Вплив технологічних факторів на дефектну підсистему і електронні процеси у плівках халькогенідів свинцю PbTe, PbSe і PbS

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Прикарпатський університет імені Василя Стефаника

Рувінський Борис Маркович

УДК 539.216.2:621.315.592

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА ДЕФЕКТНУ ПІДСИСТЕМУ І ЕЛЕКТРОННІ ПРОЦЕСИ У ПЛІВКАХ ХАЛЬКОГЕНІДІВ СВИНЦЮ PbTe, PbSe І PbS

01.04.18 - фізика і хімія поверхні

Івано-Франківськ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізики твердого тіла Прикарпатського університету імені Василя Стефаника Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: заслужений діяч науки і техніки України, доктор хімічних наук, професор Фреїк Дмитро Михайлович, директор Фізико-хімічного інституту, завідувач кафедри фізики твердого тіла, Прикарпатський університет імені Василя Стефаника, Міністерство освіти і науки, м. Івано-Франківськ.

Офіційні опоненти:

лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, доктор фізико-математичних наук, професор Дмитрук Микола Леонтійович, завідувач відділу поляритонної оптоелектроніки, Інститут фізики напівпровідників НАН України, м. Київ;

доктор фізико-математичних наук, професор Берченко Микола Миколайович, професор кафедри напівпровідникової електроніки, Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів.

Провідна установа:Інститут фізики НАН України, м. Київ

Захист відбудеться “7“ березня 2003 р. об 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 20.051.03 у Прикарпатському університеті імені Василя Стефаника за адресою: 76000, м. Івано-Франківськ, вул. Галицька, 201, фізичний факультет, ауд. 203.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Прикарпатського університету імені Василя Стефаника ( 76000, м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57).

Автореферат розісланий “5“ лютого 2003 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Кланічка В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Халькогеніди свинцю і сполуки на їх основі знаходять широке застосування у напівпровідниковій техніці (інфрачервоні пристрої оптоелектроніки, лазери, термогенератори) [1,2]. Досягнення сучасних технологій дозволяють отримати такі тонкі епітаксійні шари халькогенідів свинцю, які близькі за своїми характеристиками до об'ємних монокристалів і мають ряд унікальних властивостей, що значно розширює використання їх в науці і техніці [3-5].

При одержанні тонких плівок із парової фази за ефективним і поширеним методом "гарячої стінки" [3] технологічні фактори відіграють вирішальну роль у формуванні електричних і оптичних властивостей плівок PbTe, PbS i PbSe, які визначаються дефектною кристалічною структурою і в значній мірі власними точковими дефектами плівок [5-8]. Дефектна підсистема істотно змінюється при подальшій термічній обробці плівок у вакуумі, в атмосфері різних газів, під дією зовнішніх полів. Незважаючи на численні публікації в цьому напрямку, на даний час ряд важливих питань ще залишається нез'ясованим.

При вивченні процесу дефектоутворення в плівках, отриманих методом гарячої стінки, використовують частинні кристалохімічні моделі з різними комбінаціями поодиноких переважних дефектів, відносно яких досі немає єдиної думки про їх вид і зарядові стани [2,6-9]. У розглянутих сполуках спостерігається схильність до самокомпенсації і виникає необхідність в одночасному врахуванні більш широкого спектра зарядових станів власних точкових дефектів. Електрофізичні властивості плівок сильно залежать від типу використаних підкладок [3], що не знайшло ще свого пояснення, крім припущень про слабо вивчені механічні напруження, які виникають в процесі вирощування плівок на різних підкладках. Актуальними залишаються ще додаткові теоретичні і експериментальні дослідження для з'ясування основних механізмів квазіхімічних реакцій утворення металічної фази при синтезі плівок халькогенідів свинцю квазірівноважними методами і впливу на дефектну підсистему PbSe електрично активних газів, напр., кисню, а також розгляд кінетики поверхневої концентрації електронів з урахуванням комплексоутворення власних дефектів з киснем в PbTe.

Дослідження закономірностей вакуумного відпалу тонких плівок халькогенідів свинцю є актуальним у зв'язку з розробкою технологічних методів виготовлення на їх основі оптоелектронних приладів в ІЧ - області спектра. Можливість стимуляції окремих стадій процесу відпалу за рахунок поєднання термічних і нетермічних дій дозволило б підвищити ефективність цього процесу для створення потрібних для мікроелектроніки структур з необхідними електрофізичними параметрами. Виникнення двошарової p-n-структури в плівках PbS [10] при ізотермічному вакуумному відпалі вимагає додаткового теоретичного розгляду. Не достатньо ще вивчено вплив зовнішніх електричного і магнітного полів на процес відпалу плівок типу PbS, ревипаровування летких компонентів з поверхневого шару плівок і вплив дифузійних процесів на концентрацію носіїв струму і власних дефектів при вакуумному відпалі плівок PbS і PbTe.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Робота виконувалась 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).

Робота координувалася науковими радами з фізики напівпровідників та фізики тонких плівок НАН України.

Об'єктом дослідження є епітаксійні плівки PbTe, PbSe і PbS, отримані методом гарячої стінки.

Предметом дослідження є процеси дефектоутворення і зміни дефектної підсистеми і електрофізичних властивостей плівок халькогенідів свинцю під впливом технологічних факторів парофазної епітаксії і термічного відпалу у вакуумі та атмосфері кисню.

Мета і задачі дослідження. Основна мета даної роботи полягала в тому, що на основі комплексу теоретичних і експериментальних досліджень розкрити роль технологічних факторів у формуванні підсистеми власних точкових дефектів і електрофізичних властивостей плівок PbTe, PbS і PbSe.

При цьому вирішувались такі конкретні наукові задачі:

1.Сформулювати основні положення кристалохімічної і термодинамічної моделі парофазної епітаксії плівок халькогенідів свинцю для врахування складного спектра зарядових станів власних точкових дефектів, внутрішніх напружень в плівці і типу підкладок.

2.Визначити залежності концентрації носіїв струму і дефектів від технологічних факторів вирощування плівок PbTe в методі гарячої стінки (парціального тиску халькогену, температур осадження і випаровування для випадку підкладок BaF2 i NaCl), оцінити внутрішні напруження у плівках PbTe.

