Дослiдження процесiв фото- та термостимульованоi мiграцii срiбла в тонких шарах трисульфiду миш'яку тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

0 Академія наук України Інститут фізики напівпровідників

На правах рукопису

КУДРЯВЦЕВ Олександр Олексійович

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ФОТО-ТА ТЕРМОСТИМУЛЬОВАНОЇ МІГРАЦІЇ СРІБЛА В ТОНКИХ ШАРАХ ТРИСУЛЬФІДУ МИШ’ЯКУ

01.04.10 — фізика напівпровідників та діелектриків

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників АН України.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук

ІНДУТНИЙ Іван Захарович

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук'

Провідна організація: Київський державшій університет

ім. Т. Г. Шевченка Міністерства народної освіти України, м. Київ.

год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 016.25.01 при Інституті фізики напівпровідників АН України за адресою:

252650 МСП Київ 28, проспект Науки, 45.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників АН України.

Автореферат розісланий « ^ » листопада 1992 р.

КОРСУНСЬКА Надія Євсеївна,

доктор фізико-математичних наук, професор

БЛОНСЬКИЙ Богдан Васильович

/У

Захист відбудеться —»

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

БЄЛЯЄВ О. Є.

Аотуельність теми

Халькогенідні склоподібні наг—впровідники /ХСН/ уже дашо зорзиокендунали себе ях модельний об'єкт для вивчення структури та фізичних властивостей некристалічних твердих тіл. Серед раду спостережуваних у них фотоіндукованих явищ особливе місце посідач відкрите в 1966 р. М.Т.Костшмним, К.В.МихайлОЕською та Д.'.Ромвкенко /17 язице фотостикуяьовано? взаємодії ХСН із нанесеним на його поверхню шаром металу - фотолегування. його суть полягоя в тому, цо при наявності цільного атомного контакту-між напівпровідником і металом під діою видимого світла відбуваються проникнення металу в напівпровідник із утЕореішда. нової фази, фізига-хімічні властивості якої істотно відрізняються від властивостей вихідних компонентів.-аієхвнізм такої взаємодії до цього часу не виявлений. Це стриму« подальший розвиток уявлень про фізичну природу фотостимульоввного масопереносу поблизу меж поділу то в об'ємі нешорядкоЕаних твердих тіл. Ьрім того, було знайдено, чо тонвзизроЕІ структури ХСН-мзтал чутливі також до впливу ІЧ-, Уі-, рентгенівських та гамма-променів, а такоя електронних та іонних потоків. І хоча перелічені властивості таких структур покладені в основу розробок сучасних технологія мікро-електрсніки, оптотехніки, оптселеі.троніки, середовіц для запису та зберігання інформації, поліграфії і т. ін., проте оптимальний вибір складу використовуваних шарів та рзякмів їх оброолі утруднення недостатнім розуміння!« фізики протікаючих процесів. Остачни зумовлено тим, що тонкошарові структури напівпровідник-кетел являють собою дуже складний для дослідження об’єкт, в якому під дід» світла одночасно відбуваються взаємозв'язані процеси масопереноеу, хімічної сзсгкодії, структурних перетворень, зміни параметрів гетеропереходів, товциші парів та їх оптичних, електричних та інеих фізико-хіаічних властивостей. До того ж, протікаючі в структурі зміни властивостей доводиться спостерігати: пр;і д: сить малій кіль ¡зеті речовини /Ю...1(Г7г/; на фоні чутливості структури до з''внішіх /у. тому числі, зонду-ючіиг/ впливів; в умовах необоротності процесів взодіодії иеталу та ХСН. ари цьому доводиться враховувати: відсутність надійних даних про густину, структуру, електрофізичні та інші властивості тонких сарі в ХС;і; специфічність оптичних властивостей - прояв оборотних та необоротних структурних перетворень, "втоми", інтер-

ференції світла; особливу валентну гнучкість цих сполук, 40 приводни» до різноманітності варіантів хімічного зв' язгу компонентів; відмінність властивостей тонких шарів порімкно з відясвідаии властивостями масивних стекол; сильну звлезність хорсктзрйстик шарів від технології їх виготовленья. Î все ж така, пзрспзкгиви практичного застосування такзіх структур стимулюють інтзрзс до подальших досліджень цього явїца та вказуйсь на їх актуальність.

