Исследование оптических особенностей фотолегированных слоев халькогенидных стеклоподобных полупроводников тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

>ГБ ОД

2 2 АВ^ 199^Нац10калька акадсм1я наук УкраТнн 1нститут фвики нашвпровщнишв

На правах рукопису

СТЕЦУН Аполлшарш 1ванович

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ОПТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ФОТОЛЕГОВАНИХ ШАР1В ХАЛЬКОГЕНЩНИХ СКЛОПОД1БНИХ НАП1ВПРОВ1ДНИК1В

01.04.10 — фЬика нап!впров1дниюв та Д1електрик1в

Автореферат дисертацн на здобуття наукового ступени кандидата ф!зико-математичних наук

KHÏB 1994

Дисертащею е рукогшс/ ••

Робота виконана в 1нститут1 ф1зики нашвпровщнишв HAH Украши.

Науковий кер1вник: доктор ф1зико-математичних наук

1НДУТНИИ 1ван Захарович.

Офщшш опонентн: доктор ф1зико-математнчних наук, про-фесор ФЕКЕШГА31 1штван Вшцейович,

доктор ф1зико-математичних наук ПОПЕРЕНКО Леонщ Володимирович.

Провщна оргашзащя: 1нститут проблем реестрацп шформацп HAH Украши.

Захист вщбудеться » ^¿¿¿¿^ 19^р. —

год. на зааданш спещал1зовано! вчено1 ради К 016.25.01 при 1нститут1 ф1зики нашвпров1дниюв HAH Украши за адресою:

252650 МСП Kni'B 28, проспект Науки, 45.

3 дисертащею можна ознайомитися у б1блютещ 1нстнтуту ф1зики нашвпровинишв HAH УкраГни.

„ М ¿¿¿JlsMdi ,

Автореферат роз1слании —» ——--- 19 р.

Учений секретар

спещал1зовано1 вчено! ради БЕЛЯ6В О. 6.

\

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

АктуальнЮТь тени.

Розробка 1 досл1дшення рееструючих оередовищ для оптичш/о ?<а-пису 3.нформац11 в наш час вид!лились в окремий. перспективный иауковий напрямок. Основна увага в цьому напрямку прид!лястьсн досл1дженню ков ж ф1зичних та 1нженерно-технолог1чних принциШв, як! б дозволяли покращувати параметри резструючих середовищ. Одним 1з нових перспекгивнкх клас!в рееструючих середовищ е тонхсшаров1 св1тлочутлив1 сгруктури нап1впров1дник-мегал, як1 характеризуються надзвнчаяно високою раздельною здатн!стю 1 вксорнстовуються як не-оргчн1чния резист в оптичн1я та електронн1й л1тогрэфН, як сере-довище для голограф!I, виробництва голограф!чних оптичних елемен-т1в, запису 1нформац11. СаЛтлсчутлив! струитури нагивиров^ник-ме-тал утворгають тонк1 пари металу (звичаяно ср1бла чи м1д!) та халь-коген1дного схлопод!бного нап!впров!дника (ХСП), осаджен! на п!дкладку. П1д д1ею осв1тлення нетал дифундуе в ХСН, утвсрюючи пром1»ний шар фотолегованого металом нап!впров1дника. Це явище называть фотосгимульованою дифуз1ею, чи фотолегуванням.

Основу практичного застосування таких св1тлочутливих структур складае в!дм1нн!сть ф!зико-х!м!чних властивостея фотолегованих ша-р1в в1д нелегованих, що приводить до зм!ни оптичних характеристик (вШивання, пропускания), а також розчинносг! в лужних розчинах експонованих д1лянок структур ХСН-метал.

0птичн1 властивост! фотолегованих иар1в визначають оооблйвост! взаемодН св1тла 1з св1тлочутливою системою нап1Бпров1дник-метал, тобто вони зв'язан! безпооередньо 1з механиком явища фотолегуван-ня. Тому досл!дження оптичних властивостея фотолегованих Еар1Е ХСН е актуальным як у фундаментальному в1дношенн1 - для вивчення механизму явиша фотолегування, так 1 для приклад них ц1лей. Однак систематнчних огггичних досл1даень, як1 охоплюють широкий спектра-льния 1лтервал 1 р!зн1 склади леговгчих металами кап!впров1дни-к!в, до початку дано! роботи виконано не було.

ЗмШи властивостей ХСН внасл!док фотолегування обумовлен! ' оообливосгями взаомод!! домшкових атом 1в металу з атомами халько-гэну, утворенням х!м1чних эв-язк!в та 1х характеристика?«!. Зв'яэу-вання металу в матриц! ХСН моте привести до зм!н сонно! струтстурн, перерозподЫу густини електронних сгак!в, зм!ни ближнього чи ое-

реднього порядку, що буде проявлятись в першу чергу в оптичних властивостях таких сподук. Досл!дшуючи оптичн! спектри фотолегованих шар!в у широкому спектральному штервал!, включаючи область проеопост!, и1жзонне поглинання, коливн! спектри. моина визначити знй! зонно! структури, зробити певнг висновки про зв-яьки атом!в , металу в матриц! нап1впров!дника та структуру фотолегованих шар1а. ХОН. В зв\,зку 1з оообливосгями фотолегованих зразк1в, як! одер-- . жуються у вигляд1 тонких аморфних пл1вок, осаджених на п1дкладку, оптичн1 методи досл!джень в найб!льш зручними та шформативними.

