом рідиннофазної епітаксії на підкладках BaF₂ при температурі ліквідусу 773873 К, швидкості програмного охолодження 0,10,2 К/хв та вихідному переохолодженні розчину-розплаву на 12 К, уточнені залежності типу та концентрації носіїв струму від складу твердих розчинів. Встановлено, що n-тип провідності з концентрацією вільних носіїв заряду (13)10¹⁷ см^-3 мають епітаксійні шари складів 0,00х0,25 (ат. д.) і 0,69у0,78 (ат. д.). В діапазоні складів 0,25х0,40 (ат. д.) і 0,63у0,69 (ат. д.) напівпровідниковий матеріал кристалізується з невідтворюваним типом провідності. Для ЕШ з 0,40х0,70 (ат. д.) і 0,52у0,63 (ат. д.) при температурі початку росту менше 788 К одержується n-тип провідності, а при температурі початку росту більше 820 К - р-тип провідності з концентрацією вільних носіїв заряду (35)10¹⁷ см^-3.

Розроблена лабораторна технологія виготовлення бар'єрних структур метал/-шар/n(р)-Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y, яка дозволяє одержувати діоди Шотткі з конкурентноздатними робочими характеристиками.

Одержані багатоелементні інфрачервоні фотоприймачі пройшли випробування в Інституті прикладної фізики АН Республіки Молдови, де підтверджено доцільність використання розробленої технології.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці та обґрунтуванні задач дослідження, критичному аналізі науково-технічної та патентної літератури, розробці методик та виконанні експериментальних досліджень, науковому обґрунтуванні одержаних результатів, визначенні технологічних режимів вирощування структурнодосконалих ЕШ ЧТР Pb1-xSnxTe1-уSey та формування на їх основі багатоелементних інфрачервоних фотоприймачів, в узагальненні результатів та у формулюванні висновків.

У всіх наукових працях, що опубліковані у співавторстві, здобувачу належать: напрацювання експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів, висновки.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації було викладено і обговорено на:

ІІ Міжнародному Смакуловому симпозіумі «Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики». Тернопіль, 2000.

Second International Conference on Inorganic Materials. Santa Barbara, USA, 2000.

Thirteenth International Conference on Crystal Growth in conjunction with Eleventh International Conference on Vapor Growth and Epitaxy. Kyoto, Japan, 2001.

Міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми створення нових машин і технологій». Кременчук, 2001.

VІ Международном молодёжном форуме «Радиоэлектроника и молодёжь в XXI веке». Харьков, 2002.

Second International Scientific Conference of Students, Post-Graduate Students and Young Scientists «Optoelectronic Information-Energy Technologies - 2002». Vinnytsia, Ukraine, 2002.

III Международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии». Одесса, 2002.

Sixth International Conference « Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics». Kyiv, Ukraine, 2002.

Всеукраїнській конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «ЕВРІКА - 2002». Львів, 2002.

Second International Young Scientists Conference on Applied Physics. Kyiv, Ukraine, 2002.

Eleventh International Conference on Solid Films and Surfaces. Marseille, Saint-Charles, France, 2002.

12^th International Conference of Thin Films. Bratislava, Slovakia, 2002.

Third International Conference on Inorganic Materials. Konstanz, Germany, 2002.

І Українській науковій конференції з фізики напівпровідників. Одеса, 2002.

Third International Young Scientists Conference «Problems of Optics and High Technology Material Science SPO 2002». Kyiv, Ukraine, 2002.

Публікації за темою дисертаційного дослідження включають 19 найменувань, в тому числі: 7 статей у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України; 11 тез доповідей на конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та списку використаних джерел, що містить 119 найменувань цитованої літератури. Роботу викладено на 168 сторінках машинописного тексту з 62 рисунками та 13 таблицями.

Основний зміст

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, підсумовано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, коротко викладено зміст дисертації.

В розділі І приведено огляд наукової літератури з теми дисертації, описані загальні відомості про дослідження фазових діаграм стану системи Pb-Sn-Te-Se та проаналізовані існуючі технологічні режими вирощування ЕШ ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y на напівпровідникових і діелектричних підкладках методом рідинної епітаксії. Розглянуті одержані різними авторами експериментальні залежності параметру кристалічної решітки, ширини забороненої зони та основних кінетичних коефіцієнтів ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y від вмісту компонентів і температури. Особливу увагу приділено аналізу методики формування та властивостям діодів Шотткі на основі багатокомпонентних твердих розчинів сполук А⁴В⁶, а також існуючим фізичним моделям бар'єрних контактів метал/халькогенід свинцю-олова.