Аналіз літератури, прксвя'-гзної дослідженням фотолегувгакк, показав, що існуючі уявлення про його механізм недостатньо обгрунтовані експериментально. До початку цієї роботи казіть для найбільш дослідкеної структури As^S5 - Ag були відсутні відомості про повний концентраційний профіль срібла в напівпровідкиїу та його еволщію під час легування. Докладно не розглядалось питання про перенос срібла в об• rxi ХСН після вичерпання шару ие-телу на поверхні напівпровідника. Нзпошкмк були такса дані про місця активного поглинання світлової енергії. Постульсваний в ряді моделей зв'язок фотоелектричних процесів на кегаг лодіяу та в об’ємі структури з месопереиссом ке був ПІДТГердреккЯ результатам експерименту. Ке аияваекиЯ був гакоа зб’кзок тер:;о-сткиульованого переносу срібла з теиновзки електричадаи проце-саїїк. Есе це Бгоиачило мету даної роботи; одеркатя додаткові експериментальні відомості про процеси фото- та терьюстицульова-ної кіграції срібла в тонша -apax ХСН, їх зв’язіу з фотозлек-тричяими процесами та тєулобоь £РС е структурі >.СН-уатал, а також сформулювати уявлення яро ігеханізми переносу срібла до та після ЕКЧерлшая КЗТЙІІЧНОГО сгру.

Як обУкт дослідження було вибрано тонкосарову структуру ASjSj - .¿<3 . Такий »кбір обновлений хімічною стійкістю даної парк карі в при кімнатній теилерзтурі, а також тим, що вона як тк-побкЯ представник структур ХСН-жгал частіш за інгіі ви корі? сточуються як модельна при дослідженні процесів фотолетувшня.

НвУКОЕЗ Н0Г.КЗНЯ .

1. Уперза в тонкоЕаровій сендвічяій структурі AszS3 -побудовано повний концентраційній профіль срібла та вивчена його еволюція в процесі фотолегуваяня яра кеви^ерпаноау сарі ке тану иа поверхні ХСН та після його кдарлання.

2. Відкрито ябіцє переносу срібла в об’ємі ХСН, пов'язане з неодаоріднкм розподілом псглкїутої світлової енергії та еини-

каюче після шічзрпяння иару металу при надлишковій товцині на-пІЕпровіднккп. Напрямок переносу однозначно пов'язаний з градієнтом освітленості: міграція іонного пакету завжди відбувається в бік найбільш освітленої "астани .¡апівпровідника П носить обо-ротиг.й хярпктср /на відміну від необоротного переносу при невичерпано;.^ шзрі >,-сталу/. Це яв'ацо покладено б основу нового принципу ЯІДСКЛ2ННЯ рельєфу високочастотних голографічних дифракційних РЗІПХТОК.

3. Уі:орта п секдвічній структурі показано, ідо освітлення Л!!ЕЄ УЄНІ поділу МЄТПЛ-ЛЄГ0БПШ1Й ХСК забезпечує здійснення всіх стадій процесу фотолегування: перехід атомів срібла з металічного пару в легований напівпровідник, їх рух крізь леговану область структури тя проникнення в нелеговпну ооласть напівпровідника, тобто переміщення фронту легування.

4. ЗийЙДЄНО співвідношення внесків меж ПОДІЛІ'- срібло-лего-венкЯ Азг53 та легований-нелегований Аз253 у процес фотолегу-вання при збудженні світлом із області поглинання напівпровідника /А,=436 нм/. При. однаковій освітленості меж поділу на цій довжині хвилі внесок . екі легований-нелегований Аэ^ втричі ПеревіЕКУе внесок протилежної кс-жі.

5. Опромінення межі леговший-нелег-ваний Аз25} світлом

із області прозорості напівпровідника не приводить до витрати металу та переміщення фронту легування, тобто не сткуулке процес фотолегувення.

6. Показано, ¡до фотоелектричні процеси на обох межах поділу ведуть до генерації додаткових електричних полів, напрямок

і величина яких сприяє переносу іонів А^+ в нелеговану область н ппівпровідниха.

7. Знайдено, ідо й при термолегуванні в сендвічній структурі А^з - Ад концентраційний профіль срібла ке описується розв’язком рівняння ?іка зі сталим коефіцієнтом дифузії, мав форму

близьку до прямокутної та відповідає розподілу речовини при ТЕердофазній хімічній реакції.

0. Генерація темпової ЕРС при термолегуванні пов’язана з великов різницею в рухливості іонівА^|+ та електронів. її знак визначається дифузійним полем Кернста та межі легованкй-нелего-ванкй Я і ¿¿з ■

9. Упсраз знайдено, що пвздкість тєрмолегувданя залежить від опору навантаження комірки 56 - Ай^^А^ — Аь253 -¿6 .

тобто- від електронної провідності зазніснього кока. Це ознєчєр,» ідо еб/їдкість переносу срібла б полі електрохімічного потенціалу визначаються ксьшенсаціпю дифузійного поля Периста електронними носіями.

Проктиодя пінність результатів дослідаень:

1. Відкрите яви^е групового переносу срібла крізь об’«м шару ASjSj під дія» поля Декбера дозволяв здій скити два способи підсилення рельєфу високочастотних голографічних дифракційних ра-тіток із матою одержання оптимального співвідношення висоти рельєфу й періоду решітки та відповідного підвищення їх дїіфрак-ційної ефективності.

2. Розроблені методичні прийоми побудови концентраційних профі-лей срібла в As2S} можуть бути використані для досліджень розподілу дифундуючої домішки в інпшх анал-гічжіх тонкошарових структурах.