Тому мета дано! роботи полягаз в систематичному вивченн! оптичних властивостей фотолегованих металами халькоген1дних склопо-д1бних нап1Епров1дник1в, всгановленн1 особливостей 1х сгруктури 1 вклычэе так1 пункта:

- досл1диення спектр!в м1жзонних електронних переход!в нелего-ваних та фотолегованих сргбл'ом шар1в ХСН, вивче:гая впливу фотоле-гуванкя неталом на розпод1л густини електронних стан1в валентно1 зони нап1впров1днжа;

- досл1дження спектр1в !нфрачервоного (14) поглинання та ком-б!кац1йного розс!яння св1тла (КРС),'1х модиф1кац!1 при фотолегу- ■ ванн1 металами;

- анал1з зм1н, як! в!дбуваються в густин1 фононних стан!в на-п1впров1дник1в при фотолегу ванн 1, в становления основних особливостей у^ворення х1м1чних зв'язк!в м1ш атомами металу та нап1впров1д-никовою матрицею, структури фотолегованих шар1в, 1х динам 1чних характеристик.

Як об'ект досл1дження були вибран! фотолеговаи! ср1блон та 'м1ддю>ари Ал^Бд, А52Бе3с Се32» СеБе^. Вивчення нап1Бпров1дник1в разного складу з деякими в1дм1нностями структури скловидно! матриц! дав можлив!сть э!ставляти 1х оптичн! власгизост!, встанови-ти ьайб1лып характерн! особливосг! х!м!чних зв'язк!в м!ж атомами металу ! нап1Бпров1дника, структури фотолегованих ¡нар1в ХСН.

Наукова новизна.

1. Досладжен! спектральн! залежносП оптичних постШних *т1 е^ фотолегованих ср1блом шар1в Азг5я, Аз25е3, СеВе?, СеБ^ в области м1жзонних електронних переход!в.

2. Виконаний анал1з змш густини електронних стаи!в х вераш! , •

валентно! зони ASgSg 1 GeSe^ при фотолегуванн! срЮлом. Розрахо-ван1 гусгияа електронних сган1в у верккн! валентно! зони, ефектив-не число электрон in для одн!с! формульно1 одиншп осла, еЛуктквна д!електркчна пронисн1сть нелегоЕаних та фотолеговзних ср!блом ша-р!в А32S3, Gf;5o2.

3. Проведено сисгематичне досл!дження спектр !в 1нфрачервоного поглннання та ко?лб1нац!яного розс!яння с в 1т л а фоюлеговзних. cpjö-лом та м!ддю халькоген!днмх нап1впров!дник!в р!зного складу (ASgS,, ASgSeg, CeS2, CeSe2).

• 4.: Вперше роирахована густина фононних сган1в фотолегованих aap 1в складу As^S^Agg CeSgAgQ CeSsgAgg 75. Одержан! спект-ральн1 sajie!?,K0CTl сп!зставлен! !з "спектрами густини фононних ста-н1в в1дпов1док кэлегованюс нап1впров1дннк!в.

Практична ц!нн1сть результатов доол!дженъ.

. Вшнамен! оятичн1 константи келегованих та фотолегованих шар 1в : халькоген!диих нал !в проводников разного складу в широкому спектральному 4нтервал1. Одержан!.спекггральн! залежносг! можуть бути ви-tcopiicrani для onrmisaull технолог!чних процес!в запису 1нформа-ц!1, л1тогрпф!1 на свХтлочутливкх системах нап1вирсв1дник-метал.

. На захкст в;аюсяться так! положения:

I) фотолэгуванкн сргблоя ХСН приводить до зб!льиення густини елзктрсннюс стан!в у вервии! валентно! сонк цих нап1впров!цшк1в. Токе зб!ль®ення проявляться у зростзнн! абоолютних значень в облает! краю шглинання та и!жэонних переход 1в, зменшенн! ширили заборонено! зони ! зм1н! п<зржетр!в одноосциляторно! модел!, зб1-льаени! ефоетявного числа, електропю i ефективно! д!електрично1 пронихкост!;

: 2) атомн кэталу зв-язуоться з матрицею нап!впров1дника за до-псйогоо ксорджадЗ-пннх 1 йоряальниу югаалентних зэ'язк!в нетал-ха-лысоген. Ц;о| з®-зэкам в!дпов1дають ,'слабк! смути в н»зыичасготн1й ;. облает! спектр1в 14 поглшання та КРС . Формування цнх зв'язк1в е такс« я!дпоз!дальк1Ш за певний перерозпод!л в rycnmi фононних стги!в фотолегованих шар!в по Шдноеонни до нэлегованих;

: . 3) осковка часткиа зв'йзк!в нап!впров!дш2гово1 матриц! в прочее! фотолетування залшаеться непошкодкеною, в,о п1дтверд«увться приблизкоа р1вн!стю 1нтегралыю1 !нтенснвяост! основиих очуг

спектрíb 14 поглннання, КРС та густини фононних стан1в фотолегова-ннх та в!дпов1дикх нелегованих шар1в;

4) фотолегування ХСН ср!блом та м!цдю приводить до под!бних зм1н в коливних спектрах хадъкогеШд 1в. ¡до св!дчить при однакоау при} оду х1м!чних зв'язк!в цкх метал íb э нап1впров1дниковою матри-

иаю.

Апроба:ц1я роботи,

Результат« роботи були представлен! на II Всеоошн1й конфе-рекцИ з ф1зики скловидних твердих т!л (Рига, 1991), III Всесоюзна нарад! "Внкористання ХСН в оптоелеэтрояШ" (Кшин1в, 1991), конференц!ях м!жнародного товариства оптично! техн1ки (SPIE) в м. Сан-Д1его (CIA) 1933 р., вн. Киев! 1993 р.

ПублжацП.

Ochobhí результата дисертацИ опубл!коаан! в 8 роботах, пере- • л!к яких наведено а к1нц1 автореферату.