Проведений аналіз робіт зарубіжних та вітчизняних авторів дозволив зробити наступні висновки:

- фазові Т-х-діаграми стану системи Pb-Sn-Те-Se для збагаченої металом області складів розчинів-розплавів (Pb_1-vSn_v)_1-w(Te_1-uSe_u)_w при w0,06, що відповідають низькотемпературній частині поверхні ліквідусу і використовуються при вирощуванні методом рідинної епітаксії ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y, вивчені досить повно;

- метод рідинної епітаксії залишається одним з перспективних і відносно дешевих методів одержання ЕШ ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y з низькою концентрацією носіїв струму та ефективною випромінювальною рекомбінацією без додаткової термообробки для створення на їх основі приладних структур інфрачервоної оптоелектроніки (мезадіодів, інжекційних гетеролазерів). Проте не існує промислової технології вирощування високоякісних, малонапружених, структурнодосконалих, ізоперіодних епітаксійних шарів на напівпровідникових (100)Pb_1-xSn_xTe i PbTe_1-уSe_y та діелектричних (100)KCl і (111)BaF₂ підкладках для подальшого формування на їх основі діодів з бар'єром Шотткі;

- суттєвим недоліком наявних відомостей про дослідження фізичних властивостей ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y є неоднозначність інтерпретації експериментальних залежностей ширини забороненої зони і параметра кристалічної решітки від вмісту компонентів і температури вимірювання, а також майже повна відсутність експериментальних даних про відносну статичну і динамічну діелектричні проникності, ефективну масу носіїв струму, коефіцієнт анізотропії, величину хімічного потенціалу, термо-е.р.с., електропровідність, холлівську рухливість та час релаксації вільних носіїв струму для невироджених ЕШ Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y,

- лише частково відпрацьована технологія виготовлення та досліджені електрофізичні характеристики фотодіодів Шотткі на основі ЕШ р- Pb_1-xSn_xTe і р-Pb_1-xSn_xSe, вирощених методом МПЕ або «гарячої стінки» на підкладках (111)BaF₂ і (111)Sі, однак інформація про формування бар'єрних структур на основі ЕШ ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y взагалі відсутня;

- до теперішнього часу не існує фізичної моделі бар'єру Шотткі з тонким проміжним тунельно-прозорим діелектричним шаром окислу на основі невиродженого епітаксійного шару багатокомпонентного твердого розчину з n- або р-типом провідності.

За висновками визначені основні напрямки досліджень та сформульовані задачі дисертаційної роботи.

В розділі ІІ описується апаратурне та матеріальне забезпечення процесів рідинної епітаксії: а) переобладнана промислова установка «Епос» з кварцовим реактором вертикального типу та проточною водневою атмосферою; б) спеціально розроблена циліндрична графітова поворотна касета для підкладок, шток підвіски якої з'єднаний з пристроєм для центрифугування; в) характеристики основних і допоміжних матеріалів для проведення процесів рідинної епітаксії. Розглянуті особливості методики та температурно-часового режиму вирощування епітаксійних шарів халькогенідів свинцю-олова при програмному охолодженні розчину-розплаву. Приведені методики дослідження морфології поверхні, структурної досконалості та елементного складу ЕШ ЧТР Pb_1-хSn_хTe_1-уSe_у. Розглянуті особливості проведення гальваномагнітних вимірів у багатокомпонентних твердих розчинах халькогенідів свинцю-олова. Описані методики формування діодів Шотткі та дослідження їх вольтамперних, вольтфарадних та фотоелектричних характеристик.

