Модификация свойств тонких пленок теллурида свинца в процессе выращивания, радиационного облучения и легирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Ь'Сй І І

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА

УДК 539.216.2:621.315.592

Ліщинський Ігор Мирославович

МОДИФІКАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТОНКИХ ПЛІВОК ТЕЛУРИДУ СВИНЦЮ В ПРОЦЕСІ ВИРОЩУВАННЯ, РАДІАЦІЙНОГО ОПРОМІНЕННЯ ТА ЛЕГУВАННЯ

Спеціальність 01.04.07 - Фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

ЧЕРНІВЦІ- 1997

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фізики твердого тіла Прикарпатського університету ім. В. Стефаника

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцент

САЛІЙ ЯРОСЛАВ ПЕТРОВИЧ , Прикарпатський університет.

Науковий консультант: заслужений діяч науки і техніки України,

доктор хімічних наук, професор ФРЕЇК ДМИТРО МИХАЙЛОВИЧ. Прикарпатський університет.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор лауреат Державної премії України,

ФОДЧУК ІГОР МИХАИЛОВИЧ. Чернівецький державний університет;

лауреат Державної премії України, доктор фізико-математичних наук, професор ДОВГОШЕЙ МИКОЛА ІВАНОВИЧ. Ужгородський державний університет.

Провідна організація: ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ НАН УКРАЇНИ, м. КИЇВ

Захист відбудеться ЗО жовтня 1997 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 76.051.01 при Чернівецькому університеті ім. Ю. Федьковича 274012 м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Чернівецького державного університету ім. Ю. Федьковича (м. Чернівці, вул. Лесі Українки,23).

Автореферат розісланий

|д97 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої Ради

КУРГАНЕЦЬКИЙ М.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Акту:ільііісіь теми Напівпровідники групи А^В71 займають у даний час важливе місце в технології інфрачервоних пристроїв, тому питання керування їхніми властивостями мають значний інтерес. V' зв'язку із технологічними можливостями збільшення ступеня чистоти вирощ\ваного маїеріалу на перший план випливає вивчення вплину як власних дефектів, іак і сторонніх домішок на основні його параметри. З практичної точки зору, роів'я іапня цих пиіані. дас можливість одержані маїеріали іі заданими властивостями, а також підвищити термічну і радіаційну стабільнісіь. З на\кової точки зору нові експериментальні і розрахункові дані про поведінку власних дефектів у А^В41 необхідні для побудови теорії термодинамічних процесів у напівпровідниках.

Незважаючи на численні публікації, що стосуються властивостей дефектів > кристалах і тонких плівках РЬТе, на даний момент не ідентифікована іх значна частина. Не знайдені рівноважні концентрації і ступінь електричної активності дефектів, а також механізм їх взаємодії, що веде до утворення дефектних комплексів. Така ситуація пояснюється об’єктивною складністю дослідження власних станів у плівках, тому роботи у цьому напрямку потребують специфічних методик досліджень і способів обробки матеріалів.

Дисертація присвячена дослідженню електричних характеристик тонких плівок РЬТе в залежності від технологічних параметрів процесу вирощування, радіаційного опромінення альфа-частинками і легування донорною домішкою індію.

Об’єктом дослідженнь були монокристалічні плівки телуриду свинцю вирощені з парової фази на кристалах ВаРг сколотих по площині (111).

Зв’язок роботи з науковими програмам», планами, темами.

Робота виконана в лабораторії фізики і технології тонких плівок Прикарпатського університету, а також в лабораторії радіаційних досліджень АТ “Родон”(м. Івано-Франківськ).

Дисертаційне дослідження є складовою частиною комплексних державних науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки ДКНТ України — проект 05.44.06/127-А93

“Розробка прогресивних технологій складних напівпровідникових плівок на основі сполук для пристроїв електроніки”.

Мета і задачі дослідження. На основі порівняння експериментальних і розрахункових даних дослідити електричні параметри тонких плівок РЬТе, одержаних з парової фази методом гарячої стінки, опромінених альфа-частинками і легованих донорною домішкою індію, та вивчити процеси дефектоутворення з метою модифікації їх властивостей для потреб оптоелектроніки.

Для досягнення поставленої мети розв’язані наступні задачі:

—освоєно технології вирощування тонких плівок з парової фази методом гарячої стінки, радіаційної обробки альфа-частинками на карусельній установці, легування індієм у процесі напилення з використанням додаткових джерел халькогену і легуючої компоненти;

—практично реалізовано комп’ютерні програми для розрахунку концентрації дефектів і носіїв заряду в плівках, вирощених методом гарячої стінки, опромінених альфа-частинками і легованих індієм;

—вивчено вплив технологічних факторів вирощування на електричні властивості тонких плівок РЬТе, обгрунтовано вибір констант квазіхімічних реакцій випаровування і конденсації;

—встановлено закономірності зміни електричних параметрів від тиску додаткового джерела халькогену і легуючого індію;

—досліджено залежності електричних параметрів у телуриді свинцю від потоку альфа-частинок, підібрано оптимальну модель радіаційних дефектів і їх зарядовий стан.