3.З'ясувати особливості дефектної підсистеми при парофазній епітаксії плівок PbSe і PbS. З метою встановлення зв'язку технологічних факторів з електрофізичними властивостями плівок провести холлівські вимірювання концентрації і рухливості носіїв струму в синтезованих методом гарячої стінки плівках PbTe, PbSe і PbS.

4.Провести кристалохімічний аналіз і експериментальне дослідження для визначення механізму утворення металічної фази при синтезі плівок PbTe і PbSe.

5.Провести теоретичні і експериментальні дослідження для з'ясування механізмів впливу залишкової атмосфери кисню на концентрації носіїв струму і дефектів у плівці PbSe.

6.Розглянути теоретично кінетику поверхневої концентрації електронів у плівках n-PbTe і з'ясувати роль комплексоутворення власних дефектів з киснем.

7.Розрахувати просторово-часовий розподіл компонентів приповерхневого шару плівок p-PbS при випаровуванні у вакуумі під час відпалу. Розглянути теоретично кінетику ізотермічного вакуумного відпалу і визначити профіль концентрації носіїв струму по товщині плівки PbS.

8.Провести теоретичні і експериментальні дослідження для оцінки впливу дифузії власних точкових дефектів на концентрацію носіїв струму у плівках n-PbTe при вакуумному відпалі.

Методи дослідження. В дисертаційній роботі використовувався комплекс теоретичних і експериментальних методів досліджень: метод квазіхімічних реакцій на основі кристалохімії і термодинаміки, математичні методи теорії дифузії, метод гарячої стінки при вирощуванні плівок PbTe, PbSе i PbS, металографічні і електронно-мікроскопічні методи контролю морфології поверхні, компенсаційний метод визначення електричних параметрів плівок в постійних електричних і магнітних полях, статистичні методи обробки результатів експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів. Створення нової моделі дефектоутворення в катіонній підгратці плівок халькогенідів свинцю з урахуванням складного спектра зарядових станів власних атомних дефектів дозволило пояснити отримані експериментально залежності концентрації носіїв струму, включаючи інверсію типу провідності, від технологічних факторів вирощування плівок в методі гарячої стінки (парціального тиску халькогену і температур в зоні осадження і випаровування) для плівок PbSe і PbS. Кількісне узгодження з експериментом для плівок PbTe, вирощених на підкладках BaF2, NaCl, досягнуто вперше при узагальненні моделі на випадок врахування внутрішніх механічних напружень в плівці і типу підкладок. Визначено вплив технологічних факторів на структуру дефектної підсистеми плівок PbTe, PbSe і PbS.

Досліджено експериментально і з'ясовано кристалохімічний механізм утворення металічної фази у плівках PbTe і PbSe, пов'язаний з дисоціацією сполук при випаровуванні і накопленням міжвузловинних атомів свинцю в конденсаті.

Встановлено, що при вирощуванні плівок PbSe з парової фази із залишковим киснем основну роль відіграють механізми акцепторної дії кисню: заміщення селену киснем з утворенням вакансій свинцю і входження іонів кисню у міжвузловину.

Кінетику поверхневої концентрації електронів у плівках n-PbTe при низьких тисках кисню і кімнатній температурі пояснено вперше на основі уявлень про утворення і розпад нейтральних комплексів власних дефектів і легувальної домішки кисню.

Виходячи із генераційно-рекомбінаційного механізму і амбіполярної дифузії вакансій сірки і електронів, сформульовано і розраховано вперше теоретичну модель для пояснення кінетики вакуумного відпалу, модифікації приповерхневого шару плівок і утворення двошарової p-n-структури у плівках p-PbS при відсутності і наявності зовнішніх постійних електричного і магнітного полів, які впливають на профіль розподілу носіїв струму і дефектів по товщині плівки. Встановлено також можливість утворення p-n-структури в полікристалічних плівках PbS n-типу, відпалених у повітрі, внаслідок поглинання і дифузії кисню по межах кристалітів.

Теоретично і експериментально досліджено вплив дифузійних процесів на електрофізичні властивості плівок n-PbTe при вакуумному відпалі з участю кисню.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена в дисертації модель дефектоутворення у плівках халькогенідів свинцю при вирощуванні з парової фази методом гарячої стінки може бути використана для розрахунків процесів напівпровідникової технології з урахуванням складного спектра зарядових станів дефектів, оцінки внутрішніх напружень в плівках і ролі підкладок. Запропоновано спосіб здійснення певної модифікації приповерхневого шару плівок халькогенідів свинцю із зміною стехіометричного складу і типу провідності за допомогою вакуумного відпалу.

Визначені технологічні умови створення p-n-переходів у плівках халькогенідів свинцю при їх вирощуванні з парової фази методом гарячої стінки з наступним відпалом у вакуумі та атмосфері кисню, а також з використанням зовнішніх постійних електричного і магнітного полів.

Розроблено спосіб отримання тонких плівок p-PbTe із високою анізотропією термо-е.р.с., спосіб отримання легованих плівок PbTe n- і p-типу і спосіб отримання плівок телуриду свинцю із великими рухливостями в атмосфері водню (деклараційні патенти України).

Особистий внесок дисертанта. У дисертаційній роботі викладені в статтях результати досліджень, виконаних автором особисто [1,7,10,15,18], а також у співавторстві зі співробітниками Прикарпатського університету ім. Василя Стефаника та Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. Дисертант брав участь у пошуку і аналізі літературних джерел, обговоренні постановки задач, реалізації теоретичних і експериментальних досліджень, пов'язаних з розробкою конкретних фізичних моделей, з вирощуванням плівок методом гарячої стінки, проведенням структурних і електрофізичних вимірювань, а також в обговоренні отриманих результатів і оформленні статей до друку.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації доповідались і обговорювались на: VI, VII та VIII Міжнародних конференціях з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, Україна, 1997, 1999, 2001), Second international school-conference "Physical problems in material science of semiconductors" (Chernivtsi, Ukraine, 1997), ІІ Міжнародному Смакулівському симпозіумі "Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики" (Тернопіль, Україна, 2000), 6й Международной конференции “Высокие давления - 2000” (Донецк, Украина, 2000), 12м Международном симпозиуме "Тонкие пленки в электронике" (Харьков, Украина 2001), Всеукраїнській конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА-2002 (Львів, Україна, 2002), 14-м Международном симпозиуме "Тонкие пленки в оптике и электронике". ISTFE-14 (Харьков, Украина, 2002), Международной конференции по физике электронных материалов (Калуга, Россия, 2002), 1-й Українській науковій конференції з фiзики напівпровідників (з міжнародною участю) УНКФН-1 (Одеса, Україна, 2002), звітно-наукових конференціях Прикарпатського університету ім.В.Стефаника (Івано-Франківськ, Україна, 2001, 2002), на наукових семінарах Фізико-хімічного інституту та кафедри фізики твердого тіла Прикарпатського університету ім.В.Стефаника.