В розділі ІІІ викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень процесів, які відбуваються на міжфазних границях при рідинній епітаксії багатокомпонентних твердих розчинів сполук А⁴В⁶ на напівпровідникових та діелектричних підкладках. На основі аналізу фазових та когерентних діаграм стану системи Pb-Sn-Te-Se, які розраховані за допомогою моделі простих регулярних розчинів, встановлені склади (Pb_1-vSn_v)_1-w(Te_1-uSe_u)_w рівноважної рідкої фази (0,163v0,371 (ат. д.); 0,011u0,046 (ат. д.); 0,01w0,05 (ат. д.)) для рідинної епітаксії ЕШ ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y в широкому діапазоні складів (0,09х0,18 (ат. д.); 0,02у0,06 (ат. д.)) на напівпровідникових підкладках Pb_0,80Sn_0,20Te і PbTe_0,92Se_0,08 при температурі ліквідусу 773873 К, швидкості програмного охолодження 0,10,2 К/хв та діапазоні зниження температури 515 К. Для запобігання підрозчинення поверхні напівпровідникових підкладок використовувалось незначне вихідне переохолодження рівноважної рідкої фази. Проведені дослідження взаємодії переси-ченого розчину-розплаву з підкладками Pb_0,80Sn_0,20Te і PbTe_0,92Se_0,08 показали, що для одержання високопланарних гетероструктур оптимальною є величина вихідного переохолодження на 23 К. Вирощенні в таких технологічних режимах ЕШ Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y були дзеркально-гладкими або мали легку терасну структуру, що, можливо, пов'язано з незначною (0,10,3) розорієнтацією підкладок. Границя розділу підкладка/шар була високопланарною, нерівності не перевищували 100 Е. При товщині 311 мкм епітаксійні шари мали густину дислокацій (29)10⁴ см^-2. Розподіл густини дислокацій за товщиною в ізоперіодних гетероструктурах Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pb_0,80Sn_0,20Te і Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/PbTe_0,92Se_0,08 досить добре апроксимувався експоненціальним наближенням, і при цьому на границі розділу підкладка/шар не спостерігалось скачка густини дислокацій.

Проаналізовано фактори, які відіграють найбільш важливу роль у дефектоутворенні при гетероепітаксії ЕШ ЧТР Pb1-xSnxTe1-ySey на діелектричних підкладках: обумовлені різницею коефіцієнтів термічного розширення термічні напруги; обумовлені різницею періодів кристалічних решіток напруги невідповідності; та напруги, які визначаються наявністю градієнтів складів у самих шарах. Відмічено, що при розрахунку складів ЧТР, ізоперіодних з підкладками KCl, доцільно брати середнє для діапазону температур 77923 К значення параметру решітки аKCl(573 К)=6,37 Е.

Проведено комплексне вивчення рідинної епітаксії Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y на діелектричних підкладках (111)BaF₂ і (100)KCl при температурі ліквідусу 773873 К, швидкості програмного охолодження 0,10,2 К/хв та діапазоні зниження температури 510 К. Для епітаксійних шарів, ізоперіодних з підкладками BaF₂, при 0,00х0,70 (ат. д.) і 0,52у0,78 (ат. д.) значення вмісту олова, селену та халькогенів в розчині-розплаві змінювались в межах 0,000v0,854 (ат. д.), 0,338u0,408 (ат. д.) та 0,01w0,05 (ат. д.), відповідно. Для епітаксійних шарів, ізоперіодних з підкладками KCl, при 0,17х0,26 (ат. д.) і 0,17у0,21 (ат. д.) було одержано 0,326v0,534 (ат. д.), 0,116u0,148 (ат. д.) і 0,01w0,04 (ат. д.). Експериментальна перевірка можливостей переохолодження розчинів-розплавів з використанням діелектричних підкладок показала, що оптимальною величиною початкового пересичення рідкої фази є 12 К.

Відпрацьовані технологічні режими дозволили перейти до вирощування на BaF2 малонапружених монокристалічних ЕШ ЧТР Pb1-xSnxTe1-ySey товщиною 27 мкм з дзеркально-гладкою морфологією поверхні при густині дислокацій не вище 10⁵ см^-2. Вихід таких шарів складав 70 %. Дослідження розподілу густини дислокацій за товщиною свідчить про відсутність різкого збільшення числа дислокацій на границі розділу підкладка/шар, і вказує на майже несуттєву генерацію дислокацій невідповідності у вирощених ЕШ.

Вирощені на діелектричних підкладках (100)KCl при незначному (12 К) вихідному переохолодженні розчину-розплаву ЕШ ЧТР Pb1-xSnxTe1-ySey були дзеркально-гладкими або мали легку терасну структуру, що, можливо, пов'язано з незначною розорієнтацією підкладок KCl по відношенню до площини (100). При товщині 310 мкм їх густина дислокацій не перевищувала 210⁵ см^-2. Вихід таких шарів складав 87 %. Селективним травленням при пошаровому видаленні встановлено, що максимальна густина дислокацій в даних епітаксійних гетероструктурах локалізується поблизу міжфазної границі.