Положення, що виносяться на захист:

1.Розраховані константи квазіхімічних реакцій утворення власних точкових дефектів у тонких плівках РЬТе при вирощуванні з парової фази.

2.Кристапохімічну модель легування індієм плівок телуриду свинцю та константи рівноваги квазіхімічних реакцій, що описують цей процес.

Встановлений вид і зарядовий стан точкових дефектів і співвідношення, що описують процеси їх генерації та рекомбінації в тонких плівках телуриду свинцю при опроміненні альфа-частинками.

з

Наукова новизна одержаних результатів. .

1 .Обгрунтовано вибір констант квазіхімічних реакцій процесу епітаксійного вирощування тонких плівок РЬТе з парової фази і на їх основі побудовано залежності концентрацій носіїв заряду від технологічних факторів у методі гарячої стінки.

2.Запропоновано модель дефектоутворення, розраховано коефіцієнти процесів генерації і рекомбінації дефектів у тонких плівках РЬТе при альфа-опроміненні.

3.Зроблено кристалохімічний аналіз легування телуриду свинцю індієм у процесі вирощування з парової фази при термодинамічно рівноважних умовах за методом гарячої стінки. Одержано аналітичні вирази, що визначають залежності концентрації носіїв заряду та температури термодинамічного р-п-переходу від парціального тиску пари телуру та індію, температур випаровування та осадження.

4.Визначено зарядовий стан і розмірність легуючого комплексу індію та розраховано константи квазіхімічних реакцій процесу легування епітаксійних плівок РЬТе з парової фази.

5.Розраховано залежності концентрації вакансій металу УрЬ в РЬТе від концентрації легуючої домішки індію. На основі рівнянь електронейтральності виявлено механізм самокомпенсації в плівках РЬТе, легованих індієм у процесі вирощування методом гарячої стінки.

Практичне значення роботи. Отримані в роботі нові дані вивчення епітаксійних плівок телуриду свинцю, вирощених з парової фази методом гарячої стінки, а також результати досліджень впливу радіаційного опромінення і легуючої домішки індію на перебіг процесів генерації і рекомбінації точкових дефектів, розвивають фізичні уявлення про механізми модифікації властивостей і визначають оптимальні значення технологічних факторів для вирощування тонкоплівкового матеріалу із заданими параметрами, необхідними для розв’язання практичних задач оптоелектроніки: .

— плівки п-РЬТе: Тв= 820 К, Тс=850 К, Тп= 420 — 670 К, РТе2=10'7 — 10-12 Па, оптимальні значення при

77 К — п~10|7см'\ ц=3,4-104 см^В-'-с'1;

— плівки р-РЬТе: Тв= 820 К, Тс=850 К, Тп= 610 — 670 К,

РТЄ2 =10'2 — 1 Па, оптимальні значення при 77 К

— n-lO'W3, ц=1,4-104 см2-В'1-с'1;

— інверсія типу провідності для плівок р-РЬТе:Іп при парціаль-ному

тиску пари індію Ры,р-п=10° — 10'7 Па.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом розроблено математичні моделі, проведені необхідні розрахунки та узагальнено експериментальні результати в рамках задач наукового дослідження. Зокрема, особистий внесок дисертанта полягає: [1, 2, 3] у розробці моделей дефектоутворення, обговоренні результатів та оформленні роботи; [4] в обговоренні результатів та оформленні роботи; [5, 8, 9] у проведенні

експериментальних дослідженнь, обговоренні результатів та оформленні роботи; [10, 11, 16] у постановці задачі, моделюванні процесу легування; [12-15] у проведенні експериментальних досліджень, обговоренні результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційних дослідженнь доповідались і обговорювались на таких конференціях:

•IV, V, VI Міжнародних конференціях з фізики і технології тонких плівок. Івано-Франківськ. 1993, 1995, 1997 pp.

•І Міжнародній конференції “Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductars”. Чернівці. 1994 p.

• VIII науково-технічній конференції “Химия, физика и технология хапькогенидов и халькогалогенидов”. Ужгород. 1994 р.

•Науково-технічній конференції “Техника и физика электронных систем и устройств”. Суми. 1995 р.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 22 роботах, список основних з яких наведено в кінці автореферату.