Bei статт! написан! в cniBaBTopcTBi. Особистий вне сок автора в ц! роботи полягаз у вдосконалеин1 методики досяодження опт ич них констант тонких пл!вок, проведенн! вкм1рювань спектр 1в в1дбивання та пропускания, розрахунку спектра льних залешостей оптичних конс.'энт.

Дисертант вмконав обробку, 1нтерпретац1ю та узагальнення одер-ааних результат!в. Досл1дшеккя проводились пошукачем самост!йно

п1д кер1вництром доктора ф!з.-мат. наук 1ндутного 1.3.

Структура та об-ей дксертац11.

Дисертац!я асладаетъся 1з вступу, п 'яти глав i п!дсукк!в. В робот! 127 сторхнок машинописного тексту, 35 иалюнкга, 2 таблиц! i список л!тературм 1з 133 назв.

Оснсвния зм!сг роботи.

обгщщйвана актуалийая® лшт 'яивефвац&Ь* сформулъо-вана мета фиолегуван-

-

ня, визначена практична Цнн1сть досладження оптичних властивостея фотолегованих mapiB ХСН. Викладений стислий амicT п'яги глав роботи, приведен! положения, що виносяться на за х и err.

У перш!я глав! проанал!зована литературащо стосуеться дос-л!дження оптичних властивостея фотолегованих шарis ! явища фото-легування в св1тлочутливих структурах нап1впров!дник-метал. Показано, що експерименталън! роботи, в якмх розглядьсться явице фото-легування, можна умовно розд!лити }ia дв! групп. До першоЗ. групп (южна вхднести роботи, в яких вивчаеться безпосередньо сам процес фотолегування i яого фенсменолсг!чн! характеристики - св!тлочутли-BlCTb, концентраЩйний проф!ль металу у нап1впров!дншсу, к1ноткка вичерпання неталу ! руху Фронту дифузИ, доел Жжения електроруи!й-них сил, як! генеруються при осв!тленн1 св!тлочу1.ливих структур иап!влров1дник-метал. вегановлення област! поглинання актиничного св!тла ! т.д. Друга трупа роб it зв'язана з вивченням фотолегованих шар!в як продукта фотолегування в св1тлочутливИ» структур! : нап!впров1дник-метал. ВласггивосП i структура пром1жних фотолего-них шар!в в!д!грають значну роль для прот!какня процеиу фотолегування, проте вони !ще недостатньо вивчен!.

Загалънов1донс>ю оптичною б ластив !стю фотолегованих шар!в е зеув краю поглинання такого шару у бш менших енерг1й в1дносно до краю поглинання нслегованого шару. Однак ця властив1сть не була щз обгрунтовано пояснена, оскальки детальний акал!з спектрально! залежноегг! оптичних констант в облает! поглинання нап!впро-в!дниково1 матриц! ! модифжацП густини електронних стан in у вершин! валентно! зонй не виконувався.

Традиц1йними оптичними методами досл!дження структур« нап1в-пров1дник!в е спектроскоп!я !нфрачервоного поглинання ! комб!ла-ц!йного розс!яння сз1тла. Проте за допомогою цих метод1в досл1дну-валось т!льки скло складу As-S-Ag. Суттевим недол!ксм цих досл!д-жень е те. що однор!дн!сть розпод!лу ср!бла по товцин! Hanienpo-в!дника не контролювалась. Спектри 14 поглинання були вхвчен! для шар1в As7S3, як! наносились методом центрифуги Ш, хоча звичайно _ при досл1дженн! фотолегуЕання використовуеться метод вакуумного капилення плиок. 1нтерпретац1я, яка була запропопована авторами роб!т [2,31 при доелlaffiOHHi спектр1в КРС, не эовс!м узгодшусться з висновками. як! були зроблон! при досл!джеин! спектрИ* 14 поглинання. Так, автори роботи ill Мдзначили. що в спектрах 14 погли-

нанпя фотолегозаних шаргв не рееструються нхяк! смуги /^Б, наяв- . н1сть якого передбачалась при досл!дженн1 спектр1в КРС. Тобто монша зробити висновок, що, не звашаючи на значну к!льк1сть роб!т по явченню явища фотолегування, систематично. досл1диення оптичних вл^стивостей фотолегованих шар1в ХСН не виконувались. Таким дос-л1дноннян прксвячен! наступит роздхли роботи.

Другз глава мае мотодичний характер. У н1й описуються методики виготовлення та контролю однор1дност1 зразк!в, методики оптичних досл1да:ень. Значна увага прид!лялась досягненню однородного розпод!лу концентрацИ легуючого металу по товщии нап1впров!дни-ка. Контроль однор1дносг1 зразкхв здолснкоався за допомогою трьох методик - багатокутово! ел!поометр11, залежиостг ишидкост! травления шару фотолеговакого нап!впров1дника в розчин! лугу в!д концентрацИ легуючого металу, вим1р»ваиня спектр1в в1дбивання 1 пропускали:- систем и пл1вка-п!дкладка з боку пл!вки 1 прозоро! п1дкладки.

Основна частина груго! глави присвячена методу розрахунку оптичних констант 1 ¿р тонко! нап1Бпров1дникиво! пл1вки, яка знаходиться на п1дкладц1 за даними в!дбивання И 1 пропускания Т системи пл!вка-п1дкладка, тобто так званому К, Т методу визначення оптичних пост1йних. Цей метод с актуалыпш у зв'язку з тим, що в!к вздносно прпсто реал!зуеться експерикентально 1 дае можливгсть в::зкачати оптичн1 констапти тонких пл!вок в широкому спектральному хнтервалз.. Головна проблема цього методу зв'язана !з оагатознач-ншгю ргшень. При деяких в1дношеннях аА - товщини нап1впр0в!дни-ково! пл1вки до довжиьи св1тлових променяв одним 1 тим же експерикентально в.лйряним параметрам И 1 1 в результат! розрахунку мо;ке вХцьовхдати не одна, а дек!лька пар значень оптичних констант. Тому в дан!я робот! для змоншення багатозначност! р!шень при роз-рахунков! оптичних констант у програн1 використовувались спец!аль-но сформован! функцИ типу (1-й)/Т. Такой за допомогою чиоельного моделювання вивчався вплив експериментальних похибск на точн1сть розрахунку оптичних констант, ах багатозначн!сть, залежн!сть програмного типу корен!в в1д в1дношення й/х.

