Электрофизические и оптические свойства градиентных структур на основе стеклоподобного AsS тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

^ ^ Шовак Іван Іванович

53

со «■

.V ^ УДК 621.315.592;577.23

ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ТА ОПТИЧШ ВЛАСТИВОСТІ ГРАДІЄНТНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ СКЛОПОДІБНОГО Аз&

Спеціальність: 01. 04. 10- фізика напівпровідників і

діелектриків

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Ужгород-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі твердотільної електроніки і в Науково-дослідному інституті фізики і хімії твердого тіла Ужгородського національного університету.

Науковий керівник: кандидат фізико-матиматичних наук,

Миголииець Іван Михайлович,

доцент кафедри твердотільної електроніки

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, с.н.с.

Провідна організація: Львівський національний університет ім. І. Франка, каф. фізики напівпровідників.

Захист відбудеться " 18 " січня 2001 р. о_14_ год на засіданні спеціалізованої вченої ради К61.051.01 при УжНУ за адресою: 88000 Ужгород, вул. Волошина, 54, ауд. 181.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Ужгородського національного університету (м.Ужгород, вул. Капітульна, 10)

Автореферат розісланий " "_________________2000 р.

Маслюк Володимир Трохимович, завідувач відділу фотоядерних досліджень Інституту електронної фізики НАН України

доктор фізико-математичних наук, професор Фекешгазі Іштван Вінцейович, завідувач відділу нелінійних оптичних систем Інституту фізики напівпровідників НАН України

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У наш час не зникає зацікавленість дослідників до аморфних напівпровідників, плівки з яких вже знайшли широке практичне застосування в опто- та мікроелектроніці: захисні шари, просвітлюючі і відбиваючі дзеркальні покриття, розгалуджувачі променів, радіаційні детектори, підсилювачі світла й перетворювачі сонячної енергії, пасивні та активні елементи, надпровідні тонкоплівкові структури. Використовуються тонкі плівки і для одержання інформації про загальні властивості твердих тіл, оскільки певні вимірювання зручніше виконувати саме на них, та розмірних ефектів, що проявляються у тонкоплівкових структурах і не мають місця у масивних зразках.

Нові прилади для вимірювання швидкості осадження компонент у процесі напилення, встановлення складу пари, нові випаровувачі, часто з автоматичним керуванням, дали змогу розробити нові технології одержання тонких плівок та функціональних структур на їх основі.

Важливою вимогою до тонкоплівкових структур є відтворюваність їх властивостей для різних технологічних партій. У структурах на основі масивних об’єктів або товстих шарів ефекти, пов’язані із взаємодифузією та хімічною взаємодією атомів на гетероконтактах з характерними товщинами ~ 100 А, як правило, можна не брати до уваги. У випадку розмірних тонкоплівкових структур роль інтердифузії та хімічних реакцій є дуже значною.

Особливий інтерес представляють розробки нового класу світлочутливих неорганічних середовищ, в основі яких лежить виявлене М.Т. Костишиним з співробітниками в Інституті фізики напівпровідників НАН України явище ’’фотографічної чутливості системи тонких шарів напівпровідника і металу”. Суть явища полягає в тому, що при опроміненні контакту деяких металів і халькогенідного склоподібного напівпровідника (ХСН) (для цього один або обидва шари повинні бути достатньо тонкими) у місцях засвітки спостерігається фотостимульоване перенесення металу в шар напівпровідника, створення проміжкового шару з високою концентрацією металу. Проміжковий шар характеризується властивостями, які суттєво відрізняються від властивостей вихідних компонентів, що є основою створення реєструючих середовищ.

На основі виявленого ефекту створені структури з високою роздільною здатністю. Вони перспективні для використання в якості

неорганічних резистів у електронній техніці, як середовища для голографічного запису інформації, в оптоелектроніці, тощо. Важливим результатом цих досліджень є спостереження електрорушійної сили (е.р.с.) у сендвічних структурах з шару із срібними та

алюмінієвими контактами при проведенні фотолегування. Було також встановлено виникнення е.р.с. при дослідженні електродних темнових явищ в плівкових сендвіч-структурах АІ-Аб^-АІ.

У зв’яку з перспективами практичного застосування вказаних явищ актуальним є розробка технології отримання тонкоплівкових градієнтних структур та проведення комплексу досліджень їх електрофізичних та оптичних властивостей.