Структура і об’єм дисертації. Дисертаційна робота викладена на 140 сторінках друкованого тексту, включає вступ, 4 розділи, загальні висновки та список літератури з 180 найменуваннь, 17 таблиць, 40 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота містить огляд літературних джерел, в яких висвітлені питання, що стосуються особливостей Р-Т-х діаграм фазової рівноваги Pb-Те. Розглянуто фізико-хімічні, термодинамічні, електричні властивості телуриду свинцю. Проаналізовано особливості явищ переносу і

зонної структури як чистих монокристалів, так і легованих елементами третьої групи.

Огляд літературних даних обгрунтовує актуальність поставленої задачі.

У роботі описано особливості вирощування тонких плівок А^В71 з парової фази методом гарячої стінки. Виконано експериментальні дослідження впливу технологічних факторів — температур випаровування Тв, осадження Тп, стінки камери Тс, а також парціального тиску пари телуру на структурну досконалість та електричні властивості тонких плівок РЬТе (рис.1).

1&(пн), см1

18.0 і

№н), СМ'1

Рис.1. Залежність концентрації носіїв заряду в плівках РЬТе від: а) температу-ри підкладки (Тв=820 К); 6) парціального тиску пари телуру (Тп=573 К, Тв=833 К). о-експеримент, неперервні лінії розрахунок.

Результати досліджень пояснено з позицій кристалохімії процесів випаровування та осадження. Концентрація електронів розраховується з кубічного рівняння

2К Те,,у(Тп) • К2 (Тп) • К г2(Тп) ■ Рт"| • п3 + п2 -

-(К РЬ і (Тп) • К, (Тп) • К рЬТе(Тв) ■ Рх І, +Кі(Тп)) = 0 а температура термодинамічного р-п-переходу:

б

0,5ДНі + ДНрь •, + ДНа - АНТе у - 2ДНЬ

тп=-----------------------—---------2----------X

1п

к°Рь,і-к°РЬТе-(к°)2.к° днрьте

2к?>. у-(кг)2-р- кТ"

■ Те2.У '1ь / Те2

Експериментально концентрація носіїв вимірювалась за ефектом Холла і з розрахунковими значеннями зв’язувалась співвідношенням

пн=п-р

Зроблено аналіз критеріїв вибору констант рівноваги квазіхімічних реакцій. Константи рівноваги реакцій іонізації, які зв'язують концентрації іонізованих й нейтральних дефектів, рівні:

К^Ис-ехрС-Еа/кТ)

Кь=МуЄхр(-Еа/кТ) (3)

де Еа, Еа — енергії іонізації донорних і акцепторних точкових дефектів, які близькі до 0 еВ. Густини станів в дозволених зонах ЬГС і N7 розраховуються за формулою

Мс=Ічїу=2Єс(2ігтс(0)кТ/1і2)3/2, (4)

тут

шс(0)=Шу(0)=0,177Ее(Т) т0Кш, gc=gv=4 де К=12, шс(0) — маса електрона в зоні провідності, ту(0) — маса легкої дірки в валентній зоні, то — маса вільного електрона, Еа— ширина забороненої зони.

Ег(Т)=0,187+4-104Т. (5)

Константу рівноваги власних дефектів заряду одержимо з виразу

К^НсИу-ехрС-Ео/кТ). (6)

Крім цього передекспоненційний множник у константі рівноваги френкелівської пари Кр не повинен перевищувати квадрат концентрації октаедричних міжвузль в ГЦК-гратці.

Кр=(4/а3)2, ’ (7)

де а=6,452-10‘8см — параметр гратки РЬТе.

Таким чином, на основі (4) — (7) одержимо наступні числові значення: Мс=4-1018см'3, Кі=б-1037см'6, Е8=0,44еВ і К° =4,44-1044см_6 , при Т=600К. Інші константи рівноваги реакцій утворення переважа-ючих

атомних дефектів у РЬТе рівні: К у=1,85-10|7см'3/(мм.рт.ст.)1/2,

Крь ^=3,91 • 10'3бсм'3/мм.рт.ст., ДНте: у=0,1 ІеВ, ДНрь.у=-3,62еВ, ДНр=2,47еВ.

Згідно з одержаними даними (рис.1), з підвищенням температури конденсації Тп і тиску пари телуру РТсі спостерігається початкове

зменшення концентрації електронів. При деяких значеннях Тп та РТе2 відбувається інверсія типу провідності і далі росте концентрація дірок. Це відповідає тому, що з ростом Тп і збільшується концентрація вакансій

свинцю і зменшується концентрація міжвузлових атомів свинцю. Слід відмітити повне співпадання розрахункових і експериментальних значень концентрації носіїв заряду, типу провідності в інтервалі температур підкладок 420—470К і тисків пари телуру до 10-4 Па (рис.1). Крім цього, маємо добре співпадання експериментального і розрахункового значення тиску РуСі, при якому відбувається інверсія типу провідності (рис. 1, б).