На захист виносяться такі положення:

1. Фотостимульований перенос срібла в-структурі AszS3 - Ag д^ та після вичерпання шару металу здійсниться за рахунок фізичних механізмів, ¡до відрізняються ОДИН від одного. До вичерпання шару метьлу вирішальну голь гра*? генерація електронних носіїв, розділення яких в області і:ек Дд - Аі2^3Адгл та As1S3Ag2Ji -AszS} приводить до виникнення додаткового електричного поля, чо прискорім перенос іонів Ад+ в бік нелегованого шару ÀSZS3 . -

2. Після вичерпання шару металу перенос іонівАд+ в об’ємі AstS3 пли достатньо низьких концентраціях Aÿ /не більша, ні*

10 от.%/ стимулсвться полем Деу.бера, обумовленим градівнтсм освітленості об'єму напівпровідника та великою різницею в рухливості електронів та дірок в AsaS3 . -

3. Теркостимульовакий перенос срібла в AszS3 являє; собою процес спряженої яуфузії існівА^ та електронів у полі електрохімічного потенціалу. Величина та знак темпової £РС, що генеруються в області переходу легований-нелегований AszS2 , мінус з боку легованої області, визначаються більшою, в порівнянні з електронами, рухливістю іонів Ад+ . тобто визначаються дифузійним полем Нернста. Компенсація поля Нзряста електронними носіями приводить до прискорення процесу термолегування.

Викладені в дисертації результати роботи пройшли апробацію на двох міжнародних конференціях /"Накристалічні напівпровідники - 89", Ужгород, 1989; "Фотохімія - 92", Київ, 1332/, чотирьох всесоюзних /4-й та 5-й конференціях "Безсрібні та незвичайні фотографічні процеси", Суздаль, 1934 та 1033; "Склоподібні напівпровідники", Ленінград, 1935; 12- Я конференції по фізиці напівпровідників, Київ, 1390/ та двох конференціях пам’яті академіка АК України В.б.Лашкарьова в Інституті фізики напівпровідників АН України.

Публікації

Основні результати дисертації опубліковані в 14 1. роботах, перо лі к яких наведено в кінці автореферату.

Структура та об1 ги дисертації

Дисертація складається із вступу, семи глав, висновків та списку літератури, викладена на 166 сторінках і містять 46 рисунків. Спнсок літератури вхлкмве 149 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульована мета роботи, аргументований вибір об'єкту дослідження, Зйзнпчгна наукова новизне одержаних результатів, перелічені основні положення, цс виносяться на захист, наведено стислий опис змісту окремих глав та структури дисертації.

' У першій главі Бикнадено оглед літератури, присвяченої дослідженню яеіц фото- та термолегування в структурах ХСН-метал, в якому оскома увага приділяється системі А5153 -А^. Відомі феноменологічні характеристики процесу фотолегувення списані з урахуванням двох відмінних варіантів його спостереження: у вигляді ПОЗДОЕ.'їНЬОЇ та поперечної дифузії. З першому випад іу фронт легування перемішується в напряму дії світла Я перпендикулярно до і.:єаі поділу иарів, а в другому - навпаки, цо приводить до істотних відмінностей в геометричних параметрах переносу. Наведені короткі відомості про структуру, оптичні та електричні властивості трисульфід/ киш’я.цу в кристалічному, склоподібному та еморфяо»/ стені. Розглянута класифікація модельних уявлень про природу фсїслегугачнл. Лрхящю проаналізовані ос-

тенні найбільш конструктивні моделі явіца, зазначені їх недоліки та суперечності. Наведені короткі відомості про фізичні процеси, ідо супроводжують фотолегування, та про процес термолегування.

На закінчення сформульовані задачі подальшого дослідження процесів фото- татермостимульованої міграції срібла б ХСН.

У другій гляві описані методики експериментального дослідження процесів фото- то теру.олегування в тонкошаровій структурі Аї^з - Ад , коротко перелічені способи вакуууяого нанесення тонких шарів напівпровідника та металу, їх попередньої фото- та термообробки. Перелічені прийоми радіотехнічного та оптичного контролю товдини шарів лід час виготовлення та в процесі легування, в тому числі, вимірюванням пропускання структури в області прозорості як легованого, так і нйлєгов-ного напівпровідника, де поглинання обумовлене тільки шаром металу.

’ Більш докладно тут описано розроблену автором методику побудови концентраційних профілів сріб;.^ в об’ємі ХСН, що базу-еться на залежності швидкості травлення легованого ХСН в лукнюс розчинах від концентрації срібла в ньому. Під час розробки методики з найдено зв'язок між концентрацій» срібла та часом травлення контрольної тонкими ХСН, який визначається як час переходу від одного екстремуму до сусіднього при інтерференційних коливаннях потужності відбитого бід структури світла під час травлення напівпровідникового шар.,. Цей зв’язок пае монотонний характер і дозволяє знаходити розподіл срібла по товщині шару ХСН.