Проаналізовано інверсну природу головного енергетичного зазору при ізовалентному заміщенні атомів свинцю і селену атомами олова і телуру у підрешітках металу і халькогену.

Досліджено електрофізичні параметри вирощених епітаксійних шарів. ЧТР Pb1-xSnxTe1-ySey/BaF2 складів 0,00х0,25 (ат. д.) і 0,69у0,78 (ат. д.) мали n-тип провідності з n=(13)10¹⁷ см^-3 та Н=(79)10³ см²·В^-1·с^-1 при 77 К, а ЕШ Pb0,30Sn0,70Te0,48Se0,52 - р-тип провідності. В діапазоні складів 0,25х0,40 (ат. д.) і 0,63у0,69 (ат. д.) напівпровідниковий матеріал одержувався з невідтворюваним типом провідності. Для Pb1-xSnxTe1-ySey /BaF2 з 0,40х0,70 (ат. д.) і 0,52у0,63 (ат. д.) при температурі початку росту менше 788 К одержувався n-тип провідності, а при температурі початку росту більше 820 К - р-тип провідності з р=(35)10¹⁷ см^-3 та Н=(13)10³ см²·В^-1·с^-1. ЧТР Pb1-xSnxTe1-ySey/KCl при 0,17х0,26 (ат. д.) і 0,17у0,21 (ат. д.) мали n-тип провідності з n=(14)10¹⁷ см^-3 та Н=(610)10³ см²·В^-1·с^-1 при 77 К. Концентрація вільних носіїв заряду у вирощених на Pb0,80Sn0,20Te і PbTe0,92Se0,08 ЕШ виявилася залежною від типу електропровідності та концентрації носіїв заряду в напівпровідникових підкладках. Так, для ізоперіодних з підкладками р-Pb0,80Sn0,20Te (концентрація дірок (58)10¹⁸ см^-3) ЧТР в діапазоні температур вирощування замість очікуваного n-типу провідності фіксувався ріст шарів р-типу з р=(27)10¹⁷ см^-3 та Н=(16)10³ см²·В^-1·с^-1 при 77 К.

Досліджувані ЕШ ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y в діапазоні температур вимірювання 77300 К мали слабку залежність абсолютної величини коефіцієнта Холла від температури. Їхня холлівська рухливість зменшувалась за законом _НТ ^-, де показник збільшувався від 0,9 до 2,0 при зменшенні вмісту олова і телуру та збільшенні температури від 77 до 300 К.

Розділ IV присвячений розробці лабораторної методики формування бар'єрних структур метал/-шар/n(р)-Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y та дослідження впливу тонкого проміжного тунельно-прозорого діелектричного шару окислу на їх електрофізичні характеристики.

Аналіз процесів хімічної взаємодії при термічному напиленні металів на чисту поверхню халькогенідів свинцю-олова показав, що характеристики діодів Шотткі можна покращити за умови наявності на границі розділу «бар'єрний» метал/напівпровідник тонкого проміжного шару окислу з акцепторними поверхневими станами.

Бар'єрні структури Cu(бар'єрний контакт)/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In (омічний контакт) і Ag(бар'єрний контакт)/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt (омічний контакт) формували методом термічного вакуумного напилення на ЕШ ЧТР Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/BaF₂. Щоб запобігти хімічній взаємодії між розпилюваним металом і напівпровідником, на поверхні епітаксійних шарів формували тонкий проміжний тунельно-прозорий діелектричний шар окислу шляхом примусової оксидації протягом 101800 секунд, поверх якого і напилювали випрямляючий контакт. Прямі вітки ВАХ сформованих діодів Шотткі з часом примусової оксидації 20 хвилин в області напруг зміщення 0,02<U<0,20 В при 77 К добре апроксимувались залежністю:

[A], (1)

де - коефіцієнт ідеальності; I_S - струм насичення; k - стала Больцмана; Т - температура; r - послідовний опір. Для бар'єрних структур Cu/?-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In величини I_S, та r змінювались в межах від 24 до 135 мкА, від 1,7 до 3,6 та від 3,7 до 8,3 Ом, відповідно. Диференційний опір при нульовому зміщенні (R₀), який обраховували з початкової ділянки ВАХ, приймав значення в межах від 86,2 до 631,7 Ом, що відповідало R₀A=1,914,2 Ом·см². Для бар'єрних структур Ag/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt при 77 К було одержано: I_S=37123 мкА; =1,93,3; r=5,811,7 Ом; R₀A=1,712,8 Ом·см². Зворотні вітки ВАХ для обох типів бар'єрних структур не насичувались і мали вигляд, що характерний для «м'якого пробою». Для зворотних напруг зміщення -0,4<U<0 В експериментальні ВФХ одержаних діодів Шотткі при 77 К добре апроксимувались залежністю:

[Ф^-2], (2)

де коефіцієнт В приймав значення в межах від 1,210¹⁷ до 1,810¹⁷ Ф^-2·В^-1. На основі напруг відсічки (U_I), які визначали шляхом екстраполяції лінійної ділянки ВФХ до перетину з віссю напруг зміщення, обраховували величини дифузійного потенціалу при нульовому зміщенні за формулою:

[В]. (3)

Для досліджуваних бар'єрних структур Cu/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In величина U_I змінювалась в межах від 0,072 до 0,395 В, що відповідало _bi⁰=0,0470,114 В, при цьому ємність при нульовому зміщенні (С₀) приймала значення від 2,1 до 6,9 нФ. Бар'єрні структури Ag/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt при 77 К мали U_I=0,0790,364 В, _bi⁰=0,0520,107 В і С₀=2,46,6 нФ.

Поряд з цим, при збільшенні часу примусової оксидації до 2030 хв електрофізичні характеристики діодів Шотткі якісно змінювались і приймали вигляд, що характерний для МОНП-структури. Крім того, після витримки протягом 23 місяців при атмосферному тиску та кімнатній температурі для 90 % бар'єрних структур Cu/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In спостерігалась деградація ВАХ, в той час як бар'єрні структури Ag/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt витримували без суттєвої деградації параметрів до 6 місяців. При цьому, хоча діоди Шотткі другого типу мали більш високу собівартість та більш складну технологію виробництва, вони виявились більш стійкими до термоциклів, коли структури неодноразово охолоджували до 77 К а потім знову нагрівали до кімнатної температури.

Для пояснення експериментальних характеристик одержаних бар'єрних структур запропонована фізична модель діоду Шотткі з ?-шаром. Виходячи із припущення, що повна ємність бар'єрного контакту (С) складається з двох послідовно з'єднаних ємностей - ємності поверхневих станів і диференційної ємності запірного шару, одержане співвідношення для розрахунку оціночного значення товщини шару:

[м], (4)

де ₀ - електрична стала; _і - відносна діелектрична проникність -шару; А - активна площа контакту; D_S - енергетична густина поверхневих станів на границі розділу метал/напівпровідник. Це дозволило проаналізувати вплив -шару на параметри бар'єрних структур. Встановлено, що при збільшенні товщини -шару величини R₀A, і _bi⁰ зростають, а I_S і C₀ зменшуються, при цьому величина струму при одній і тій же напрузі зміщення зменшується. Відсутність насичення зворотних гілок ВАХ пояснюється залежністю висоти енергетичного бар'єру Шотткі для потоку основних носіїв струму з металу в напівпровідник від прикладеної напруги, причому вона зменшується при збільшенні зворотного зміщення.

На основі одержаних результатів досліджень розроблена лабораторна методика формування 25- та 28-елементних матриць фотовольтаїчних інфрачервоних сенсорів на основі бар'єрних структур Au(бар'єрний контакт)/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y(ЕШ вирощений на підкладці KCl)/Al (омічний контакт), Pb(бар'єрний контакт)/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y(ЕШ)/р⁺-Pb_0,80Sn_0,20Te(підклад-ка)/Au(омічний контакт) і Au (бар'єрний контакт)/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y(ЕШ вирощений на підкладці BaF₂)/Pb(омічний контакт) з робочими характеристиками, які обмежені фоновими шумами. Одержані фотодіоди Шотткі, які при 170 К мають пікове значення питомої виявної здатності D*(_р=813 мкм)=(0,51,5)10¹⁰ см·Гц^1/2·Вт^-1 (бар'єрні структури Au/?-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y(KCl)/Al і Pb/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y /р⁺-Pb_0,80Sn_0,20Te/Au), 77 К - D*(_р=812 мкм)=(2,94,4)10¹⁰ см·Гц^1/2·Вт^-1 (бар'єрні структури Au/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y(/BaF₂)/Pb).