У трет!й глав! наведен! результати дослхдження оптичних конс-та}[т нелегованих та фотолегованих иар1в ХСН в обласл х мтжзонного електронного поглинання. В спектральному интервал! 1.03 - 6.2 еВ досл1дйувались спектр и «-ц ! £п шар!в Ас^Зд,, Ас^Зд^ 4, Аз^Зед,

- б -

Аз^ЗеоЛ^ _ 22, ОеЗг, СоЗ^ЛДд^, СсЗе^, СеБе^АЯд Для систеяи Ад^Г^-Ад такош досл1джувалась залежн!сть ширили заборонено! зони фотолегозаного нап 1впров1днИ1са в!д вм!сту легуючого метал?.

Досл!Л!иенйй спегстральния !нтервал включав область прозорост!, краю поглннання 1 область м!»:зопних «лектроиких пс-роход!в д ля. них нап!впров!днж1в. Сбробка спситральнмх аалонностой »икоиувалзоь окремо для них трьох д!лянок спектрального 1иторвалу. В облает! прозорост! по спектру с^М вмзиачалксь параметр и Ец 1 Е(. одно-осциляторно! нодел!. На основ! спектрально! заложносп кооф!ц!снта поглинання в облает! краю визначалось значения вирдеш заборонено! зонч, иаяб1лыв детальна обробка оптичних постЗиних викоиувалзсь в облает! м!жзонного поглинання. Було встановлеко. >ро внася1док фотолегування ширина заборонено! зон и наШвпроШдника зконкусть^ь також зненшузться параметр одноосциляторно! модел! що характеризуй резонансно положения осцилятора, тобто його офехтивне положения змлчуеться убж иенвих ёнерПп. Характерна? касл1дком Фо- ■ толегування е те, що абсолютн! значения ^ зтюстають у всьоку спектральному гнтервалгтак, ¡до спектральна залежн!сгь фо-

толегованого шару перекрквае ню залежШсть для нелегованого шару. Одержан! експериментальн1 результати св1дчать про зб!льшения густини електронних сташв у вершин! валентно! зон и халысогенхднга нап1впров1Дни1с!в при фотолегуванн! 1х ср1блом.

Ней висновок п!дтверджуеться Сезпосередньо розрахукком густини електронних стаШв у вершин! валентно! зони нелегованих та Фотоле-гованих ср!блом шар!в Ас^З^ 1 СеЭе.,, ефективного числа електрон1в ! ефективно! д!електрично! прониююст!. Розрахунок густини електронних <,тан1в виконуваься на основ! методики, яка застосовувалась для розрахунку густини електронних сган!в валентно! гони аморфного герман1в [4!. Еастосовн!сть такого п!дходу до тонких иар!в АЗрБ^ була показана на основ! екшериментального дося1д»:ояня спектрально! залешносП коеф!ц1снта поглюгангя 1 теоретичного розрахунку ц!е1 спектрально! залежност! [5]. Результати цих розрахушав св!д-чать ьро те, що внасл1док фотолегування електроша стани зеувають- _ ся бликче до вершин и валентно! зони, !х к1льк1сть у цхй облает! з ц1лому зростас. Аналог1чний результат дае з1ставлекня значения ефектипкого числа електрон!в иеф , розрахованого на одну фориуль-ну одиницю нелегованого ! фотолегованого нап1впров!дника в к!нц! досл1джуваного спектрального интервалу:

пеф.= --|ь:га)а1. (1)

2«2ЬгНе2 О

де га, е - маса 1 заряд електрона, N - концентрата формульних оди-ниць. Розраховане таким чином ефективне число електрон1в визначае к1льк1сть валентних електрон!в одн!е! формульно! одиниц1 осла, як! в даному спектральному Злтервал! збудиуються квантами светла з енерг"1ею Ьи [8]. Для формульно! одиниц! нелегованого осла Аг^д в к!нц! досл!джуваного спектрального 1нтервалу при й«=е.2 еВ ефективне число електрон!в пеф =4.95, тод! як для формульно! одиниц1 фотолеговаого асла Аз^ЗдА^ 4 при Ы=6.2 еВ г^ф=10. Аналог!чно для СеБе2 при Ь">=6.2 еВ г^ф =4.41, а для СеЗе2АЗд_75 при Ы=е.2 еВ г^ф =6.97. Тобто цей параметр дае дае к!льк!сну оц!нку зб!льшення густини електронних стан!в, як1 розташован! в вершин1 валентно! зони ! беруть участь у м1жзонних оптичних переходах при д!1 ча нап!впров!дник квант!в св!тла з енерг!е» йш.