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

Робота виконана на кафедрі твердотільної електроніки та в лабораторіях Інституту фізики і хімії твердого тіла УжНУ. Дисертаційне дослідження є складовою частиною науково-дослідних тем: "Дослідження фотофізичних процесів в аморфних світлочутливих плівках та наноструктурах для оптичної обробки інформації" (державна реєстрація №019Ш38487), "Дослідження процесів формування нано-мікроструктурованих напівпровідникових матеріалів на основі стекол та їх чутливості до дії зовнішніх факторів" (державна реєстрація №019811003104).

Мета роботи. Розробка фізико-хімічних основ створення тонкоплівкових градієнтних структур на основі склоподібного Аб^, дослідження особливостей переносу заряду, оптичних характеристик та проявлення фотовольтаїчного ефекту, вплив на них хімічного складу та концентраційного профілю речовин-модифікаторів, що мають як металічні, так і напівпровідникові властивості при різному положенні їх нормальних електродних потенціалів відносно водневого.

У відповідності до поставленої мети в роботі необхідно було вирішити такі завдання:

1. Вдосконалити фізико-технологічні умови одержання градієнтних структур <Аз283+Ме > (А1, Ві, РЬ) із керованим та відтворюваним розподілом останніх.

2. Провести теоретичну оцінку параметрів осадження компонентів пари на підкладку, вибрати та оптимізувати умови напилення шарів.

3. Здійснити контроль профілю градієнту речовини модифікатора в матриці Аб^з, кількісний та хімічний склад шару.

4. Оровести комплексне дослідження електрофізичних, фотоелектричних та оптичних властивостей одержаних аморфних градієнтних структур.

з

5. Встановити особливості впливу концентраційного профілю та хімічного складу речовин-модифікаторів на зазначені параметри тонкоплівкових структур на основі Аб283.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у слідуючому:

1. Встановлено кореляцію величини граничної концентрації речовини-модифікатора, що зберігає аморфний стан тонкоплівкової структури та її положення у Періодичній таблиці.

2. Показано можливість керованої зміни електричних та оптичних параметрів аморфних тонкоплівкових структур як хімічним складом, так і параметрами градієнту речовин-модифікаторів.

3. Виявлено фізичні фактори, що відповідають за формування бар'єру Шотткі-Мотта на межі структура-електрод. Показано, що його висота слабо залежить від роботи виходу металу електроду, а визначається профілем розподілу речовини-модифікатора біля приелектродних областей.

4. Виявлено наявність темпової е.р.с., механізм виникнення якої віднесено до інтегральних ефектів.

5. Запропоновано варізонну модель градієнтних структур <А5283+Ме > (А1, Ві, РЬ).

6. Встановлено та досліджено анізотропію кінетики фотопровідності при різних напрямках освітлення градієнтних структур.

Практична цінність роботи полягає в слідуючому:

1. Встановлено оптимальні режими одержання структур <Аз283+Ме> (А1, Ві, РЬ) для різного профілю градієнту речовини модифікатора.

2. Показана можливість дослідження профілю градієнту речовини-модифікатора методом Оже-спектроскопії, комбінованим з іонним травленням.

3. Установлено електропольовий ефект пам'яті, пов'язаний з індукованим градієнтом речовини-модифікатора в тонкоплівкових структурах.

4. На основі отриманих градієнтних структур, запропоновано просвітлюючі покриття, реєструючі середовища та інтегратор струму.

Особистий внесок автора. Дисертація написана згідно матеріалів досліджень, виконаних як особисто автором, так і разом із керівниками наукових тем, науковими співробітниками кафедри. У сумісних публікаціях, які включені в дисертацію, авторові належить обгрунтування методики одержання та дослідження, теоретична обробка та обгрунтування одержаних результатів, написання

більшості публікацій, а також участь в експериментальних вимірюваннях. Одержання градієнтних структур виконано при участі автора та співробітників Інституту електронної фізики НАН України.

Апробація роботи .