Висновки

1. Проведені комплексні дослідження показали, що метод рідинної епітаксії залишається одним із перспективних при одержанні високоякісних епітаксійних шарів Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y з низькою концентрацією основних носіїв струму, виключаючи легування. Відпрацьовані технологічні режими вирощування структурнодосконалих, ізоперіодних епітаксійних шарів на напівпровідникових (100)Pb_1-xSn_xTe і (100)PbTe_1-уSe_y та діелектричних (111)BaF₂ і (100)KCl підкладках. Визначені умови формування ЕШ різного типу провідності із наперед заданими властивостями.

2. Встановлено, що при температурі ліквідусу 773873 К, швидкості програмного охолодження 0,10,2 К/хв та вихідному пересиченні розчину-розплаву (Pb_1-vSn_v)_1-w(Te_1-uSe_u)_w на 12 К одержуються малонапружені ЕШ Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y/(111)BaF₂ з якісною морфологією поверхні, які в області складів 0,00х0,25 (ат. д.) і 0,69у0,78 (ат. д.) мають n-тип провідності при концентрації вільних носіїв заряду (13)10¹⁷ см^-3 та холлівській рухливості вільних носіїв заряду (79)10³ см²·В^-1·с^-1. Для ЕШ з 0,40х 0,70 (ат. д.) і 0,52у0,63 (ат. д.) при температурі початку росту менше 788 К одержується n-тип провідності, а при температурі більше 820 К - р-тип провідності з концентрацією вільних носіїв заряду (35)10¹⁷ см^-3 та холлівською рухливістю вільних носіїв заряду (13)10³ см²·В^-1·с^-1.

3. Розроблена лабораторна методика формування бар'єрних структур Cu/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In і Ag/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt. Досліджені їх вольтамперні і вольтфарадні характеристики, для пояснення яких запропонована фізична модель діоду Шотткі з тонким проміжним тунельно-прозорим діелектричним шаром окислу. Встановлено, що при збільшенні товщини шару параметри бар'єрних структур значно покращуються. Сформовані діоди Шотткі, які при 77 К мають R₀A=910 Ом·cм².

4. Запропонована технологія виготовлення 25(8)-елементних матриць фотодіодів Шотткі на основі бар'єрних структур

Au/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Al, Pb/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/р⁺-Pb_0,80Sn_0,20Te/Au і Au/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pb з робочими характеристиками, які обмежені фоновими шумами (D_1,2*(813 мкм, 170 К)=(0,51,5)10¹⁰ см·Гц^1/2·Вт^-1; D_з*(812 мкм, 77 К)= =(2,94,4)10¹⁰ см·Гц^1/2·Вт^-1).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Царенко О.М., Ткачук А.І., Рябець С.І. Одержання та дослідження діодних структур на основі багатокомпонентних твердих розчинів сполук А⁴В⁶// Фізичний збірник НТШ. - 2001. - Т. 4. - С. 142-147.

Автор виростив ЕШ, приймав участь у формуванні діодних структур, проведенні експериментальних досліджень та виборі методів їх реалізації.

2. Raybets S.I., Tkachuk A.I., Tsarenko O.N. Specific features of liquid phase epitaxy of isoperiodic structures in Pb-Sn-Te-Se system// Functional Materials. - 2001. - Vol. 8, № 2. - P. 305-308.

Автор приймав участь у проведенні експериментальних досліджень та інтерпретації результатів.

3. Ткачук А.И., Царенко О.Н. Получение и свойства эпитаксиальных слоёв твёрдых растворов Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y// Неорганические материалы. - 2001. - Т. 37, № 3. - С. 288-291.

Автор виростив ЕШ, брав участь у дослідженні їх властивостей, обробляв результати досліджень.

4. Ткачук А.І. Технологія вирощування епітаксійних шарів чотирикомпонентних твердих розчинів n-Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y - матеріалу для фотодіодів Шотткі// Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2001. - № 4(13). - С. 175-181.

5. Царенко О.М., Ткачук А.І. Формування та дослідження бар'єрних структур Ag/тонкий проміжний тунельно-прозорий діелектричний шар окислу/р-Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y/Pt// Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - 2001. - Вип. 2(11). - С. 254-259.

Автор брав участь у проведенні експерименту та аналізі результатів.

6. Ткачук А.І., Царенко О.М. Формування та дослідження бар'єрних структур Cu/тонкий проміжний тунельно-прозорий діелектричний шар окислу/n-Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y/In// Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2001. - № 4(13). - С. 202-208.

Автор приймав участь у формуванні бар'єрних структур, проведенні експериментальних досліджень та виборі методів їх реалізації.