Публікації. Основний зміст дисертації викладено у 19 статтях в наукових журналах, 7 матеріалах і тезах наукових конференцій, 3 патентах України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів (з коротким вступом до кожного розділу), висновків і списку використаних джерел із 176 назв. Дисертація містить 138 сторінок, у тому числі 34 рисунки і 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику дисертаційної роботи, обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, зв'язок роботи з науковими програмами, висвітлено наукову новизну і практичне значення роботи, визначено особистий внесок автора, наведено відомості про апробацію наукових результатів, публікації та структуру дисертації. кристалохімічний епітаксія халькогенід свинець

Перший розділ присвячено критичному огляду основних теоретичних і експериментальних робіт, пов'язаних з власними точковими дефектами в кристалах і плівках халькогенідів свинцю PbTe, PbSe і PbS. Подано коротко відомості про електронний спектр халькогенідів свинцю, існуючі уявлення про зарядові стани дефектів, стехіометрію та область гомогенності досліджених сполук. Розглянуто існування глибоких і резонансних станів власних дефектів, а також дефектів у компенсованих зразках і самокомпенсацію електрично активних домішок власними дефектами. Значна увага приділена моделюванню процесів дефектоутворення в плівках халькогенідів свинцю, отриманих методом гарячої стінки, електрофізичним властивостям плівок і впливу на них технологічних факторів (умов вирощування і термічної обробки плівок). Обгрунтовано необхідність переходу до більш загальної кристалохімічної і термодинамічної моделі дефектоутворення в плівках халькогенідів свинцю з урахуванням складного спектра зарядових станів власних дефектів, оцінкою впливу внутрішніх напружень в плівках і ролі підкладок в методі гарячої стінки. Це вимагає більш повного опису електронних процесів іонізації та рекомбінації дефектів і, зокрема, з участю електрично активних газів, напр., кисню. В кінетиці електронів не можна виключити важливу роль утворення з киснем комплексів власних точкових дефектів. Додаткові теоретичні і експериментальні дослідження необхідні також для з'ясування впливу дифузійних процесів дефектів на електрофізичні властивості плівок при вакуумному відпалі.

На основі проведеного аналізу в кінці розділу сформульовані основні задачі, які розв'язуються у даній роботі.

У другому розділі запропоновано і розраховано вперше кристалохімічну і термодинамічну модель дефектоутворення за механізмом Френкеля в катіонній підгратці плівок халькогенідів свинцю з одночасним утворенням різних зарядових станів власних точкових дефектів - від електронейтральних до двократно заряджених міжвузловинних атомів і вакансій свинцю (, , , , , ). Розгляд проведено методом квазіхімічних реакцій для випадку одержання плівок PbX (де X=Te, Se, S) з парової фази в технології гарячої стінки в умовах, коли існує квазірівноважний стан. Останній включає рівновагу системи "наважка-пара" при розкладі твердого PbX при температурі випаровування Te і рівновагу "пара-конденсат", відповідальну за утворення власних атомних дефектів при температурі осадження (підкладок) Ts. Враховано прояви власної провідності і різних процесів іонізації та рекомбінації дефектів, а також загальну умову електронейтральності. За допомогою додаткового випарника можна змінювати парціальний тиск пари халькогену X2 в зоні осадження плівок.

Отримано рівняння для розрахунку рівноважої концентрації носіїв струму n і дефектів через константи рівноваги відповідних квазіхімічних реакцій і парціальний тиск пари халькогену .

Концентрації носіїв струму і власних дефектів сильно залежать від технологічних факторів вирощування плівок (парціального тиску пари халькогену в зоні осадження і температурних умов).

Сформульована кристалохімічна модель може бути доповнена врахуванням ізотропних деформаційних ефектів плівок, вирощених на різних підкладках, що виявилось важливим для кількісного узгодження з дослідом для плівок PbTe. Ці ефекти виникають внаслідок відмінності в температурних коефіцієнтах розширення і параметрах гратки плівки і підкладок.

При температурах, які значно перевищують температури Дебая матеріалів плівки і підкладки, одержано формулу для оцінки повного напруження (внутрішнього тиску) плівки

,

де бi - коефіцієнт лінійного теплового розширення для плівки (i=f) і підкладки (i=s); ri- відстань між найближчими сусідніми атомами в гратках; вi - коефіцієнт квазіпружної сили. Внутрішній тиск Pf спричинює, напр., зміну ширини забороненої зони Eg і вплив на рівноважні концентрації носіїв струму і дефектів у плівці. Отримані в роботі оцінки напружень і зміни ширини забороненої зони для плівок PbTe слід розглядати як максимально можливі або справедливі для достатньо тонких плівок і температур, коли впливом деформаційних зсувів можна нехтувати. Для підкладки NaCl при Ts = Tf = 653K та відповідних значеннях параметрів плівки PbTe і підкладки маємо Pf = -6,125·108 Па, що відповідає розтягу плівки і зростанню ширини забороненої зони на величину ДEg ? 0,05еВ. При дальшому охолодженні плівки (напр., до кімнатних температур) на підкладках з NaCl плівки будуть підлягати додатковому стиску, але при цьому плівка залишається розтягнутою: при Т = 300К Pf ? -2,814·108 Па і ДEg ? 0,023еВ. Для випадку підкладки з BaF2 при температурі 653К Pf ? 4,900·108 Па і ДEg ? -0,04еВ, тобто стиск плівки призводить до зменшення ширини забороненої зони. При охолодженні до температури T=300K плівка на підкладці BaF2 зазнає додаткового розтягу, залишаючись при цьому стиснутою: Pf ? 2,251·108 Па і ДEg ? -0,018еВ. Внаслідок відмінності коефіцієнтів відбивання (або "випаровування") атомів свинцю (і телуру) від різних підкладок виявлено, що тиск телуру Pcj, створений лише наважкою PbTe, залежить від типу підкладки j, що має місце при однаковому сумарному тиску свинцю і телуру, створеному наважкою PbTe біля підкладок.