Основні результати роботи доповідалися і обговорювалися на VI Міжнародному симпозіумі "Тонкі плівки в електроніці" (м.Лазурне, Україна, 1995р.), 10-й Міжнародній конференції по тонким плівкам (м. Мадрід, Іспанія, 1995 р.), Міжнародній конференції "Фізика і застосування некристалічних напівпровідників в оптоелектроніці" (м. Кишинів, Молдавія, 1996 р.), Міжнародному симпозіумі з прогресивних технологій багокомпонентних плівок і структур та їх застосування у фотоніці (м. Ужгород, Україна, 1996 р.), VII Міжнародному симпозіумі "Тонкі плівки в електроніці" (м. Харків, Україна, 1996 р.), VI Міжнародній конференції "Фізика і технологія тонких плівок" (м. Івано-Франківськ, Україна, 1997 р.), на 3-й Генеральній конференції Балканського фізичного товариства (СЬШ-ИАРОСА, Румунія, 1997 р.), симпозіумі "Фізика конденсованої матерії" (Кладово, Югославія, 1997 р.), 11-й Інтернаціональній конференції "Дослідження наноструктур" (Салфорд, Англія, 1997 р.), Міжнародній конференції "Сторіччя електрона" (Ужгород, Україна, 1998 р.), Міжнародному семінарі "Фізика і технологія наноструктурованих, багатокомпонентних матеріалів" (Ужгород, Україна 1998 р.), 2-му Науково-практичному симпозіумі "Вакуумні технології і обладнання" (Харків, Україна, 1998 р.), щорічних конференціях професорсько-викладацького складу УжДУ.

Публікації. Матеріали дисертації відображені у 19 публікаціях, список яких приведений у кінці автореферату.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається із вступу, одного оглядового, трьох оригінальних розділів та основних висновків. Викладена на 130 сторінках, включає 57 рисунків, 4 таблиці, бібліографію із 153 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації , викладені проблеми, мета і основні завдання дослідження, формулюється наукова новизна й практична цінність роботи.

У першому розділі представлено сучасні уявлення про склоподібний стан речовини та описано моделі зонної структури халькогенідних стекол і переносу заряду в градієнтних матеріалах. Як експеримент, так і теорія свідчать про можливість використання зонної моделі енергетичного спектра у випадку аморфних напівпровідників для пояснення явищ переносу в градієнтних структурах. Така модель враховує наявність локалізованих станів, обумовлених відсутністю дальнього порядку, а також той факт, що щільність локальних рівнів ІЧ(Е) у щілині рухливості визначається хіміко-структурними особливостями будови речовини. Для моделювання переносу заряду в градієнтних структурах запропоновано використовувати набір дискретних гетероконтактів. Такі параметри контактів як ширина забороненої зони, значення потенціальних бар’єрів для носіїв заряду можна оцінити, використовуючи табличні значення для матеріалів, на основі яких реалізовано гетероперехід, або ж взяти з експерименту. Така методика особливо перспективна для функціональних структур на основі ХСН, у яких внаслідок високої технологічності можна реалізувати градієнт речовини-модифікатора в одному чи декількох напрямках.

У другому розділі приведено мас-спектрометричний аналіз складу пари при випаровуванні халькогенідного скла та термодинамічний аналіз методів одержання градієнтних структур.

Як при звичайному термічному, так і при лазерному випаровуванні ХСН в парі містяться важкі й легкі радикали, які формують конденсат на підкладці в значній мірі з готових структурних одиниць масивного зразка, що сприяє аморфізації плівок. Випаровування металу із порошка приводить до нестачі легких радикалів в парі ХСН, які, ймовірно, затримуються металом за рахунок утворення зв'язків типу сірка(селен)-метал. Важкі ж радикали мають слабку здатність мігрувати по поверхні підкладки та вбудовуватись в об'єм плівки, що формується.

Вибір необхідного технологічного методу визначається поставленою прикладною задачею, необхідними технічними параметрами градієнтної структури і наявними технологічними засобами. Наявність взаємозв’язку технічних параметрів структури з технологією її одержання диктує необхідність теоретичного аналізу

цього взаємозв’язку. Найбільший інтерес представляють методи термічного фракціювання багатокомпонентних сплавів і методи дискретного термічного та імпульсного лазерного напилення компонентів із двох і більше джерел одночасно.

Виявлені особливості дискретного термічного випаровування ХСН дозволяють оптимізувати умови отримання плівок із заданим хімічним складом по товщині, що відповідає складу вихідного матеріалу. Контрольована зміна співвідношення компонентів парової фази вказує на можливість отримання тонких плівок ХСН із заданими фізичними параметрами по товщині плівки.

Контроль хімічного та кількісного складу одержаних градієнтних плівок <Аз283 + Ме> (Ме-АІ, Ві, РЬ) проводився із застосуванням методу Оже-спектроскопії. Вибір методу обумовлений високою чутливістю до ідентифікації як легких елементів, так і тих, що мають велику атомну масу, можливістю профілювання по глибині з допомогою іонного травлення, малою глибиною виходу Оже-електронів, що принципово важливо для профілювання .

Кількісний аналіз дав можливість побудувати розподіл елементів по товщині плівки (рис.1), де вісь ординат - концентрація відповідних хімічних елементів в ат. %. Як видно з рисунку, плівка має градієнт компонентів із неперервним їх розподілом по товщині.