7. Tkachuk A.I., Tsarenko O.N., Raybets S.I. Production and investigation of Cu/thin intermediate tunnel-transparent dielectric oxide layer/n-Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y/In Schottky barrier structures// Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2002. - Vol. 5, № 1. - P. 51-57.

Автор приймав участь у постановці задачі, проведенні експерименту, узагальненні та інтерпретації результатів.

8. Царенко О.М., Ткачук А.І. Особливості формування та властивості діодів Шотткі на основі твердих розчинів сполук А⁴В⁶ (огляд)// Наукові записки КДПУ. Сер. фіз.-мат. науки. - 2002. Вип. 43. - С. 122-138.

Автором зроблено аналіз методик формування діодів Шотткі на основі БТР сполук А⁴В⁶.

9. Ткачук А.І., Царенко О.М. Дослідження діодних структур на основі багатокомпонентних твердих розчинів сполук А⁴В⁶// Матеріали ІІ Міжнародного Смакулового симпозіуму «Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики». - Тернопіль: ТДТУ, Джура. - 2000. - С. 184-185.

Автор приймав участь у формуванні бар'єрних структур.

10. Tsarenko O.N., Raybets S.I., Volchanski O.V., Tkachuk A.I. Materials for infrared detectors based on isoperiodical PbSnTeSe/BaF₂ heterostructures// Proceedings of 2^nd International Smakula Symposium «Fundamental and ap-plied problems of modern physics». - Ternopil (Ukraine). - 2000. - P. 185.

Автор приймав участь у вирощуванні ЕШ.

11. Ткачук А.И. Жидкофазная эпитаксия твёрдых растворов Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y - материалов для диодов с барьером Шоттки// Сборник научных трудов 6-го Международного молодёжного форума «Радиоэлектроника и молодёжь в XXI веке». - Ч. І. - Харьков: ХНУРЭ. - 2002. - С. 393-394.

12. Ткачук А.І. Особливості формування 25 елементної матриці фотодіодів Шотткі на основі n-Pb_0,74Sn_0,26Te_0,83Se_0,17// Proceedings of 2^nd International Scientific Conference of students, post-graduate students and young scientists «Optoelectronic information-energy technologies - 2002». - Vinnytsia (Ukraine). - 2002. - P. 78.

13. Царенко О.Н., Рябец С.И., Ткачук А.И. Получение гетероструктур Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y/PbTe_0,92Se_0,08 методом жидкофазной эпитаксии// Труды Третьей Международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии». - Одесса: ОНПУ. - 2002. - С. 245.

Автор брав участь у проведенні експерименту та аналізі результатів.

14. Tkachuk A.I., Tsarenko O.N., Raybets S.I. Production and investigation of Cu/thin intermediate tunnel-transparent dielectric oxide layer/n-Pb_0.93Sn_0.07Te_0.24Se_0.76/In Schottky barrier structures// Abstracts of 6^th International Conference «Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics». - Kiev (Ukraine). - 2002. - P.87.

Автор приймав участь у постановці задачі, проведенні експерименту, узагальненні та інтерпретації результатів.

15. Ткачук А.І., Царенко О.М. ВАХ і ВФХ діоду Шотткі з тонким проміжним діелектричним шаром окислу// Збірник тез Всеукраїнської конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «ЕВРІКА-2002». - Львів: ЛНУ. - 2002. - С. 200-201.

Автором проаналізовані ВАХ і ВФХ діоду Шотткі з ?-шаром.

16. Ткачук А.І., Царенко О.М. Фізична модель бар'єру Шотткі з тонким проміжним діелектричним шаром окислу// Збірник тез Всеукраїнської конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «ЕВРІКА-2002». - Львів: ЛНУ. - 2002. - С. 202-203.

Автором розвинуто фізичну модель діоду Шотткі з ?-шаром.

17. Tkachuk A.I., Tsarenko O.N. Schottky photodiode arrays on the basis of n-Pb_0.77Sn_0.23Te_0.82Se_0.18 epitaxial layers// Proceedings of 2^nd International young scientists conference on applied physics. - Kyiv (Ukraine). - 2002. - P. 107-108.

Автором сформовані фотоприймачі та досліджені їх параметри.