Результати розрахунку залежностей холлівської концентрації носіїв струму nH = n - p у плівках PbTe від номінального тиску пари телуру Pn, який визначається незалежним джерелом чистого Те2, узгоджується з експериментом при осадженні плівок на підкладках NaCl і BaF2. При деякому значенні і фіксованій температурі підкладки відбувається інверсія типу провідності з n- на p-тип і подальше зростання концентрації дірок. Знайдено також ізотерми концентрацій різних зарядових станів власних точкових дефектів у катіонній підгратці плівок PbTe. Переважними дефектами виявляються двократно заряджені вакансії і міжвузловинні атоми свинцю. При сильній, але не повній компенсації двозарядних дефектів істотну роль відіграють також однозарядні дефекти. Концентрація точкових дефектів у плівці, осадженої на NaCl, є більшою, ніж на BaF2, при одних і тих же умовах вирощування, що пов'язано з відмінністю в характерах деформації плівок на двох підкладках.

На основі проведеного експериментального дослідження отриманих з парової фази плівок PbSe і PbS і теоретичного розрахунку моделі із складним спектром зарядових станів дефектів проаналізовано основні механізми дефектоутворення в катіонній підгратці плівок PbSe і PbS. Як і для випадку PbTe, тип провідності і концентрація носіїв заряду в PbSe і PbS визначаються технологічними факторами вирощування плівок. Баричні і температурні залежності nH супроводжуються характерними змінами розрахованих рівноважних концентрацій дефектів різних зарядових станів. Переважними дефектами в плівках PbSe виявляються однозарядні вакансії і міжвузловинні атоми свинцю , що пов'язано з меншим значенням ентальпії утворення для , ніж для . Дано пояснення інверсії типу провідності в PbSe за участю як двозарядних, так і однозарядних дефектів. Переважними дефектами у катіонній підгратці плівок PbS є двозарядні вакансії і міжвузловинні атоми свинцю, подібно до випадку PbTe. Точки інверсії провідності для PbS зміщені в бік більш високих значень тиску пари сірки і температур осадження порівняно з PbSe і PbTe. Одержано підтвердження моделі розупорядкування катіонної підгратки при парофазній епітаксії плівок халькогенідів свинцю. Визначено можливі типи баричних залежностей концентрації носіїв струму і дефектів при різних парціальних умовах електронейтральності з врахуванням катіонної і аніонної підграток.

У підрозділі 2.2.4 наведено результати експериментального дослідження утворення фази вільного свинцю при вирощуванні плівок PbTe і PbSe методом гарячої стінки. Наважками для випаровування були наперед синтезовані кристали PbTe і PbSe n-типу провідності з концентрацією носіїв n = (2-4) · 1017см-3. Як підкладки використовувались свіжі сколи (111) і (100) монокристалів BaF2 і NaCl відповідно. Парціальні тиски сполук PPbX (X=Te, Se), а також складових компонентів , PPb у зоні осадження задавались температурами основного Te = 820K і додаткових Ta = 400 - 600K джерел із наважками сполук та чистих елементів відповідно. Осадження плівок проводилось при температурах Ts = 400 -700K. Температура стінок камери складала Tw = 850K. Швидкість росту плівок була ~ 3 нмс-1, а їх товщина 5 - 8 мкм. Морфологія поверхні плівок контролювалися металографічно і електронно-мікроскопічно. Фазовий і хімічний склад досліджували рентгенографічно, електронно-зондовим методом, а також оже-електронною спектроскопією. Електричні параметри плівок визначалися компенсаційним методом у постійних електричних і магнітних полях. На основі кристалохімічного підходу запропоновано механізм утворення металічної фази в квазірівноважних умовах, пов'язаний з дисоціацією сполук при випаровуванні, накопленням міжвузловинних атомів в конденсаті і незворотною реакцією в локальній області плівки . Для плівок PbTe і PbSe розраховано концентрацію іонів свинцю і електронів у виділеній фазі, які відповідають металічному характеру фази (при Te = 833K, Ts = 653K, для плівок PbTe, вирощених на підкладці BaF2, , ).

У третьому розділі наведено результати експериментальних і теоретичних досліджень процесів дефектоутворення, пов'язаних із впливом малих тисків електрично активного газу - кисню - на дефектну і електронну підсистеми плівок халькогенідів свинцю, отриманих методом гарячої стінки.

При вирощуванні плівки PbSe у вакуумі 10-3-10-2 Па парціальний тиск залишкового атмосферного кисню складав ~ 10-4Па, що суттєво впливає на стан дефектної та електронної підсистем плівки. Результатами експериментів встановлено, що плівки осаджуються у вигляді мозаїчних кристалів із середніми лінійними розмірами 0,2 - 0,5мм, які орієнтовані площинами (111) паралельно до поверхні підкладки BaF2. тип провідності і концентрація носіїв заряду плівок визначаються технологічними факторами вирощування. При низьких тисках пари селену формуються плівки n-типу. Подальше підвищення тиску пари халькогену у зоні осадження приводить до зменшення концентрації електронів, термодинамічної інверсії провідності і зростання концентрації дірок. Аналогічні зміни зумовлює і підвищення температури осадження Ts при постійному значенні .

Для пояснення отриманих експериментально баричних і температурних залежностей концентрації носіїв струму та інверсії типу провідності у плівках PbSe при взаємодії із залишковим киснем використано метод квазіхімічних реакцій і показано, що необхідно врахувати як складний спектр зарядових станів власних атомних дефектів, так і вплив кисню з утворенням вакансій свинцю і домішкових акцепторних центрів . Встановлено, що при температурі Ts > 550K, парціальних тисках селену 10-2 Па і кисню 10-4 Па і температурі випаровування Te = 820K переважає механізм заміщення селену киснем і утворення вакансій свинцю згідно квазіхімічної реакції . При більш низьких температурах переважає механізм , який стимулюється залишками водяних парів у технологічній камері. Знайдено константи рівноваги і ентальпії реакцій для обох механізмів взаємодії кисню з тонкоплівковим матеріалом.

На основі уявлень про утворення і розпад у плівках PbTe нейтральних комплексів власних дефектів і легувальної домішки кисню і в підрозділі 3.2 запропоновано пояснення кінетики поверхневої концентрації електронів у плівках n-PbTe, спостережуваної при низьких тисках кисню (10-7 - 10-2 Па) і кімнатній температурі. Із порівняння теоретичних і експериментальних результатів визначені кінетичні параметри двох різних типів комплексів.