Одержан! екстюриментальн! результати можуть бути полотен! на основ! загальних теоретичних уявлень про те, як атоми металу зв'язуються з матрицею халькоген!дного скловидного нап!впров Финика. Так! уяЕлення, п1дтверджен! результатами експериыент!в, були розроблен! в роботах М.Кастнера [71. В!дпов!дно до його теорИ метал валентн!сггю V, введений у вигляд! дом!шки в розплав халысоге-нодного асла, формуе V нормальних ковалентних зв'язки 1 дек 1лька (звичаяно 4-у) координац1яних зв'язк1в. При цьому в!н с 4-коорди-нованим. Для утворення нормальних ковалентних зв'язк!в (цей терм1н вживаеться як умовния, оск!льки так! зв'язки можуть нати значну долю 1онно1 складово!) використовуються валентн! електрони атом!в металу ! електрони об!рваних зв'язк1в атом1в халькоген!в. Тобто так! зв'язки утворшться в м!сцях дефект!в хальког-?н1дного. скла. Координации! зв'язки метал-халькоген формуються за рахунок переходу непод!лених пар електрон1в атом!в халькоген!в на вакантн! орб1тал! атом!в металу. При 4-кратн1й координацН атомн! орб!та-л! металу, що в1дпов!дають нормальним ! координац!йним зв-язкам, е Бр"3 г!бридизованими. Внасл!док велико! р1зниц! в електронегатив-носгях атом!в металу ! халькогену в розплав! халькоген!дного скла можлива дисоц!ац!я нормального ковалентного зв'язку метал-халько-ген з утворенням центру ! наступним зам!щенням цього зв'яз-

ку координации им. Таким чином утворюеться дещо !нший тип центру, в якому метал зв'язуеться з матрицею ХСН у вигляд1 зарядженого 1она за допомогою 4:координац!яних зв-язк!в. М1;к двома типами центр!в в!дпов!дно до уявлень М.Касгнера встановлшться х!м1чча р1вновага, так що 1х концентрац!! регулюються законом /аючих мае 1 ентрюп1яним фактором. У дан!я робот! фи !лтерпретацП експери-ментальних результат!в приймалось до уваги, що тагс1 теорэткчн! уявленнп ¡подо явища фотолегування можуть бути застосован! лише загалом, оск!льки фотолегування е низькотемпертгурним про-цеоом на в!дм1ну в!д легування в розплав! ХСН. При фотолегуванШ атоми металу гпровадмуються в матрицп напавпровздника, яка о вже повн1стю сформовано»!. Для фотолегування характерн! концентра-ц11 легуючого металу, як1 значио <в•оередньому на порядок) пере-т-кщують вм !ст металу в розплав! ХСН, який розглядався М.Кастн^-роа.

В1дносно одержаних експериментальних р«зультат13 можна и1д-

м!тити, що формування координацШшх зв'язк!в метал-халькогрн за

ра: унок неподхлених пар електрон!в атомгв халькогену, стани яких

формуютъ вершину валентно! зони ХСН. будс приьодити ?.о збудмення

та сган!в, тобто перерозпод!лу .-устин.; електронних стан1в V векО *

шин! валентно! зони. Внасл!док зр'- г!бриднзац!5. орб1талей нормаль-них ковалентних 1 координац!йних звгязк!в метал-халькоген до стап!в непод!лених пар електронзв будуть додаватись стани нормаль-них кова .ентних зв'язк!в, що в частково в!дпов!дальним за зб^ль-шення густини електронних сганав у вершин! валентно! зони ХСН При високих концентрац1ях легуючого металу за це таком моме бути в!д-пов1 дальним г!бридизац!я л-ан!в р" 1 а'' непод1лених електрснн"Х пар халькогеи!в

У четвертШ глав1 розглядаютьея р^зультати досл!дшоння спектр!в 1'нфрачервгчого поглинання 1 комб!нац1йного розеляння св!тла нелегованих 1 фотолегованчх шар!в ХСН.. Оптична актиыисгь мод халькогеи!дних асловндчих нап!впров!днчк!в взагал!' пояеншть-ся на основ! молекулярно! модел! [9]. В ц!й модол! було показано, що значения силово! постЗпно!, яка визначае силу зв'язку структурних один инь халькоген Одного скла м!ж собою, с набагато меншим в1д внутр!шньомолекулярних силових пост1йних. Тому особли-вост! колнзних спектр 1в ХСН можуть бути в основному пояснен! ко-ливаннями умовно вид!лених структурних одиниць склз - АвХ~ (Х=5,

5е) п!рамЗдальних молекулярних одкницъ для халъкоген 1д1в мивгяку 1 СеХ4 (Х=чЯ, Зе) тетраедр!в для халькоген1Д1В герман1ю.

1нтерпретац1я спекав ТЧ поглинання 1 К?С фотолегованих ср!б-лом 1 мзддм шар!в ХСН виконана на основ1 1х з!ставлення 1з в!д-пов!дними спектрами нелеговаккх шар1в. При цьому приямались дс уваги так! експерименталъне остановлен! нами законом1риост1, ха-рактерн! для коливних спектр1в фотолегованих шар!в,-

1) 1нтегральн1 Хнтенсквност! основных сыуг спектр 1в 14 поглинання 1 КРС фотолегованих шар!в та в1дпое1днях келегованих е приб-лизно р!вними. Незнание зменшення гнтечонвноот! спектр1в (близькс Юй спосгер1гасться при фотологуьаюа халькоген!д!в германЗю. Як-що врахувати високу концектрац!ю аток1в тлеталу в фотолегованом; шар!, то це означая, шо осзювна маса атом1в металу зв'язуетъся ; ХСН, не руйнуючи з.гязк!в кап1впров1дник.ово1 матриц!. Б1льш детально цзй висновок обгрунтопаиий на основ! Оставления розраховано: густини фококних стан!в фотолегованих ьеталами ! нелегованих ша р!в ХСН. Для спектрально! залежност! коеф!ц!ента "оглмнання халь когенЩких стекол г. !нфрачсрвон1й облает! е справедливом вираз

2

п 4-пКе

ш*9(и;)=----!<и) (2

^ 2 М

де !(<■>) - сила осцилягора, яка вгэховуо частотну залежн!сть мат-ричних елемент:в, N - густина осцилятоъ!в, К - маса осцилятора, 8(«) - однофононна густина сган!в. 1нтегральн! !нтенсивностз ос-новних смуг спектральных за.лешкостей припорц1ян1 к^лысос!