Рис.1. Розподіл елементів по товщині структури.

Таким чином, одержані плівки (Аз283)100 х+Мех, (Ме-АІ, Ві, РЬ) з неоднорідним розподілом компонент, очевидно, утворюють просторово- неоднорідний шар. У відповідності із зменшенням вмісту металу по товщині, зменшується густина неоднорідних областей.

У третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень електрофізичних та оптичних властивостей градієнтних структур.

Співставлення експериментальних даних по провідності градієнтних структур на постійному струмі дозволяє припустити, що протікання струму йде по делокалізованих станах. Температурна залежність сгсг добре описується експоненціальним законом. Протікання струму для досліджуваних зразків здійснюється електронними носіями, а іонна складова провідності не спостерігається. У досліджуваному інтервалі концентрацій металів, що вводяться, спостерігається зменшення енергії активації провідності Е0 при збільшенні їх концентрації. Зміна енергій активації провідності вказує на зміну густини електронних станів у забороненій зоні, можливе розширення і зсув краю валентної зони.

При дослідженні ВАХ для структур із однорідним розподілом Ві така залежність є лінійною для всього інтервалу прикладуваних напруг. У структурах із градієнтним розподілом металу помітні темнові і фотоструми короткого замикання, величина яких залежить від концентрації металу, що вводиться. Так, при збільшенні концентрації вводимого модифікатора в матрицю Аб^, величина вказаних струмів майже на порядок збільшується, кут нахилу кривих також зростає. В інтервалі напруг 0-И).3 В помітна лінійна ділянка, що переходить у степеневу функцію із показником 1.5-^2. Така залежність може бути пов’язана з обмеженням інжекційного струму просторовим зарядом структури. Ділянка ВАХ із показником степеня п«3.5-^4 свідчить про експоненціальний розподіл пасток у забороненій зоні в певному інтервалі енергій. ВАХ при такому розподілі описується виразом:

/ \ є / ( 1=1 \ и

,21+1 Vа )

де j - густина струму; ефективна густина станів у валентній зоні;

И(- загальна концентрація пасток в інтервалі між рівноважним рівнем Фермі і положенням квазірівня Фермі при даному зміщенні; я -елементарний заряд; ц - дрейфова рухливість дірок; е - діелектрична проникність градієнтного шару; /=Ді/кТ; к - стала Больцмана;Т -абсолютна температура^ - напруга; А- товщина шару.

Враховуючи даний вираз, безпосередньо знайдено характеристичний параметр розподілу локальних станів:

Аі=(п-1)кТ,

який змінюється з концентрацією металу. Оцінене енергетичне

положення локальних станів добре корелює із зміною енергії активації, визначеної по температурній залежності електропровідності.

При дослідженні спектрів краю поглинання встановлено його зсув у довгохвильову область і відповідно зменшення енергії оптичної ширини забороненої зони. Таке її зменшення може бути наслідком розширення верху валентної зони, дна зони провідності або утворення дозволених станів у забороненій зоні. В області енергій, менших Е8, коефіцієнт поглинання експоненціально залежить від енергії фотонів, що обумовлено експоненціальним розподілом локальних станів або наявністю внутрішніх полів. Ця ділянка описується як:

а~ехр(Ьу/ср0),

де ф0- характеризує розмиття краю при введенні металу.

Основними параметрами, необхідними для побудови зонної діаграми є енергія електронної спорідненості %, ширина забороненої зони Ев, яка змінюється з товщиною та положення рівня Фермі. Використовуючи значення ширини забороненої зони та енергії активації, визначені по оптичному поглинанню та електропровідності при різних концентраціях металів, запропонована зонна модель градієнтної структури, яка приведена на рис. 2. На діаграмі також зображено енергетнчний бар’єр на межі А1-Аб283 і А1-<Аз283+Мє>, висота якого визначалась по фотоемісії дірок із А1 у градієнтний шар.

У четвертому розділі розглядаються результати досліджень фотовольтаїчних досліджень та аспекти практичного застосування. Було виявлено, що у звичайних умовах (без прикладання електричного

поля) градієнтна структура А1-<Аз283+Ме>-А1 є джерелом електрорушійної сили. Е.р.с. спостерігається шляхом підключення до такої структури електрометра з досить великим вхідним опором (ІІвх>1010 Ом).