У підрозділі 3.3 розраховано просторово-часовий розподіл концентрації носіїв струму при відпалі з участю кисню полікристалічних текстурованих плівок PbS n-типу, який узгоджується з отриманим експериментально. Встановлено можливість утворення двошарової p-n-структури у плівках PbS внаслідок поглинання і дифузії кисню. Отримано оцінку коефіцієнта дифузії іонів кисню по межах кристалітів у плівці n-PbS (D = 6,73·10-13 см2с-1 при температурі 403К) за умовою достатньої рівномірності фронту дифузії.

Четвертий розділ містить дослідження деяких просторово-неоднорідних процесів, які суттєво впливають на електрофізичні властивості плівок халькогенідів свинцю і пов'язані з дифузією власних точкових дефектів і електронів при ізотермічному вакуумному відпалі плівок.

Показано, що розподіл за товщиною концентрації носіїв струму і утворення двошарової p-n-структури [10] в ізотермічно відпалених у вакуумі тонких плівках PbS p-типу можна пояснити генераційно-рекомбінаційним механізмом та амбіполярною дифузією вакансій сірки і неосновних носіїв, що підтверджується також відомою фазовою P-T-x-діаграмою сульфіду свинцю. Досліджено кінетику ефективної концентрації і рухливості носіїв струму в плівках халькогенідів свинцю при ізотермічному вакуумному відпалі. Отримано узгодження теоретичних і експериментальних кривих кінетики при утворенні двошарової p-n-структури у плівках p-PbS. Зроблено оцінку основних кінетичних параметрів процесу ізотермічного вакуумного відпалу в умовах утворення p-n-структури. При температурі 643К коефіцієнт дифузії вакансій сірки в епітаксіальних плівках PbS p-типу виявився рівним 2,35·10-12 см2с-1.

Одержано в наближенні електронейтральності просторово-часовий розподіл концентрації носіїв струму при ізотермічному відпалі у вакуумі плівок PbS з урахуванням генераційно-рекомбінаційного механізму та амбіполярної дифузії вакансій сірки і електронів в постійних електричному і магнітному полях, які дозволяють належним чином змінювати профіль розподілу носіїв струму і дефектів у тонких плівках PbS.

Показано, що при поміщенні плівок халькогенідів свинцю у вакуум при підвищеній температурі можливою є зміна стехіометричного складу і типу провідності приповерхневого шару. Визначено просторово-часовий розподіл компонентів плівки p-PbS у приповерхневому шарі. Виявлено виникнення в ньому n-типу провідності, що підтверджує модель, запропоновану для пояснення утворення двошарової p-n-структури.

У підрозділі 4.5 наведено результати теоретичного і експериментального дослідження кінетики концентрації електронів при вакуумному відпалі плівок n-PbTe з участю залишкового кисню. Плівки PbTe вирощували на слюдяних підкладках у вакуумі 1·10-4 Па методом термічного випаровування [5] з вихідного зразка PbTe, що мав діркову провідність при Т = 300К. Одержані плівки мали блочно-монокристалічну структуру. Холлівські вимірювання концентрації електронів проводились у тій же вакуумній камері, де відбувалось осадження плівок. Плівки, отримані при температурах підкладки Ts > 500K, мали провідність n-типу з початковою об'ємною концентрацією n0 = 1017-1018 см-3. Концентрація електронів зростає при збільшенні температури конденсації. Встановлено важливу роль дифузії атомів телуру при випаровуванні з приповерхневого шару і дифузії вакансій телуру з поверхні в об'єм плівки для пояснення кінетики електронів n(t) при температурі 565К.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1.На основі запровадженої і розрахованої кристалохімічної і термодинамічної моделі дефектоутворення за механізмом Френкеля у катіонній підгратці вперше одночасно враховано складний спектр зарядових станів дефектів (, , , , , ), внутрішні напруження плівки і вплив типу підкладок при вирощуванні плівок халькогенідів свинцю методом гарячої стінки. Встановлено, що переважними дефектами у плівках PbTe і PbS є і , а в плівках PbSe - і . Тип провідності і концентрація носіїв заряду в досліджених зразках визначаються технологічними факторами вирощування (парціальним тиском пари халькогену, температурами в зоні осадження і випаровування), які спричинюють характерні зміни рівноважних концентрацій дефектів різних зарядових станів. За допомогою експериментального дослідження виділення фази вільного свинцю при вирощуванні плівок PbTe і PbSe і кристалохімічного аналізу з'ясовано механізм утворення металічної фази в квазірівноважних умовах, пов'язаний з дисоціацією сполук при випаровуванні і накопленням міжвузловинних атомів свинцю в локальних областях плівки.

2.Встановлено, що при взаємодії плівок PbSe із залишковим киснем основну роль відіграють механізми заміщення селену киснем з утворенням вакансій свинцю і входження іонів кисню у міжвузловину. При температурі осадження Ts > 550K, парціальних тисках селену 10-2 Па і кисню 10-4 Па і температурі випаровування Те = 820К переважає механізм заміщення, а при більш низьких температурах осадження - механізм входження. Показано, що експериментальну кінетику поверхневої концентрації електронів у плівках n-PbTe при низьких тисках кисню (10-7-10-2 Па) і кімнатній температурі можна пояснити утворенням і розпадом нейтральних комплексів власних дефектів і легувальної домішки кисню і . Обгрунтовано можливість виникнення двошарової p-n-структури в полікристалічних текстурованих плівках PbS n-типу при відпалі у повітрі внаслідок поглинання і дифузії кисню по межах кристалітів.

3.Сформульовано і розраховано вперше теоретичну модель для пояснення кінетики ізотермічного вакуумного відпалу і утворення p-n-структури у плівках PbS p-типу, виходячи з уявлень про генераційно-рекомбінаційний механізм та амбіполярну дифузію вакансій сірки і електронів в наближенні електронейтральності при відсутності і наявності зовнішніх постійних електричного і магнітного полів. Обґрунтовано можливість цілеспрямованої зміни розподілу носіїв струму і дефектів в плівці. За визначеним просторово-часовим розподілом компонентів у приповерхневому шарі плівки p-PbS, поміщеної у вакуум при підвищеній температурі, встановлено істотну модифікацію приповерхневого шару, пов'язану із зміною його стехіометричного складу і типу провідності.