Наприкінці глави наведено графік відповідної залежності, проаналізовані границі застосування та похибки запропонованої методики вимірювань. Показано, ¡до вона дає можливість надійно вимірювати розподіл срібла в діапазоні концентрацій 0,5... 10 ат.%.

Третя глава присвячена дослідженню феноменологічних характеристик процесу фотолегування. Тут наведені експериментальні дані про переміщення та форму фронту легування в структурі -

Ад • Ці дані одержані за допомогою чотирьох методик: 1/ вимірювання з використанням мікроінтерферомегру залишкової товщини ■

структури післл стравлювання верхнього иелегованого шару ХСН;

2/ вимірювання: товцини стравлюваного иелегованого шару; 3/ послідовна . побудоварозподілів срібла біля "підніжжя" Фронту легування, цо,змінюються під час експонування, а та кок 4/ 'побудова концентраційних профілей за допомогою вторинно-іонної/ иас-спектрометрії. ,

Остання методика була розроблена спеціально для більш нов-

)іого опису розподілів срібла в легованій ділянці структури. При цьому роздільна здатність методу по глибші було покрацена до і5 нм і найдено спосіб визначення внесків іонів ,0^+ і '°9А^+ у вимірювані парціальні Еторинні страми іоніа із масовими числами 107 і 109, 40 дозволило побудувати концентраційні профілі срібла.

Показачо, що ширила фронту легування лід час руху поступово збільц/ється, але його {юрма не може бути описана розв’язком рівняная їіка з сталим /не залежним від концентрації/ коефіцієнтом дифузії.

Спостереження за пропусканням та амплітудою потужності відбитого зондуючого світла під час експонування структури дозволило виявити, цо в момент вичерпання металічного шару виникає сильне тіндалсЕсьм розсіяння світла, обумовлене розпадом суцільного шару срібла на острівці колоїдних розмірів. Це підтвер-дкуе модель йдіотта щодо початкового етацу фотолегування, у відповідності з якою джерелом дифузанта на цьому етапі є граничні поверхні міярокристалів срібла.

Показано, також, що рух фронту легування не припиняється після акчерлашя шар», металу, а ширина фронту продовжує плавно зростати. Вільш докладно аволхція фронту легування на цьому етапі процесу розглянута а главі 5.

У четвертій главі викладені результати дослідження ролі ves поділу кетел-легованкЯ та легованиЯ-нелегованиЯ As^ під час фотолегування в структурі Aq - AszS3A‘¡24~А$г$і • Роль тш°ї Ь цкх.меа окрзко від іншої досліджувалась раніше тільки на .модельних зразках планерної конфігурації, з яких ці кеаі поділу роз’ед-• .дані в просторі і: метуть бути збуджені світлом незалежно.

В сендвічних структурах, що викликають практичну зацікавленість, обидві розглядувані межі розташовані настільки близько, що звичайно опромінюються одночасно, отже процеси поблизу них можуть робити внесок з перенос срібла також одночасно. Крім того, враховуючи малу віддаль уіж нили, не можна розглядати їх як електрично незаконні під час аналізу ролі фотоелектронних процесів, особливо на початковій стадії фотолегування. Це утруднює інтерпретацію результатів, а даній роботі ці перешкоди усунуті введенням екрануючого шару потрібної товщини, що завдяки поглинанню забезпечує оптичну ізоляцію досліджуваних меж. Умова їх електричної незалежності.виконується завдяки малому значенню /1...

2 нм/ дебаївської доекини еманування цього шару. Роль такого ыару відіграв ’одергузєний під час освітлення вихідної структури

A$2.S3 -Ag легований напівпровідник As2S3Aiji4 із гіонцентрацією срібла 32 ат,%. Швидкість процесу фотолегування визначалась із залежності товдини індикаторної частини шаруЩ, що залишається після формування екрануючого шару, від часу наступного експонування монохроматичним світлом.

Вимірювання швидкостей фотолегування під час освітлення кожної з меж та відповідних переміщень фронту легування дозволило зробити такі висновки: 1/ освітлення мені метал-легоьаний As2S3 забезпечує всі стадії фотолегування /раніше це було доведено лише ДЛЯ межі ЛеГОВаНИЯ-НелеГОБаНКЙ AS2.S3 Іі 2/ бкєсок останньої у темп фотолегування при довиші хвилі актинічного випромінювання 436 нм втричі перевіцує внесок межі метал-легований ASzS3 і з/ опромінення світлом із області проз орості наді провідника /А. =579 m'J збудауе лише межу поділу поблизу металу.

Одержані результати дозволяють пояснити форму спектральної залежності) кзантової світлочутливості звичайно використовуваної структури As2S3 - Ag , під час опромінення якої крізь шар напівпровідника через малу товщину останнього збуджуються одночасно обидві межі.