Дослідження проводились на градієнтних сендвіч-структурах <Аз283+А1>, <Аз283+Ві>, <Аз283+РЬ> з симетричними алюмінієвими електродами. Останнє забеспечувало компенсацію впливу контактної різниці потенціалів на ВАХ. Вимірювання проводились шляхом реєстрації е.р.с. або струму в зовнішньому колі у темноті і при освітленні. Виявлена темнова е.р.с. при кімнатній температурі складає сотні мілівольт. Її величина і полярність залежать від концентрації і типу металу, що створює градієнтний шар. Електрод з боку максимального вмісту Ві завжди має додатній потенціал, а із А1(РЬ) -від’ємний. У структурі з однорідним розподілом металу по товщині шару величина е.р.с. на півтора порядку менша.

На умови виникнення е.р.с. сильно впливає оточуюче середовище. Коли зразки розміщувались у вакуумі, величина е.р.с. дещо зменшувалась. Нагрівання структури до ЗО °С з вмістом алюмінію приводить спочатку до різкого зростання значень е.р.с. до 0.6-^0.7 В, потім до поступового спаду. Більш плавний процес спостерігається у структурах із Ві(РЬ) (рис. 3). Така поведінка пояснюється активаційними процесами в середині градієнтної структури. Зростання струму навантаження йде не тільки по причині зростання е.р.с. з температурою, але, головним чином, через зменшення внутрішнього опору джерела е.р.с.

Е,в

Рис.З. Температурна залежність е.р.с. структур:

1- АІ-<Аз283+Ві>-А1; 2- АКАвД+РЬ^АІ; 3- А1-<Аз283+АІ>-А1.

Виникнення електрорушійної сили в створених градієнтних структурах можна пояснити проявленням хімічного і електропольового механізмів. На хімічну природу вказує факт сильної залежності величини темнової е.р.с. від тиску повітря оточуючого середовища (кількості вологи), а її стабільність у вакуумі вказує на роль градієнту концентрації, існування внутрішніх полів і працездатність електропольового механізму переносу носіїв заряду.

Відомо, що наявність потенціальних бар’єрів і внутрішніх електричних полів створює умови для просторового розділення носіїв заряду. Дійсно, в процесі створення шарів змінного складу по товщині з скла А5283 і Ві (А1,РЬ) виникають зміни фазового складу та інші структурні неоднорідності (вакансії, вільні зв’язки, мікропори) в полікристалічних і аморфних областях. За рахунок різниці в концентрації атомів металу по товщині структури і наявності структурних неоднорідностей, розміщених на різних відстанях один від одного, у напівпровіднику виникають області, які від дають зарядів більше, ніж приймають, що приводить до виникнення внутрішніх полів і прояву електропольового механізму переносу носіїв заряду.

Той факт, що алюміній (свинець) і вісмут по-різному взаємодіють з Ав^з, підтверджує наявність в градієнтних структурах одночасно хімічного та електропольового механізмів виникнення е.р.с. В структурах з градієнтним розподілом алюмінію відбувається "розчинення" алюмінієвого електроду (його руйнування), що підтверджує перевагу в них ефекту хімічної природи. Такі структури менш стабільні, їм властивий механізм швидкого "старіння". Градієнтні структури, що вміщують Ві, проявляють більш стабільні значення е.р.с., вони практично не змінюють свого вигляду з часом, майже не змінюють своїх параметрів у вакуумі, що вказує на перевагу в них електропольового механізму переносу носіїв заряду.

Дослідження фотострумів градієнтних структур <Аз283+Ме>, Ме-А1, Ві, РЬ показало, що це високоомні фоточутливі структури з великим питомим опором КУМ О12 Омм. Абсолютне значення фотострумів у них лежить в області ІО^-ИО-6 А в залежності від технології одержання зразка і освітленості.

Незалежно від типу вводимого металу максимум фоточутливості для всіх зразків зсувається в довгохвильову область і його величина зменшується. Спектр фотопровідності добре корелює із краєм поглинання. Максимум фоточутливості при кімнатній температурі майже співпадає із значеннями Е8, одержаними екстраполяцією залежності (а-Ьу)1/2 від Ьу і його величина залежить від концентрації вводимого металу.

Зсув максимуму фотопровідності свідчить про наявність електрорушійної сили, яка пов'язана із розподілом світлової енергії у градієнтному шарі. Роль поля виконує фотодифузійне поле Дембера. Воно виникає у ХСН при неоднорідному освітленні об'єму у зв'язку з великою різницею у дрейфових рухливостях електронів і дірок (у АбД

^уК~104)-

По одержаних результатах експериментальних досліджень розглянуто можливість практичного використання градієнтних структур <Аз283+Ме> (Ме- А1, Ві,РЬ). Намічено можливі напрямки подальших розробок і запропоновано:

а) використання неоднорідної (градієнтної) плівки в якості просвітлюючих (відбиваючих) покрить для оптичних елементів з матеріалів з високими значеннями показника заломлення;

в) інтегратор кількості електрики, який може бути використаний в системах контролю і вимірювання часу роботи обладнання, в пристроях автоматики, мікроелектроніці.