сгруктурних одкниць СКЛа Б одинги об'ему . Оск!льки ц! Ытенсив-ност! длг. налегованкх 1 фотолегованих шар]» с пр>,близно р!вкжи, то це означас. що осногша маса сгруктурних одкниць осла при фото-легуванк1 залигаеться нглешкодженою;

2) внасл!док фотолегур'-ння ХСН до высоких концентраций нетал в!дбувзеггься перерозпод1л густини фоконних ст-лн!в нап1впров!дник по шкал1 частот »як правило, у виоскочастотну область ) . Такмй пе рерозпод!л спостггр1гаеться. наприкл-зд. при фотолегуванн! Аз^З ср!блом до 32 ат.й у змШ'Ин! м!и!муиа спектр'; 14 пропускания в! 310. ст."1 до 340 см"1 ! максимума спектра К?С в!д 344 см"1' до 37 см"1. При фотолегуганн! Ая-£3 к!ддь до 20 еп .% к!к!кум спектра I пропускания не з^уваеться. зле в облает! Слнзько 340 см * в!л ос новно! смуг и спектра гадшеплюоться додэткова ,'слабка смуга. Внагл]

док фотолегування Со32 ср!блом до конценарац!1 16 ат.% високочас-готне крило основно! смуги спектра 14 пропускания 370 см"1 пом!тно посилюеться;

3) в низькочастотн!й облает 1 спектр1з 14 пропускания 1 КРС халькоген1дних стекол, фотолегованкх м-эталами до високих концент-рац1Я, з'являютьел слабк1 широк! емугг. як! не агостер!гались у спектрах келеговэних тар1в ХСН . Напржлад, у спектр! 14 пропускания фоточегоьа]¡ого ерхблом до 32 ат.55 шару Аз^ ! до 16 ат.% пару СеЭ^ рееструеться слабха широка смуга з м!н1муном в облает! 220 см"1. Ц! смуги обумовлен! утворенням зв'ЯзкЗз м!к атомами металу 1 матрицею ХСК.

0дер:кан1 експ&рмшнтальи! результат« добре узгоджуються з 1деею формування координац!янкх зв'язк1в метал-халькоген. Иепод1-лен1 пари електронгв атом1в халькогечу но боруть безпоооредньо! уч :ст! в утворенн! х1м!чних зв-язк!в структурних одиникь халькоге-н'дних стекол. Тому формування за допомогоы цих непод!лених пар координаЩйких зв'язк!в дао можлквкггь юкам металу зв'язуватись з матрицею ХСН, не руинуючи в н!Я зв'язк!в. Ц1 зв*язки е слабоими в!д зв'язк1в нап1впр&в!днжово1 матриц!, тчму в колмвних спектрах фотолегованкх шар!в збер!гаються основп! риси, характерн! для в!д-пов!дних нелегованих ХСН. Утворення координацШнкх зв'язк!в метал-халькоген означав певний перерозпод!л густини заряду неподхлено! електронно! пари в!д атома хальютну до атома металу, внасл1док чого ефегтивна електронегативн\<пи хадъкогену зростае. В молеку-лярн1Я моделг було показано, що внутрШшьомолекулярна валентна си-лова пост!йна кр структурних одиниць для основних прздставник1в ХСН може бути розрахована на основ! правила В.Го^д! [8]

тЗ/4

Аз*х

+ Ь, (3)

с1

де хдд, «х - електронегативност! в!дпов!дних елемент!в, а ! Ь -емп!ричн1 пост1йн!, й - довжнна ов'язку, N - порядок зв'язку. В1д-повадно до правила В.Горд 1 внасл!док такого перерозпсд!лу значения Кр зростае, що проявляеться б коливш'х спектрах у змШенн! густини фононних- стак!в у б!к. високих частот. Необх!дно в!дм1титн, що зб!льшення значения силово! поегхйко! кр с нлс.л1дком ШдБИщення юннест! певних зв'язк1в нап!впров!дниково1 матриц! приформувант

координаЩйних зв'язк!в метал-халькоген. Таке п!двищення йиност! ксмпенсуе в Удаления в!д атома халькогену непод!лено1 пари елект-рон!в. Б!льы детально цей висновок був обгрунтоваиия на основ! розрахунку зм1ни значения ефективного заряду Борна для Ад?£3 внас-л!док яого фотолегування А& до концентрацИ 32 ат.35.

Координац1йним 1 нормальним ковалентним зв-язкам метал-халько-ген в1дпов1дають слабк1 широк! смуги в низькочастотн!й облает! спектр!в. Оск!льки концентрац!я дефектов у шар! .ХСН е значно пижмою в!д концентрацИ неталу в фотолегоьаному шар1, то для утворен-ня х!м1чних зв'язк!в атомами металу з матрицею халькоген!дного скла перенайму роль в!д1грають координации! зв-язки. На основ1 припущення про формування коердикацзлних зв'язк!в метал-халькоген одержан! експериментальн! резульгати можуть бути пояснен! не т!ль-ки на основ! форнал!зму силових пост!яних, а 1 за допомого» теорв-тико-групового анализу. Так, с а рахунок формування координац!йних зв-язк!в 5-Си при фотолегуванн! скловидного Аз^Бд м!ддю симетр1я Аг,53 уолекулярних структурних одиниць знижуеться в!д С3у до С3, внасл!док чого основна шуга спектра 14 пропускания, що в!дпов!лаз дв1ч! виродженому колкванню типу , розщеп люоться на складов1. Зсув осиовно! шуги спектра 14 пропускания Ан^д в область високих частот при фотолегуванн! ср1блон також мошна розглядати як наол!-док зняття виродження, при якому в!дбуваеться накладания двох скуг. Внасл!док того, що одна з цих двох смуг розташозана у висо-кочастотн!й облатг! по вцшошенню до основко!. перекриття спос-тер1гаоться у вигляд! зеуву сп!льно1 смуги у б!к виоских "-пстот.