4.З проведеного теоретичного і експериментального дослідження кінетики концентрації електронів при вакуумному відпалі плівок n-PbTe з участю кисню випливає важлива роль дифузії атомів телуру при випаровуванні з приповерхневого шару і дифузії вакансій телуру з поверхні в об'єм плівки, без яких є неможливим кількісне узгодження з експериментом.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe, PbS. - М.: Наука, 1968. - 384с.

2.Зломанов В.П., Новоселова А.В. Р-Т-х диаграммы состояния систем металл-халькоген. - М.: Наука, 1987. - 207с.

3.Lopez-Otero A. The use of a phase diagram as a guide for the growth of PbTe films // Appl. Phys. Lett. - 1975. - V.26. - N8. - P.470-472.

4.Parker E.H., Williams D. The kinetics and electrical effects of oxygen sorption on uncontaminated PbTe thin films // Thin Solid Films. - 1976. - V.35. - N3. - P.373-395.

5.Берченко Н.Н., Гейман К.Н., Матвеенко Д.В. Методы получения p-n-переходов и барьеров Шоттки в халькогенидах свинца и твердых растворах на их основе // Зарубеж. электрон. техника. - 1977. - №14. - С.30-70.

6.Бойков Ю.А., Кутасов В.А. Зависимость электрофизических свойств пленок теллурида свинца от процессов, протекающих на свободной поверхности // ФТТ. - 1984. - Т.26. - №9. - С.3316-3319.

7.Сизов Ф.Ф. Нестехиометрические дефекты в узкощелевых полупроводниках AIVBVI // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. - 1988. - Т.24. - №12. - С.1972-1976.

8.Заячук Д.М., Шендеровський В.А. Власні дефекти та електронні процеси в AIVBVI // Укр. фіз. журн. - 1991. - Т.36. - №11. - С.1692-1713.

9.Фреїк Д.М., Прокопів В.В., Галущак М.О., Пиц М.В., Матеїк Г.Д. Кристалохімія і термодинаміка дефектів у сполуках AIVBVI. Івано-Франківськ: Плай, 1999. - 164с.

10.Левченко В.И, Постнова Л.И. Влияние вакуумного отжига на электрофизические свойства пленок сульфида свинца // РАН. Неорган. материалы. - 1996. - Т.12. - №9. - С.1066-1068.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Статті

1.Рувінський Б.М. Кінетика ефективної рухливості носіїв заряду в тонких плівках PbS при ізотермічному вакуумному відпалі // Вісник Прикарпатського ун-ту. Сер. природничо-математичних наук. - 1996. - Вип.2. - С.147-151.

2.Фреїк Д.М., Рувінський Б.М., Рувінський М.А., Матеїк Г.Д. Профіль концентрації носіїв струму у тонких плівках PbS при ізотермічному відпалі // Укр. фіз. журн. - 1998. - Т.43. - №1. - С.77-79.

3.Рувінський Б.М., Рувінський М.А. Вплив електричного і магнітного полів на процес ізотермічного відпалу у вакуумі тонких плівок PbS // Вісник Прикарпатського ун-ту. Математика. Фізика. Хімія. - 1999. - Вип.1. - С.85-93.

4.Рувінський М.А., Рувінський Б.М. Про вакуумний відпал тонких плівок PbS в електричному і магнітному полях // Фізика і хімія твердого тіла. - 1999. - Т.3. - №7. - С.133-138.

5.Рувінський М.А., Фреїк Д.М., Рувінський Б.М., Матеїк Г.Д. Нові підходи у кристалохімії власних атомних дефектів халькогенідів свинцю // Фізика і хімія твердого тіла. - 2000. - Т.1. - №1. - С.125-130.

6.Рувинский М.А., Фреик Д.М., Рувинский Б.М., Прокопив В.В. О механизме образования и зарядовых состояниях собственных атомных дефектов в пленках теллурида свинца // Письма в ЖТФ. - 2000. - Т.26. - Вып.15. - С.6-11.

7.Рувінський Б.М. Процеси дефектоутворення в тонких плівках халькогенідів свинцю. Евріка-1. Збірник студентських наукових праць. - Івано-Франківськ: Плай, 2000. - 116-119.

8.Фреик Д.М., Прокопив В.В., Рувинский Б.М., Козич О.В., Пыц М.Ф. Влияние условий выращивания на дефектную подсистему в пленках теллурида свинца // Фотоэлектроника. - 2000. - Вып.9. - С.40-42.

9.Рувинский Б.М., Фреик Д.М., Рувинский М.А. Кристаллохимия собственных дефектов в пленках халькогенидов свинца с учетом механических напряжений и рода подложек // Фізика і хімія твердого тіла. - 2000. - Т.1. - №2. - С.185-193.

10.Рувінський Б.М. Просторово-часовий розподіл компонентів приповерхневого шару плівок халькогенідів свинцю при вакуумному відпалі // Вісник Прикарпатського ун-ту. Математика. Фізика. - 2000. - Вип.1. - С.61-66.

11.Рувінський Б.М., Фреїк Д.М., Рувінський М.А., Галущак М.О. Утворення металічної фази при синтезі плівок халькогенідів свинцю квазірівноважними методами // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001. - Т.2. - №1. - С.153-159.

12.Рувінський Б.М., Фреїк Д.М., Рувінський М.А., Галущак М.О. Вплив випаровування у вакуумі на приповерхневий шар плівок халькогенідів свинцю // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001. - Т.2. - №2. - С.241-246.

13.Freik D.M., Ruvinskii M.A., Ruvinskii B.M., Galushak M.A. Crystallochemistry of defects in lead telluride films // Semiconductor Physics. Quantum Electronics. Optoelectronics. - 2001. - V.4. - N1. - P.5-8.

14.Фреїк Д., Рувінський М., Прокопів В., Рувінський Б., Козич О. Нові підходи в поясненні механізмів дефектоутворення у кристалах і плівках халькогенідів свинцю. Фізичний збірник НТШ. - Львів: НТШ, 2001. - Т.4. - С.135-141.

15.Рувінський Б.М. Рівноважні концентрації носіїв струму і дефектів у плівках PbSe при вирощуванні з парової фази і окисленні // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001. - Т2. - №4. - С.565-577.