У другому розділі глави наведені результати досліджень зв’язку фотолегування з фотоелектричними процесами в структурі

Asz$3fy- Ц - As2S3 • Тут подані кінетичні, спектральні, температурні та люкс-вольтові залежності фото-ЬРС, що генерується при збудженні структури на різних етапах фотолегування. Порівняння одержаних залежностей для асиметричних /А^-AS2_S3Ag2ii-As2S3 - In203(Sn)/ та симетричних /A%-MSb -Ag і -4s2S3Ag2i)-A52S3 - І комірок показало, що поглинання світла по-

близу • оікної із меж поділу приводить до генерації додаткового електричного поля, знак /"+" з боку вихідного шару і:еталу/ та амплітуда якого здатні забезпечити перенос іонівАд+ в нелєгсса-ну частину структури. З в’ яз о к фотостимульованого потоіу срібла крізь більш активну межу поділу дєговенїй-нєлєгобенкй As2S3 з амплітудою фото-Е-'С підтверджується доброю кореляцією наведе- • них спектральних залежностей.

Результати цих Еіиірювень показують, що в області змінної концентрації срібла на фронті легування прк освітленні генерується фото-ЕРС, полярність якої протилежна полярності концентраційної ЕРС, що стримує потік срібла. Це. сприяє переносу іон і з Ад+ в нелеговану частину структури, тобто, переміщенню фронту легування. Відповідальне за фото-ЬКЗ розділення -черіїповажшїх

- а • ' ■ ' -

електронних косії Б з області змінної концентрації-срібла обумов*. леяе "квазіелектричним" полем ЕВрІоОННОЇ структури й великою різницею Б р/хлкзості електронів то дірок В AszS3 .

У заюшччому резділі глави викладені уявлення про механізм фотостимульованого переносу срібла в досліджуваній структурі. ііоказано, цо а а типом стимулювання масолергносу це яеіцє поеин-но бути віднесене скаріа до інтегральних ефектів, ніж до локальних. ібпими слосгми, для переносу іонівА^+ більш вежливою вважається ро*ь генерованих електричних полів, ні» локального збільшення рухливості чи концентрації мігруючих іонів, які принципово можливі при поглиненні світлових кван'Лв поблюу 'зв’язаних атомів чи рухливих іонів срібла, однак поки цо не виявлені в дослідах із розглядуваною структурою.

Наведений в кінці розділу перелік експериментальних фактів, одержаних в даній роботі, а також в роботах інших авторів, дозволяв зробити висновок про працездатність елекгропольовоґо механізму переносу срібла в рекимі фотостимуляції і, таким чином, обгрунтувати фотоелектричну модель я вица,

У п'ятій главі розглянуті результати досліджень фотостиму-льованого переносу срібла в об’ємі mapyASjSj після вичерпання пару металу на поверхні напівпровідника. Як показано в главі З, рух фронту легування при цьому не припиняється, хоча й стає більш повільним, а ширина його помітно збільиуеться. Цей процес можна було б розглядати як дифузійний, тобто- зумовлений_ наявністю градієнта хімічного потенціалу /з поправкоюна Наявність поля Нернстз та прискорюючого поля під час освітлення/. Проте при дослідженні було відкрите нове яв'лце - перерозподіл срібла в шарі ASjS3 під дією градієнта поглинутої світлової енергії. Виявилось, цо рівноважний розподіл срібла, який має місце після тривалого опромінення структури світлом із області поглинання напівпровідника, залежить від напряму її опромі- , нєння. **ри цьому максимальне значення концентрації срібла завади спостерігається біля освітлюваної поверхні структури незалежно від початкового розподілу. Це свідчить про наявність силового впливу на іони, спрямованого в бік більп освітленої частини об’єму, який спричиняє перенос іонів Лд+ за типом "висхідної дифузії" із неоднорідній к£нцевим розподілам. Показано, що такий вплив мене бути забезпечений полем «Дембера, яке виникав внаслідок неоднорідного поглинання світла в лСН і в з в'язуу з гелккоа різницею б дрейфових рухлиеостях електронів та дірок-

В /{Ар10^/. Біль с рухливі носії - дірки ВІДХОДЯТЬ Б

глибину 'напівпровідника, а від'ємний заряд накэг.ичусться біля освітлюваної поверхні, що приводить до виникнення відповідного поля. Ця гіпотеза знайшла підтвердження під час дослідження є поліції концентраційного профілі) в процесі експонування. Було знайдено, що рук срібла описується переміщенням дзвоноподібного профілю до освітлюваної поверхні ХСН. Це вказує на польовій характер переносу іонного пакету. Оцінка величини поля декбера двома'незалежними способами дозволила розрахувати швидкість переносу пакету, яка виявилась близькоп до спостережуваної експериментально.