У п'ятзя глав! наведен! приклади практичного застосування одержан их »начс(1ь оптнчних констант нелогованих ! фотолегоьаних иар!в ХСН. Використоьуючи р!вняння феноменолог !чно!теор!1 оптики тонких плзвок, втоонано розрахунок зм!ии в Забивания св1тлочутливо1 системи пап !впров 1дн ик- мета л 1 розпод!лу !нтенсивност! поглкнутого св!тла в Щй сисг .'м! по м1р! з*!льиення товшини фотолегованого шару п!д час 11 ек.тюнування. Показано, як, використоЕуючи значения оптичних констант, коина оптим1зувати деяк! г;;х-цесн л!тограф11 з використанням неорган!нних резист!з на основ! ХСН.

ВИСНОВКИ

Узагал^нюючи результати проведения досл1ддень;мо];ша в1дм!тити оскобн1, найб1лыы характерна ошичи! Еластивост! фотолегованих мота лам и пар!в ХСН 1 зробэтк висновки-.

1) внасл!док фотолегування ХСН металами в облает! м!жзонних електрониих переход!з абсолюта! значения кростають. СностерЗ.-гасться зеув краю поглинання, 1з зб!льшенням вмЗ.сту металу в фото-легованому шар! ХСН значения ширин и заборонено! зони змоншузться у всьому интервал! кокцентрэц!я, як! можуть Зснуватк в фотолегованих структурах. В спектрально залежност! л^) халькоген!д!в герман 1» в облает! 1.03 - 6.2 еВ вЗдбувэеться згладяуваннп максимума, як1 в1дпов1дають переходам 1з сган!в р2 непод!лэнкх електрониих пар халькоген!в 1 зв*язк1в герман 1й-халькоген валентно! зони в зону пгйоз1дност!;

2) дисперс!я показкика заломлення з област1 прозоросг! як не-дегованк*. так 1 фотолегозаних шар!в добре описуеться одноосциля-торно» моделлк. Вкасл!док фотолегування вХдбуваю.ъся суттевх з.гшш

в параметрах одяоосциляторно! модел! (зокрема, зоув положения ос-цнлятора та зб!льшення сили осцилятора);

3) розрахукки ефективного числа електрон!в, ефехтивно1 дХелект-рично! проникност! та бгзпосередньо густили електрониих стан!в у Вершин! валентно! зони нелегованг: та фотолегованих ср1блом шаргв Аз^ та СеЭе2 показують, що в результат! фотолегування гусгина електроншгх сган1в у верзхш! валентно1 зони ХСН зб1лр!с. еться. Таке зб1лы1!еннл Шдбувзеться в результат! формування х!м!чних зв'язк!в м1ш атомами металг 1 нап1впров!дника;

4) частота колнваиь структурних елемгнт!в нелегованих та фотолегованих металами ХСН лежать в далек!й 1нфрачервои1я облает! спектра 400-^00 Характерном насл!дком фотолегування е зм!-щення частотного положения основних смуг спектр 1в КРС, 14 поглинання та 1-усгини фонониих стан1в;

5) 1нтегральи1 злтенсивност! основних смуг густини фононних станШ фотолегованих металами ! нелегованих шар!в ХСН о приблкзно р1внкми. Якщо врахуваги висогсу концентрац1ю атом!в неталу в фото-легованому ^ар! нап!ьгров!диика, то це означ^о, що основна ,:аса атогпв гдеталу зв/язуеться з нап1впров1днгсовоа матрицею, не пош-коджуючи в н!я.зв'язк1в;

6> у спектрах 14 поглинамня та КРС фотолегова.чих шар!в ХСН в н изысоча стотн 1й облает! ревструються слабк1 смуги, як1 в linos 1-даить коливним збудие;.ням зв'язкЛв аим1в металу з матрицею нап!в-пров1дника;

7) атоми металу зв'язупться з матрицею ХСН за допомогого коор-динац1яних i яормальшековалектнлх зв 'язк 1в метал-халькоген. У формуванн! коордикац!йних зв'я.зкШ значку роль, в!д!грае Зюн-дипо льна взаемод1и. ЛокальнХя конф!гурацП х1м!ч1:кх зв'язк!в металу з матрицею ХСН в м!сцях локал1зац11 дефект!в (об 1ргэнкх зв*язк1в матриц! халькогенОдного нап!впров1дннка) 1 в без дефекта !Я частин! ц!к! матриц! в!дпов1доть два тшк цектр!в;

3) у фоталегованих шарах ХСН природа х!м1чнкх зв*язк1в ф!бла та м!д! з матрицею нап!впров!дни.а е однакоsop;

9) залежн1сгръ г'тенсиьносг! поглинутох св!тлово1 enepril п структур! Ge3eg-Ag е!д товщинк р!зко ом!ншться э появоп ! збЗль-шь-нкям тоьщини пром!жного фотолегоЕаного пару. На почзпеовому ета-ni в структур! нелэгованнй нап!Бпроз!дкшс-метал ця залэкк1сть вю-начэеться стоячок хвилею 1нтеис.иьност1 погликуто! сз!тлово1 еиер-г!1 так, що полоаення II каксимум!в 1 м1н1муы±е по вШювення до границ! Mia яап!впров1дником i металом. залишазться незу1кнкм для р!зних тоыцик нап!впров!дкшсового шару. Внаал!дон: розповсэдження фотолегованого шару роппод!л ШтенсивносП "зм1нюеться такш чином,-що енерг1я поглкнутого св1тла в середкьому р!вном!рно рсзпод1ляс-

ться по товщин! нап!впров!дника. -

■ Иитована литература.