16.Фреик Д.М., Рувинский Б.М., Рувинский М.А., Галущак М.А., Довгий О.Я. Влияние внутренних напряжений на дефектообразование в пленках теллурида свинца при парофазной эпитаксии // Журн. физ. химии. - 2002. - Т.76. - №2. - С.362-368.

17.Рувінський Б.М., Фреїк Д.М., Рувінський М.А. Вплив дифузії атомів і вакансій телуру на електрофізичні властивості плівок n-PbTe при вакуумному відпалі // Фізика і хімія твердого тіла. - 2002. - Т.3. - №1. - С.70-75.

18.Рувінський Б.М. Профіль розподілу носіїв заряду в полікристалічних плівках PbS при відпалі з поглинанням кисню // Фізика і хімія твердого тіла. - 2002. - Т.3. - №2. - С.265-267.

19.Фреїк А.Д., Рувінський Б.М., Довгий О.Я., Галущак М.О. Дефектна підсистема тонких плівок PbSe при парофазній епітаксії з участю кисню // Укр. фіз. журн. - 2002. - Т.47. - №8. - С.769-772.

Патенти

1.Спосіб отримання тонких плівок p-PbTe із високою анізотропією термо-е.р.с.: Пат. України, МКВ С 30 В 11/02 / Фреїк Д.М., Рувінський Б.М., Галущак М.О., Довгий О.Я., Калинчук І.В. (Україна); Прикарпатський університет. - №2002043665; заявлено 30.04.2002.

2.Спосіб отримання легованих плівок PbTe n- і p-типу: Пат. України, МКВ С 30 В 11/02 / Фреїк Д.М., Павлюк Л.Р., Рувінський Б.М., Яцура А.М., Нижникевич В.В. (Україна); Прикарпатський університет. - №2001117561; заявлено 06.11.2001.

3.Спосіб отримання плівок телуриду свинцю із великими рухливостями в атмосфері водню: Пат. України, МКВ С 30 В 11/02 / Довгий О.Я., Фреїк А.Д., Никируй Л.І., Рувінський Б.М., Павлюк Л.Р. (Україна); Прикарпатський університет. - №2001106883; заявлено 10.10.2001.

Матеріали і тези конференцій

1.Рувінський Б.М., Фреїк Д.М., Рувінський М.А. Модифікація приповерхневого шару плівок халькогенідів свинцю у вакуумі // Сб. докладов 12 Международного симпозиума "Тонкие пленки в электронике". - Харьков. - 2001. - С.235-237.

2.Рувінський Б.М. Вплив процесів випаровування у вакуумі на просторово-часовий розподіл компонентів у приповерхневому шарі плівок халькогенідів свинцю // VIII Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок. Матеріали конференції. - Івано-Франківськ. - 2001. - С.88-89.

3.Рувинский Б.М., Фреик Д.М., Рувинский М.А. Влияние технологических факторов на дефектную подсистему пленок PbSe при парофазной эпитаксии с участием кислорода. Сб. докладов 14 Международного симпозиума "Тонкие пленки в оптике и электронике" - Харьков: ИПЦ "Контраст", 2002. - С.125-129.

4.Рувинский Б.М., Рувинский М.А. Взаимодействие пленок теллурида свинца с кислородом при низких давлениях. Сб. докладов 14 Международного симпозиума "Тонкие пленки в оптике и электронике". - Харьков: ИПЦ "Контраст", 2002. - С.134-137.

5.Ruvinskii B.M., Ruvinskii M.A. Influence of technological factors on the defective subsystem of PbSe and PbTe films under vapor-phase epitaxy with oxigen // Тези доповідей 1ої Української наукової конференції з фізики напівпровідників (з міжнародною участю). Т.2. - Одеса, Україна: ОНУ, 2002. - С.234-235.

6.Ruvinskii B.M. Effect of diffusion of tellurium atoms and vacancies on electrophysical properties of n-PbTe films at a vacuum annealing // Тези доповідей 1ої Української наукової конференції з фізики напівпровідників (з міжнародною участю). Т.2. - Одеса, Украина: ОНУ, 2002. - С.39.

7.Рувинский М.А., Рувинский Б.М., Фреик А.Д., Бойчук В.М. Дефектообразование в пленках PbSe при парофазной эпитаксии с участием кислорода и водорода // Тезисы международной конференции по физике электронных материалов. - Калуга, Россия: КГПУ, 2002. - С.164.

АНОТАЦІЯ

Рувінський Б.М. Вплив технологічних факторів на дефектну підсистему і електронні процеси у плівках халькогенідів свинцю PbTe, PbSe і PbS. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.18 - фізика і хімія поверхні. Прикарпатський університет імені Василя Стефаника. Івано-Франківськ, 2003.

В дисертації викладено теоретичні і експериментальні дослідження впливу технологічних умов одержання і відпалу плівок на дефектну підсистему та електронні процеси у плівках PbTe, PbSe і PbS.

Сформульована і розроблена вперше модель дефектоутворення тонких плівок халькогенідів свинцю в технології гарячої стінки з одночасним урахуванням складного спектра зарядових станів дефектів, внутрішніх напружень в плівці і роду підкладок, а також кінетики ізотермічного вакуумного відпалу з виникненням двошарової p-n-структури у плівках p-PbS. З'ясовано кристалохімічний механізм виділення вільної фази свинцю при парофазній епітаксії плівок PbTe і PbSe, який пов'язаний з дисоціацією сполук при випаровуванні і накопленням міжвузловинних атомів свинцю в конденсаті. Встановлено, що при взаємодії плівок PbSe із залишковим киснем відбуваються в основному заміщення селену киснем і входження іонів кисню у міжвузловину. При низьких тисках кисню (10-7-10-2 Па) і кімнатній температурі отримано вперше пояснення кінетики поверхневої концентрації електронів у плівках n-PbTe за допомогою уявлень про комплексоутворення власних дефектів з киснем.

Проведене теоретичне і експериментальне дослідження кінетики концентрації електронів при вакуумному відпалі плівок n-PbTe з участю кисню виявило суттєву роль дифузійних процесів атомів і вакансій телуру.

Ключові слова: технологічні умови, гаряча стінка, відпал, епітаксійні плівки PbTe, PbSe і PbS, електронні процеси, атомні дефекти, p-n-структура, кінетика.