18. Ткачук А.И. Фотодиоды Шоттки на основе гетероструктуры Pb_0,82Sn_0,18Te_0,98Se_0,02/ Pb_0,80Sn_0,20Te// Збірник тез доповідей І-ї Української наукової конференції з фізики напівпровідників УНКФН-1 (з міжнародною участю). - Том. 2. - Одеса: ОНУ ім. І. І. Мечникова. - 2002. - С. 172-173.

19. Tsarenko O.N., Tkachuk A.I., Raybets S.I. Schottky photodiodes on the ba-sis of Pb_0.95Sn_0.05Te_0.24Se_0.76/BaF₂ heterostructures// Proceedings of the Third International Young Scientists Conference «Problems of Optics and High Technology Material Science SPO2002». - Kyiv (Ukraine). - 2002. - P. 170.

Автором сформовані фотоприймачі та досліджені їх параметри.

Анотація

Ткачук А.І. Рідинна епітаксія твердих розчинів сполук А⁴В⁶ для діодів Шотткі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. - Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2003.

Методом рідинної епітаксії при температурі ліквідусу 773873 К, швидкості програмного охолодження 0,10,2 К/хв, діапазоні зниження температури 515 К та величині вихідного пересичення розчину-розплаву 13 К на підкладках (111)BaF₂, (100)KCl, (100)Pb_0,80Sn_0,20Te і (100)PbTe_0,92Se_0,08 вирощенні ізоперіодні епітаксійні шари Pb_1-xSn_xTe_1-уSe_y товщиною 211 мкм і густиною дислокацій не вище 10⁵ см^-2 зі стійкими електрофізичними параметрами. Методом термічного вакуумного напилення сформовані бар'єрні структури Cu/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In і Ag/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt та досліджено вплив товщини -шару на їх ВАХ та ВФХ. Розроблена технологія виготовлення 25(8)-елементних матриць фотодіодів Шотткі на основі бар'єрних структур Au/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Al, Pb/-шар/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/р⁺-Pb_0,80Sn_0,20Te/Au і Au/-шар/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pb з робочими характеристиками, які обмежені фоновими шумами.

Ключові слова: рідинна епітаксія, халькогенід свинцю-олова, діод Шотткі з тонким проміжним шаром окислу.

Аннотация

Ткачук А.И. Жидкофазная эпитаксия твёрдых растворов соединений А⁴В⁶ для диодов Шоттки. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство электронной техники. - Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2003.

Методом жидкофазной эпитаксии при температуре ликвидуса 773873 К, скорости программного охлаждения 0,10,2 К/мин, диапазоне снижения температуры 515 К и величине исходного пересыщения раствора-расплава 13 К на подложках (111)BaF₂, (100)KCl, (100)Pb_0,80Sn_0,20Te и (100)PbTe_0,92Se_0,08 выращены изопериодные эпитаксиальные слои толщиной 211 мкм и плотностью дислокаций не выше 10⁵ см^-2 со стойкими электрофизическими параметрами. Методом термического вакуумного напыления сформированы барьерные структуры Cu/-слой/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/In и Ag/-слой/р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pt и исследовано влияние толщины слоя на их ВАХ и ВФХ. Разработана технология изготовления 25(8)-элементных матриц фотодиодов Шоттки на основе барьерных структур Au/-слой/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Al, Pb/-слой /р-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/р⁺-Pb_0,80Sn_0,20Te/Au и Au/-слой/n-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y/Pb с рабочими характеристиками, которые ограничены фоновыми шумами.

Ключевые слова: жидкофазная эпитаксия, халькогенид свинца-олова, диод Шоттки с тонким промежуточным слоем окисла.

Summary

Tkachuk A.I. Liquid phase epitaxy of the А⁴В⁶ solid solutions for the Schottky barrier diodes. - Manuscript.

The dissertation on the obtaining of degree of candidate of technical science on specialty 05.27.06 - technology, equipment and production of electronic technique. - Kherson State Technical University, Kherson, 2003.

The dissertation is dedicate to the problems of search and develop: a) the technological regimes of the growing of little-strained Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y quaternary solid solutions, lattice matched with (100)KCl, (111)BaF₂, (100)Pb_0.80Sn_0.20Te and (100)PbTe_0.92Se_0.08 substrates, with the help of industrial and original equipment by the liquid phase epitaxy technique; b) the laboratory methodology of the production of metal/thin intermediate tunnel-transparent dielectric oxide layer (-layer)/n(p)-Pb_1-xSn_xTe_1-ySe_y Schottky barrier structures by thermal vacuum deposition technique.