1. Hajto Е., Iwsn P.J.S\, Ki2.l P.O., Oxen A.I. Spectroscopic investigation'oi-Bpiii-deposited.AB-S'aaorphous' l!lns//l'liys. Stat. Sol. (a).-1989.-Vol, 1U.-P.537-597.' ' ;

2. Firth A.P., B»en P.S., Owen А.Т.. Structural etianga In amorphous arsenic s-.iliide films • on; photodoping with silver .studied by Raman apectrcscopy/ZStiuct." Non -Cryst . Mater, ; Pros. 2-nd Intern. Conf., Cembridge, London, He^-'iorl;,1982.-P.¿86-293. : ;

3. .Owen A.E., firth A.P. , Iwen P.J.C. Photoinduced structural arid physico-chemical changes in amorphous chaicogsnido senvieonduc-tors//Pbil. Mag. B.-1935.-Vol.52, -P.347-362.

4. Paul Я.. Cormel G.N., Tenkin Д..Т. Amorphous germanium. Л model lor the structural and optical propertie3//Advon. in Phys.-1973.-Vol.22. l/%.-P.531-580.

5. Hoshi H., Suzuki Y.M., Hirai.M. UV absorbing shape botween 3.5 and 5.6 eV in very thin н-As2S3 I.ilas nt 80 K//J. of tfon-Cr?3t. Solids.-1937.-Vol.S5&96.-P.749-.56.

6. Philipp U.R., Sirenreich Б. Optical propertien of soaicon-ductor3,YPhys. Rev. -1962. -Vol. 129. -P. 1550-1560.

7. Kästner- M. Prediction on the influence of additives on density of valence-alternetior. centers in lone-pair semiconductors// Phil. Mag. B.-1S78.-7Ö1-.37,N°1 .-P. 127-133.

8. InoueK, Koichi I., Kawamoto X., IIectronic structures of GeSe2 in crystalline, amorphous and Ag-photodoped amorphous phases studied by photoemlssion and optical 3pectra//?hys. Rev. В.-1337.-Vol.35, lA 4, -P.7496-7504.

9. Lucovsliy C. Optic nodes in amorphous As2S3 and As2$e3//Phys ПЗУ. B.-1972.-Vol.6. N®4.-P.1480-1439.

10. Cornell O.A.N., Lucovsky C. Structural models for arnorp-hous seniconductors and insulator3//J. of Non-Cryst. Solids.-15T8.-Vol.-31, N°1, 2.-P. 123-155.

OchobhI результат« дисертацИ опубл!ксван1 в роботах:

.1. Индатныа Й.З., Сопкнскиа Н.В., Стецун А.И. Оптические ис-слодования слоев РЫ2, фотодвгировзнных медъю//Укр. физ. журн.-1Э90.-Т.35, -С ,1791-1796.

Индутньа И.З., Стецун А.И. ' Спакгры междузонных оптических пароходов слоев As2S3 фотолелфовашых серебромУ/Оптика и спектроскопия. -1991, -Т. 71, выл I.-С.83-87.

3. Электрические. и оптическио свойства тонких слоев Ай^, фо-толзгарованных сервбром/Данысо В.Л., Кндутныя К .3., Кудрявдец A.A., Минько В:И., Стецун Д.И,//Укр. физ. жура.-IS9I.-T.3e, 1Г 8.-С.937-943.

4. Спектральные характеристики светочувствительности тонко-плоиочпоя структуры. Xcri-Ag/Данькс В.А., йндуткый И.З., Кудрявцев, A.A., Миныр. B.I1., Стецун А.И.У/Фувд. основы отич. памяти и среды.--1991.-Вып.22,-С. 28-31.

: 5. йндутвш'И.З./Стецун А.И. Междузонные оптические перехо-

да и плотность электронных состояния в валентной зоне фотолегиро-заккого серебром Аз^/УТоз. докл. II Все союз. конф. по физике сте:слообразных твердых тол, Рига, IS9I.-C.I39.

о. Запись голограмма огггкчэокмх элементов на слоях Аз-S-Se/ Ивдутвый И.З.., Ромапенко П.Ф., Стронский А.В., Робур й.й., Стецун А.VI.//Тез. докл. I7.I Всосоюз. созощ. "Г.римавонио халь-когенидвых стеклообразных полупроводников в оптоэлоктроикке" Кишинев.-1991.--С, 77-78.

7. Оптические свойства фотолегироваяьых серебром слоез GeS?/ Ивдутньй Й.З., Стоцун А.И., Зимепко В.Г., Кразац В.Г.//Оэтика и сшктрОсжспия.-1993.-Т.75, вып.8.-С.'1262-1267.

в. Вплиэ. фотслегузантг (телом ка 14 та КР спзктри аморфяих icapiu ASgSg/lHiayrmffi 1.3.,. Стерун A.I.,' Кравець В.Г., Наняло РУК Б.Д.// Укр. Ф1з. журн.-18аЗ.-Т.Зв, Г'з.-С. 377-381.. ;

9. Fomation of optical diste direction peth and optical Easter disks with the help of inorganic reslsts/Kostioukevich S.A., Sche-peliavi P.I., Incluinyi 1.2., StronsM A.V., .Stetaun A.I.//Proc. SHI.-!993.-Vol.2С2Б.-P. 575-579.