АННОТАЦИЯ

Рувинский Б.М. Влияние технологических факторов на дефектную подсистему и электронные процессы в пленках халькогенидов свинца PbTe, PbSe и PbS. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.18 - физика и химия поверхности. Прикарпатский университет имени Василия Стефаника, Ивано-Франковск, 2003.

В диссертации изложены теоретические и экспериментальные исследования влияния технологических условий получения и термической обработки пленок на дефектную подсистему и электронные процессы в пленках PbTe, PbSe и PbS.

На основе предложенной и рассчитанной модели дефектообразования по механизму Френкеля в катионной подрешетке впервые одновременно учтены сложный спектр зарядовых состояний дефектов (, , , , , ), внутренние напряжения пленки и влияние типа подкладок при выращивании пленок халькогенидов свинца методом гарячей стенки. Показано, что в этой модели достигнуто количественное согласие экспериментальных и теоретических результатов для холловской концентрации носителей тока в зависимости от номинального давления пара теллура для пленок PbTe, выращенных на подкладках NaCl и BaF2. Установлено, что преобладающими дефектами в пленках PbTe и PbS являются двухкратно заряженные и , а в пленках PbSe - однозарядные вакансии и междоузельные атомы свинца . Дано объяснение инверсии типа проводимости с участием как однозарядных, так и двухзарядных дефектов. Тип проводимости и концентрация носителей заряда в исследованных образцах определяются технологическими факторами выращивания пленок (парциальным давлением пара халькогена, температурами осаждения Ts и испарения Te ), которыми обусловлены также характерные изменения равновесных концентраций дефектов различных зарядовых состояний.

С помощью экспериментального исследования выделения фазы свободного свинца при выращивании пленок PbTe и PbSe и кристаллохимического анализа выяснен механизм образования металлической фазы в квазиравновесных условиях, связанный с диссоциацией соединений при испарении и накоплением междоузельных атомов свинца в локальных областях пленки.

Показано, что взаимодействие пленки PbSe с остаточным кислородом можно объяснить в рамках предложенной кристаллохимической модели учетом двух основных механизмов: замещение селена кислородом с образованием вакансий свинца и внедрение иона кислорода в междоузлие . Установлено, что при температуре осаждения Ts > 550K, парциальных давлениях селена 10-2 Па и кислорода 10-4 Па и температуре испарения Те = 820К преобладает первый механизм, а при более низких температурах осаждения - второй, который стимулируется остатками водяного пара в технологической камере.

Представление об образовании и распаде в пленках PbTe нейтральных комплексов собственных дефектов и легирующей примеси кислорода и дает возможность объяснить экспериментальную кинетику поверхностной концентрации электронов в пленках n-PbTe при низких давлениях кислорода (10-7-10-2 Па) и комнатной температуре. Определены кинетические параметры двух разных типов комплексов.

Установлена возможность образования двухслойной p-n-структуры в поликристаллических текстурированных пленках PbS n-типа при отжиге в воздухе вследствие поглощения и диффузии кислорода по границам кристаллитов.

Сформулирована и расчитана впервые теоретическая модель для объяснения образования двухслойной p-n-структуры при вакуумном изотермическом отжиге пленок PbS p-типа, исходя из представлений о генерационно-рекомбинационном механизме и амбиполярной диффузии вакансий серы и электронов. Получено обобщение модели в приближении электронейтральности для случая наличия внешних постоянных электрического Е и магнитного Н полей (Е ^ Н, Е ^ поверхности пленки), что может быть использовано для перераспределения носителей тока и дефектов в пленке в зависимости от величины и направления электрического и магнитного полей.

Исследована кинетика эффективной концентрации и подвижности носителей тока в пленках халькогенидов свинца при изотермическом отжиге в вакууме. При согласовании с экспериментом определены основные кинетические параметры процесса отжига для пленок p-PbS в условиях образования p-n-структуры.

По определенному пространственно-временному распределению компонентов в приповерхностном слое пленки p-PbS, помещенной в вакуум при повышенной температуре, установлена существенная модификация приповерхностного слоя, связанная с изменением его стехиометрического состава и типа проводимости.

Теоретически и экспериментально исследована кинетика концентрации электронов при вакуумном отжиге пленок n-PbTe с участием кислорода и показана существенная роль диффузии атомов теллура при испарении из приповерхностного слоя и диффузии вакансий теллура с поверхности в объем пленки.

Ключевые слова: технологические условия, горячая стенка, отжиг, эпитаксиальные пленки PbTe, PbSe и PbS, электронные процессы, атомные дефекты, p-n-структура, кинетика.

ANNOTATION

Ruvinskii B.M. The influence of technological factors on defective subsystem and electronic processes in lead chalcogenide PbTe, PbSe and PbS films. - Manuscript.

Thesis for a Candidate's degree in Physics and Mathematics. Speciality 01.04.18 - Physics and Chemistry of Surface. Vasyl Stefanyk Precarpathian University, Ivano-Frankivsk, 2003.

The thesis presents theoretical and experimental investigations of the influence of technological conditions of films' growing and annealing on defective subsystem and electronic processes in PbTe, PbSe and PbS films.

The model of defect formation in lead chalcogenide thin films for the hot-wall technology is formulated for the first time and elaborated with the simultaneous taking into account the complex spectrum of charged states, the internal stresses in the films and the kind of substrates and also the kinetics of the isothermal vacuum annealing with the origin of double-layer p-n-structure in p-PbS films. Crystallochemical mechanism of separation of the lead free phase under vapor phase epitaxy of PbTe and PbSe films is determined. This process is concerned with the compound dissociation during the evaporation and the accumulation of internodal lead atoms into the condensate. It is ascertained that the replacement of selenium by oxygen and oxygen ions' entering into internode take place on the whole during the interaction PbSe films with the residual oxygen. At low pressures of a oxygen = (10-7-10-2) Pa and room temperature the explanation of a kinetics of a electrons surface concentration in n-PbTe films with the help of conceptions about complexation of intrinsic defects with oxygen is obtained for the first time. The fulfilled theoretical and experimental research of a kinetics of an electron concentration at a vacuum annealing of n-PbTe films including of oxygen has revealed an essential role of diffusion processes of atoms and vacancies of a tellurium.

Keywords: technological conditions, hot-wall, annealing, epitaxial films PbTe, PbSe, PbS, electronic processes, atomic defects, p-n-structure, kinetics.

Размещено на Allbest.ru

...