Основні висновки

1. Вдосконалена технологія сумісного напилення ХСН і металу, придатна для створення структур змінного складу.

2. При напиленні плівок (Аз283)100 х+Мех, Ме(А1, Ві, РЬ) з неоднорідним розподілом компонент, утворюється просторово неоднорідний шар. Проаналізовано хімічний і кількісний склад напилених шарів з допомогою Оже-спектроскопії і встановлено концентраційний профіль градієнтних структур у залежності від введених металів.

3. Енергія активації електропровідності і оптична ширина забороненої зони змінюються монотонно (майже лінійно) із зміною введеного металу, шо узгоджується з уявленнями про створення дозволених станів поблизу країв зон. Розподіл цих станів по енергії характеризується величиною найбільш імовірної флуктуації електричного потенціалу, здатної створити цей стан.

4. На межі А1-<Аз283+метал>-А1 створюються блокуючі бар’єри Шотткі-Мотта. Висота бар’єру слабо залежить від роботи виходу металу, технології виготовлення зразків, а визначається, у значній мірі, профілем розподілу введеного металу, особливо його концентрацією біля приелектродних областей.

5. У структурах з градієнтним розподілом металу виявлені темнові і фотоструми короткого замикання, величина яких залежить від профілю і типу введених металів. Виникнення електрорушійної сили в градієнтних структурах віднесено до інтегральних ефектів (хімічного

і електропольового).

6. Дослідження фотострумів градієнтних структур <As2S3+Me> (Me- Al, Ві, Pb) показало на можливість керування спектральними характеристиками шляхом зміни товщини і складу. Абсолютне значення фотострумів залежить від освітленості і концентрації металу в структурах. Спектр фоточутливості добре корелює з краєм фундаментального поглинання.

7. Встановлено зсув максимуму фоточутливості при повторному освітленні, який пов'язаний з протіканням фотохімічних реакцій. Кінетика фотопровідності характеризується короткочасовими (долі секунд) і довгочасовими (хвилини) складовими і пояснюється процесами рекомбінації основних носіїв (дірок) та їх прилипання до існуючих пасток різної глибини і концентрації. Механізм перенесення нерівноважного заряду у градієнтних структурах має місце через локальні центри з великим перерізом захоплення для електронів.

8. Розглянуто можливість практичного використання градієнтних структур <As2S3+Me> (Me- Al, Bi,Pb):

а) в якості просвітлюючого покриття для оптичних матеріалів;

в) як інтегратор кількості електрики для систем контролю і вимірювання часу роботи обладнання, в пристроях автоматики та мікроелектроніці.

Основні результати роботи опубліковані в наступних статтях і тезах конференцій:

1. Шовак 1.1., Миголинець І.М., Попович 1.1., Бобонич Е.П. Технологічні засоби і пристрої одержання градієнтних плівок// Праці Українського Вакуумного товариства.- 1995.- Т.І.- С.104-106.

2. Гаврик Е.В., Миголинец И.М., Мучичка И.И., Попович И.И., Шовак И.И. Получение и исследование физических свойств тонкопленочных градиентных структур на основе сложных халькогенидов// Труды VI Международного симпозиума ’’Тонкие пленки в электронике” (Москва-Киев-Херсон, 1995).- Том 1.- 1995.-С. 34-36.

3. Migolinets I., Shovak I., Popovich I., Lada A., Pinzenik V. Obtaining and electrical peculiarities of the chalcogenide glass // Abstracts Book ’’10th International Conference on thin films” (Salamanca 1996).- Salamanca:- 1996.-MoAFPo 004.

4. Migolinets I., Shovak I., Popovich I., Lada A., Chereshnya V., Mikulaninets

S. Obtaining and electrical peculiarities of the gradient structures on the basis chalcogenide glass // Abstracts Book ’’Internationale workshop on advanced

technologies of multicomponent solid films and structures and their aplication in photonics” (Uzhgorod, Ukraine).- 1996.- P.- 38.

5. Migolinets I.M., Shovak I.I., Gerzanich O.I., Guranich P.P., Lada A.V., Bobonich P.P. The ivestigation processes transportational charges in thinfilms structures with space heterogenity // Book of Abstracts ” 11,h International Conference on tomary Compounds”.- (Salford, UK).- 1997.- P.-10.