Співставленая результатів четвертої та п’ятої глав приводить до висновку, ¡до після вичерпання шару металу в процесі понижування середньої концентрації Ад до 10 ат.%' відбувається зміна механізму Яотостіщльоятогопереносу срібла. До вичерпання шару металу» коли фронт легування близький до прямокутного,-голошу роль грае додаткове електричне поле, генероване світлом в області різкого спад/ концентрації на меаі поділу легова-ний-нелегований Аз^з . Після вичерпання металу ця роль, переходить до поля Дэмбера, іД° охоплює весь об’см шару напівпровідника.

Загальною рисо» цих двох механізмів масопереносу с дрейф іонів Ад+ в електричному полі, а різниця полкгас е способах генерації цього поля. -В першому випадку - це розділення електронних носіїв в області неоднорідної концентрації /тобто вгрізон-ної структури/, а в другому - фотодафузійне розділення носіїв в області неоднорідної освітленості. Але в обох випадках релаксаційний потік іонів Ад+ є наслідком фотостимульованого потоьу дірок у протилежному НЗПрЯМИу.

У шостій главі викладені результати дослідження процесів термостимульованого переносу срібло б тонких парах Аэ^ . Показано, 40 при термолегуванні так само, як і при фотолегуванні,. форма фронту не описується розв'язком рівняння £їка зі сталим коефіцієнтом дифузії, що пояснюється сильною залежністю коефіцієнта дифузії срібла в ХСН від його концентрації за механізмом -перколації. Крутизна фронту легування плавно зменідується під час руху .в об’ємі напівпровідника. •

У другому розділі цієї глави описані методика та результати досліджень кінетичних, навантажувальних та температурних характеристик темпової ІРС, ЩО генерується в с.рукурі Ад “Аї^з ■ під час руху фронту-легування. Зн/Я/.<еио, цо зідетидо тезово!

ЕРС безпосередньо пов’язана з полоненням та формой фронта. ІІри цьому виявлено, що швидкість руху останнього зростає зі збільшенням провідності зовнішнього кола вимірювальної комірки.

Зроблено висновок, що темнова ЕРС мас гальванічну природу, а термостимульованиЯ перенос срібла в А*^' - це процес спряженої дифузії іонів Ас]+ та електронів в полі електрохімічного потенціалу. Вз личина та знак темпової КРС, генерованої в області переходу легований-нелегованиЯ Аз^ /мінус з бону легованої області/, визначаються більшою «з порівнянні з електронами рук-ливостп іонів Дд+, тобто п заданими дифузійним полем Нврнста. Компенсація поля Нернста електронними носіями пркводить до прискорення процесу термолєгування.

Одержані висновки підтверджуються результатами моделювання кінетики ЕРС за допомогою формули Вагнера для гальванічної комірки на основі твердого електроліту. З урахуванням експериментальних даних про співвідношення електронної та іонної про-відностей А$гБ3 та його залегшості від концентрації срібла /2/, ця формула набувас вигляду формули Нзрнста для концентраційної ЕРС, що дозволяз одержати залежність темпової ЕРС від часу руху фронту легування. Ця залежність якісно співпадав з даними експерименту.

У сьомій главі розглянуті можливості практичного застосу-ВОННЯ ЯЕИД8 переносу Срібла крізь об’єм під дією поля Дзм-

(•'ер*. Відомо, цо світлочутливі властивості тонкошарових структур ХСН-метал дозволяють використовувати ці структури для виготовлення різноманітних оптотехнічних виробів і, в тому ЧИСЛІі голографічних дифракційних решіток та мікрорельєфних зображень із субмікронними розмірами елементів. Проте одержання достатньо еисокого рельєфу за допомогою таких структур виявлялось не заезди можливим. Виявлений перенос срібла крізь шар напівпровідника до освітлюваної поверхні та пов’язана з цим зміна стійкості напівпровідника по відношенню до лужних розчинів зробила можливою розробку нових принципі в збільшення висоти рельєфу голограі-фічних дифракційних решіток. їх суть мовна сформулювати таким чином.

У відомих способах виготовлення голографічних дифракційних ретіток на базі простої двошарової структури А5- Ад висота рельєфу після експонування структури визначалась різницею товщин оптимально легованої області напівпровідника в максимумах тс мінімумах інтерференційної картини після видалення нелегова-

них діядаок веру напівпровідника. Ця різниця визначалась, головним чином, затримко*) руху фронту легування на слабоосвітлених ділянках /в мінімумах інтерференційної картини/ напротязі початкового етапу, що не давало можливості одержати значення дифракційної ефективності більше 20для решіток на відбивання» Цього, однак, недостатньо для практичного використання таких решіток.