6. Migolinets I., Shovak I., Popovich I., Lada A., Pinzenik V., Mikulaninets

S. Electromotive force in the structures metal-gradients films <As2S3-Al(Bi)>-metal // Abstracts ’’NATO Advanced Reserch workshop”.- (Chisinau, Moldova).-1996.-P.51-52.

7. Migolinets I., Shovak I., Popovich I., Lada A., Pinzenik V., Mikulaninets

S. Electromotive force in the structures metal-gradients films <As2S3-Al(Bi)>-metal // Physics Applications of Non-Crystalline Semiconductors.- 1996.- V. 36.- P. 461-462.

8. Migolinets I.М., Shovak I.I., Lada A.V., Pinzenik V.P., Bobonich P.P. Photo-and dark curunts in gradient structures // Abstract Book ”3rd General Conference of the Balcan Physical Union”.- (CLUJ-NAPOCA, Romania).- 1997.- P. 196.

9. Bobonich E.P., Bobonich P.P., Fekeshgazi I.V., Mitsa V.M., Bletskan D.I., Shovak I.I. Electroluminiscent displays contrast layers: a new aplication of the chalcogenide materials // Abstract Book ”3rd General Conference of the Balcan Physical Union”.- (CLUJ-NAPOCA, Romania).- 1997.- P. 156.

10. Шовак 1.1., Миголинець I.М., Лада А.В., Лоя В.В., Микуланинець С.В. Темнова і фото-ЕРС в структурі метал-градієнтна плівка <As2S3-Al+Bi>-MeTan // Тези доповідей VI Міжнародної конференції’’Фізика і технологія тонких плівок”.- (Івано-Франківськ).-1997.- С. 70.

11. Lada A.V., Loya V.Yu., Puga P.P., Migolinets I.M., Shovak I.I. Obtaining and investigation of photoelectrical peculiarities of thin films structures metal-gradient films <As2S3-Al(Bi), Al+Bi>-metal //Proceedings ’’The Centenary of Electron (El-100) (Uzhgorod. Ukraine).- 1997.- P. 229-231.

12. Gerzanych O., Shovak I., Shusta V., Migolinets I., Lada A.. The influence of pressure on fundamental absorption of the films <As2S3+Al(Bi)> with the spatial heterogenity // Zbomik apstrakata ’’Simpozijum о fizici kondenzovane materije”.- (Kladovo, Yugoslaviya).- 1997.- P. 52.

13. Migolinets I.M., Shovak 1.1., Yurkovich N.V., Penzenik V.P., Lada A.V. Electromotive force in gradient films on the basis of glass-like sulfphyr germanium // Zbomik apstrakata ’’Simpozijum о fizici kondenzovane materije”.-(Kladovo, Yugoslaviya).- 1997.- P. 54.

14. Юркович H.B., Шовак I.I., Миголинець I.М., Лада А.В., Пинзеник В.П. Фотовольтаїчний ефект в неоднорідних плівках плівках

<Ge2S3+Al(Bi) // Збірник тезісів ’’Міжнародна науково-практична конференція з фізики конденсованих систем”.- (Ужгород).-1998.- С. 1 ІОНІ.

15. Shovak І.І., Migolinets І.М., Pinzenik V.P., Chereshnya V.M., Yurcovich N.V. Electrical and optical properties of thin chalcogenide films with gradient of composition // Abstracts ’’Physics and technology of nanostructured, multicomponent materials”.- (Uzhgorod).- 1998.- P. 63.

16. Шовак I.I. Осадження та фотовольтаїчні властивості тонкоплівкових шарів Me-<As2S3+Me>-Me (Me- Al, Ві, Pd) із градієнтом складу II Вопросы атомной науки и техники,- 1998.- Вып. 5(6).- С. 246 - 248.

17. Микуланинець С. В., Миголинець І.М., Попович І.І., Шаркань Й.П., Шовак І.І., Юркович Н.В. Вивчення процесів термічного випаровування стекол системи Ge-S і Ge-Sb-S-J // Вопросы атомной науки и техники.- 1998,- Вып. 4(5).- С. Ill- 113.

18. Шовак I.I. Електрорушійна сила в градієнтних структурах А1-<As2S3+Me>-Al, Ме(А1, Ві) // Вісник Ужгородського Університету, серія фізика,- 1999,- №3,- С. 76-79.

19. Shovak 1.1., Migolinets I.M., Pinzenik V.P., Chereshnya V.M, Yurkovich N.V. Electrical and optical properties ofthin-film layers with chalcogenide gradient structure // Functional Materials.- 1999.- v. 6, №3.- p.493-496.

Шовак I.I. Електрофізичні та оптичні властивості градієнтних структур на основі склоподібного As2S3 - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10. - фізика напівпровідників та діелектриків. - Ужгородський національний університет, Ужгород, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню структур змінного складу по товщині, одержаних на основі склоподібного As2S3Ta модифікаторів А1, Ві, РЬ. Розглянуто фізико-технологічні умови одержання градієнтних структур із керованим та відтворюваним розподілом складових компонентів, проведено теоретичну оцінку параметрів осадження компонентів пари на підкладку, вибрані та оптимізовані умови напилення шарів. Досліджено вплив концентрації модифікаторів, що вводяться, на електрофізичні і оптичні властивості градієнтних структур. Показано, що енергія активації електропровідності і оптична ширина забороненої зони змінюються монотонно (майже лінійно) із зміною введеного металу. Виявлено темнову і фото-електрорушійну силу та досліджено вплив наїї величину і полярність концентраційного профілю і типу металів, які містить градієнтна структура. Виникнення електрорушійної сили віднесено до

інтегральних ефектів (хімічного і електропольового), вказано на можливість керування спектральними характеристиками структури шляхом зміни її товщини та складу.

Ключові слова: градієнтна структура, модифікатор,

концентраційний профіль, оптичні параметри, електрорушійна сила, енергетична діаграма.

Shovak І.І. Electro-physical and optical properties of gradient structures. -Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 01.04.07. - solid state physics. - Uzhhorod National University, Uzhhorod, 2001.

The dissertation is devoted to the investigation of the structures of changeable content on thickness, obtained on the basis of glass-like As2S3 and Al, Bi, Pb modificators. The physical and technological conditions of the obtaining of gradient structures with directed and reflected distribution of components have been under consideration.The theoretical estimation of the precipitation parameters of steam components on the substrate has been performed. The conditions of layers evaporation have been choosen and optimized. The influence of the concentration of modificators included upon the electro-physical and optical properties of gradient structures have been investigated. As it was revealed the energy of the electrical conductivity, activation and the optical breadth of the forbidden zone is changing monotonally (almost linearly) with the change of the metal included.

The dark and photo- electromotive force has been revealed as well as the influence of the profile of concentration and the type of metal the gradient structure contains upon its size and the polarity. The origin of electromotive force in gradient structures have been referred to the integral effects (chemical and electrofield). The possibility of the direction of structure spectral characteristics by changing its thickness and content has been pointed out as well.

Key words: gradient structure, modificator, concentration parameters, optical properties, electromotive force, energetic diagram.

Шовак И.И. Электрофизические и оптические свойства градиентных структур на основе стеклообразного As2S3 - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.10. - физика полупроводников и диэлектриков. - Ужгородский национальный университет, Ужгород, 2000.

Диссертация посвящена исследованию структур переменного состава по толщине, полученых на основе стеклообразного As2S3 и

модификаторов А1, В1, РЬ. Рассмотрены физико-технологические условия получения градиентных структур с управляемым и воспроизводимым распределением составных компонентов, проведено теоретическую оценку параметров осаждения компонентов пара на подложку, выбраны и оптимизированы условия напиления шаров.

С использованием Оже-спектроскопии проанализировано химический и колличественный состав напыленных слоев и определен концентрационный профиль. Установлено корреляцию между предельной концентрацией веществ-модиффикаторов, которая сохраняет аморфное состояние структуры и их расположения в Периодической таблице элементов.

Исследовано влияние концентрации введенных модификаторов на электрофизические и оптические свойства градиентных структур. Показано, что энергия активации электропроводности и оптическая ширина запрещенной зоны изменяются монотонно (почти линейно) при изменении введенного металла. Обнаружено темновую и фото-электродвижущую силу и исследовано влияние на ее величину и полярность концентрационного профиля и типа металла. Образование электродвижущей силы отнесено к интегральным эффектам (химического и электрополевого), указано на возможность управления спектральными характеристиками структуры путем изменения ее толщины и состава.

Исследование фототоков градиентных структур показало возможность управлять спектральными характеристиками путем изменения толщины и составляющих. Механизм переноса неравновесного заряда в градиентных структурах идет через локальные центры с большим сечением захвата для электронов.

Ключевые слова: градиентная структура, модификатор, концентрационный профиль, оптические параметры, электродвижущая сила, энергетическая диаграмма, просветляющее покрытие.