В даній роботі пропонуються дві можливості збільшення висоти рельєфу, який одеряано вищезазначеним способом. І обидві базуються на тому» що після вичерпання шару металу на поверхні напівпровідника під час експонування подальше освітлення структури з боку вільної поверхні напівпровідника підтримує рух дифузанта до освітлюваної поверхні. ІІричоцу, як це випливав з результатів експериментів, що описані в главі 3, за певних умов освітлення товщина легованої області зростав пропорційно експозиції. Це дозволяє збільщувати висоту рельєфу, одержаного звичайним способом. Дія цього достатньо на рельеф, утворений легованим шаром напівпровідника, нанести додатковий шар делегованого напівпровідника та проекспонувати структуру однорідний по поверхні світловим потоком. Якдо товщина додаткового шару вибрана таким чином, щоб під час виходу фронту легування на освітлювану поверхню напівпровідника концентрація дифузанта залишалась достатньою для збереження резистивних властивостей легованої області по відношенню до подальшого травлення нелегованих ділянок, то можна одержати істотний виграш у висоті рельєфу. Д&Я виграш обумовлений залежністю швидкості руху фронту легування в' додатковому варі напівпровідника від кількості срібла, що введено в ХСН на ділянках з різною освітленістю під час виготовлення вихідного . рельєфу.

Цей спосіб не спотворює синусоїдальний характер вихідного рельефу, придатний для будь-якої послідовності нанесення первинних шарів метацу та ХСН на підкладе те дозволяй одержувати оптимальне відношення висоти рельєфу до періоду решітки, що необхідно для досягнення заданих значень дифращійної е$е кгив-ності. Слабкий вихідний рельєф він допомагає підсилювати в де-сятки-сотні рвзхв. У стільки ж разів зростає при цьому мала початкова дифракційна ефективність. Це дозволяє також скоротити час первинного експонування при виготовленні голографічних дифракційних решіток.

Текстова частина дисертації завернеться висновками по ос- ■ новних результатах роботи.

висновки

1. У процесі фотолегувшмя в тонкошаровій ссндвічній структурі ~ А З ПРИ невичерпаному шарі металу концентраційни?

профіль срібла мрє форму бл:*зы<у до прямокутної. Крутизна фронту легування плавно зменшується з витратою металу.

2. Під час освітлення структури Ад - Аб^Лд^- Аіфь після вичерпання шару металу тонцкна легованої області продоетуя збільшуватись, а концентрація срібла в ній - зменшуватись. Після пониження концентрації до 10 ат.% подальшій перенос срібла визначається градієнтом освітленості об'єму, причому міграція іонного пакету завжди спрямовано в бік більш освітленої частини об’єму ХСН. Перенос іонів срібла при цьому обумовлений полем Демберя,

пов’язанім із великою різницею в ругливостях електронів і дірок.

3. Освітлення межі поділу срібло-легований сріблом А$253

забезпечує здійснення всіх стадій фотолегуввння: перехід срібла з легований ХСН, рух крізь леговану область і проникнення в кз-леговгзну область, тобто, переміщення фронту легування. Але при цьому концентрація срібла в легованій області перевицуп оптимальний рівень 32 ат.%. ■

4. При однаковій освітленості меж поділу мет&ч-легованнй та легований-нелеговвнкй А^з збудження світлом із області поглинання напівпровідника /А »436 нм/ приводить до не ода а нового внеску в процес фотолегування: швидкість останнього при освітленні ;.'.езі легований-нелегованкй ^45г53 втричі перевіцув ■ швидкість, спостережувану при освітленні протилежної межі.

5. Збільшення швидкості переносу срібла при освітленні структури А<3 - Аьг$>ьА^2 Н -Аіг&з обумовлене генерацією додат-швого електричного поля, знак та величина якого сприяють переносу іонів Ад+ в нелеговану область Аз^з .

6. Подальше зростання швидкості фотолегування досягається електронною компенсаціє» контактних полів, що стримують перенос металу у відсутності освітлення. При покращенні умов компенсації /зростання концентрації фотоносіїв, збільшення провідності зовнішнього кола/ швидкість фотолегування зростає.

7. При термолегувагші в структурі А^ - концентрацій-

ний профіль срібла має форму близьку до прямокутної, а крутизна фронту, як і при фотолегуванні, плавно зменшується в процесі витрачання металу.

8. ЕРС, генерована структурою під час

термолегування, визначається дифузійним полем ІЬрнста на межі’

леговвниЛ-нєлегованкй -As2S3 . її знак /мінус із боку легованої області/ відповідає більшій рухливості іонівАд+ У порівнянні

з електронами.

9. Компенсація поля Шркста електронними носіями приводить до прискорення процесу термолегуванля.

Цитована література:

1. Костиаяк М.Ї., Ыихайловеадя Е.В., Романенко П.Ф. Об зфсеетс фотографической чувствительности тонких подупроводакковік сяозв, находящихся иа изталличзских подложках // Физ. тверд, тела. - 1V66. - Т. 8, №2. - С. 571 - 572.

2. Данько В.A., Индутный И.З., Минь ко В.И. Ifcкоторые особенности электропроводности пленок As2S3 , ^отолегировагшис серебром// Стоика и химия стекла. - 1992. - Т. 18, №6. - С. 128 - 131.

Основні результати дисертації опубліковані в роботах:

1. Костышк М.Т., Касярум О.П., Кудрявцев A.A. О движении 1 фрахта фотостимуларованной диффузии Aç] в тонких плёнках As2S3// Тез. докл. Всесоюз. конф. "Стоялообразшге полуххро-водшш" .-Ленинград, 1985. - С. 316 - 317.

2. Ивдутний И.З., Кудрявцев A.A., Усстан й.В. Исследование гашшаческой ЭДС, »озгауаящей при даченка фронта лехаро-заиия в сввточувстватсльво;; састехло A&gS3 -Лд// Тез. докл.

5- 'й Всесоюз. ко::ф. "Бессервйрянио и кеойычиие фотог. про-nccu", Суздаль, 1988. - Черноголовка, 1988. - С. 69.

3. Индутннй И.З., Коломаец В,В., Кудрявцев A.A. оптическое по-глоценае и электропроводность тонких слоев /,SaSe3, фотоле-гированнкх серебром // Фундамент, основы опткч. памяти и среда.- 1990. - Вші. 21. - С. 102 - 103,

4. Фотосишудировашше процессы в светочувствительных системах Хси-А$/ В. А. Данысо, И.З.Индутннй, O.U.Касярум и др. - Ка es, 1989. - 26 с. — СДрепр. /All УССР, Ин-т полупроводников; Ш-Сі).

&. Kastjarùm O.P., Kuclryavtsev А-А. Me ch а кЦз/п oi photo-Stimutcxted Açj-migration Ln the votum* oi ChVS // Тез. докл. ¿іоздупар. кокф. "Кекристаллическке полупроводники - 6У", Ужгород, ІУ0У. - Т. 2. - Ü. ¿27 - 229.

6. Фотоэлектронные процссси на гранітах раздела н механизм переноса ионов в тонкослойной структуре ÀszS$ -Aÿ / В.А.дань-'

' ■ - ' М ■

ко, П.З.Ивдутккй, Л.А.Кудрявцев, В.И.Мшько // Тез. докл.

12- й Всесоюз. кокф. по £азнке полупроводников. - Киев. 1990. —Ч. 2, —С. 61—62,

7. Danko V.A., Jndutnyi I.Z., Kudryavtsev А.А., Mirtka t/,/. Photodopina in ASjS, ~Aq thin-fitm structure // Phys. Stair. Sot. Co.) . - /Я?/. - v. 12b, NH. - P. 235-241,

3. Электрические а оптические свойства тонких слоёз Д5253 « фото-легированних серебром / 3.А.Данько, И.З.Издутнкй, А.А.Кудряв-цев а др.// Укр. «из. ;зурн. - 1391. - Т.36, ”6. - С. 937-943.

3. Спектральные характеристики светочувствительности тонкоплёночной структур31 XCli-Ag / В.А.Дааьхо, И.З.Инд/тннй, А.А.Кудрявцев и др. // Фундамент. основы ошзге. паюти а среда. -ISSI. - £кп. 22. - С. 26 - 31.

10. ИедутыЕй И.З., Кудрявцев А.А. О рала границ раздела пря фо-

тосЕйтяарозаняоХ даКрузии серебра в тонкоплёночной структуре // iaii ло. - С. 21 - 26.

11. Взаимосвязь йето-ЗДС и фотояетпровгшия з структуре

/ й.З.Индутннй, А.А.Кудрявцев, 2.В.йша2яовская, ВЛ.ШаркЯ // Тез. докл. 2- 2 Зсесорз. конф. но разике стеклообразннх твёрдых тел. - Саласпалс, IS9I. - С. 130.

12. Ивдухгшй И.о., Кудрявцев А.А., михайловская Е.В. Сото-ЭДС в структурах As2$}~A$ • - Каев, I9SI. - 20 с. -(Препр.

/АН Украины. Ин-г полуяроводадазз; $ 10 - 91).

13. Иядуяша И.2., Кудрявцев А.А., Шхайловская 13.3. Сотослкду-

ларсванное переведение гетеросерехода я фото-ЗДС в структуре // Тез. докл. Меддузар. конф. "Оото-

хюш - 92", Каев, IS92. - С. 73.

14. Фото-ЭДС я ^омдиффузия серебра в тонвослойннх структурах A$z$3-A$ / А.А.Кудрявцев, В.В.Цахайлозская, И.З.ИкдутныЗ, В.2г.СаркЁ // Квантовая электроника (Кпез). - 1993. -

Знл. 45. - С. 45-49.

ПІдп. до друку 10.11.93. Формат 60x84/16. Лапір друк. }і 2. Офс., друк. Ум. друк. арк. 0,93. Ум. фарб.-відб. 1,05.

Обд. вид, егж. 1.0. Тгра?. 100 прим. Вам. 1532.__________________

РедакцВіно-видавнкчиіЗ відділ з поліграфічною дільницею Інституту кібернетики Імені З.М.Глушхова АН Україні1 252207 Київ 207, проспект Академіка Глушхова, 40