Наступна частина дисертаційного дослідження присвячена вивченню впливу опромінення альфа-частинками на процеси дефектоутворення в епітаксійних плівках телуриду свинцю. Радіаційна обробка тонких плівок проводилася на вакуумній установці АОІС-17Б від джерела альфа-випромінювання 238Ри густиною потоку альфа-частинок 5-107см‘2с'‘ при кімнатній температурі. Результати досліджень показали, що збільшення дози опромінення альфа-частинками веде до розширення дифракційних кривих відбивання від епітаксійних плівок РЬТе і зумовлює ріст густини дислокацій на міжзеренних границях. Період елементарної комірки при малих дозах опромінення дещо збільшується і далі має тенденцію до зменшення. На погіршення параметрів субструктури плівок при опроміненні вказують і рентгенотопографічні дані. Опромінення альфа-частинками електронних плівок РЬТе веде до росту концентрації носіїв заряду (рис.2). Швидкість^введення носіїв заряду складає: Дп/ДФ=(0,4-

иНО’см-1

Одержані експериментальні результати пояснюються утворенням при радіаційній обробці комплексів дефектів як донорного, так і акцепторного типів у вигляді пар Френкеля “вакансія- міжвузловий атом” в аніонній і катіонній підгратках.

Дозові залежності концентрації носіїв заряду описано генераційно-рекомбінаційним механізмом утворення радіаційних дефектів.

Проаналізовано вплив їх зарядових станів на характер зміни концентрації носіїв заряду від дози опромінення.

Процеси генерації та рекомбінації френкелівських пар, зміну у часі концентрації дефектів для міжвузлових атомів металу можна описати диференціальними рівняннями:

?И.Оф-(,ОиН,-]И (8)

КН^Н^І

Тут в — коефіцієнт генерації власних дефектів, ф — густина потоку а-частинок, |.і — коефіцієнт рекомбінації, Ом — коефіцієнт дифузії металу. Розв’язок диференціального рівняння (8)-.

(9)

де Я =

м

N.1’

А = А,єа>1,

і де А, =

К-і

я +

V,

'м

-,А2 =-2Я(.іО

м-

Аналогічні вирази мають місце і для концентрацій вакансій і міжвузлових атомів халькогену. Зміна концентрації носіїв заряду визначається через зміну концентрації дефектів із врахуванням їх зарядового стану:

п=2^] + і[рЬГ]-2[ур\-] + 0[те0] (10)

для двозарядних вакансій свинцю і

п=2[у|е+] + і[рЬГ]-і[УрЬ] + 0[те')]

(П)

для однозарядних вакансій свинцю.

На рис. 2 наведені як експериментальні результати, так і дані розрахунків дозових залежностей концентрації носіїв заряду в радіаційно опромінених альфа-частинками плівках РЬТе для різних зарядових станів

о

вакансій металу у френкелівських парах. Видно достатньо добре співпадання результатів експерименту і розрахунків у випадку утворення пар Френкеля з двозарядними вакансіями свинцю. Результати моделювання радіаційного дефектоутворення однозарядних вакансій свинцю містять суттєві кількісні відмінності результатів розрахунку і

експерименту (рис. 2). п, 10І7см °

Рис.2 Залежність концентрації' носіїв заряду в тонких плівках п-РЬТе від дози опромінення альфа-частинками: О — експериментальні дані; 1,3 —

розрахунок для двозарядних вакансій металу, 2,4 — розрахунок для

однозарядних вакансій металу. Початкова концентрація носіїв п, см'3: 4-Ю'7 — 1,2; 3,2-Ю'7 —3,4

Залежності концентрації носіїв заряду в тонких плівках від потоку альфа-частинок і вихід їх на насичення (рис. 2) пояснюється двома конкуруючими процесами: генерація пар Френкеля в обидвох підгратках при опроміненні атьфа-частинками; теплова рекомбінація дефектів, яка визначається їх дифузією.

Значну увагу в дисертаційній роботі приділено дослідженню властивостей плівок РЬТе:Іп з різними концентраціями власних дефектів і домішкових атомів індію. Тонкі плівки одержували методом гарячої стінки з використанням додаткових джерел телуру та індію. Керування властивостями здійснювали зміною температури джерел, а відповідно, і тисків парів. '

Для опису фізико-хімічних процесів вирощування плівок телуриду свинцю з парової фази і • їх легування у процесі росту використано квазіхімічний метод за Крегеру. Припускалося, що концентрація носіїв заряду визначається к-кратно іонізованими т-атомними комплексами індію і двократно іонізованими вакансіями винцю. У вибраній моделі процес вирощування плівок описується системою таких кристалохімічних реакцій і рівнянь: .

1/2Те2с «ТеТе + Ур2ь“4-2Н\ КТе2.у = [ур2ь-]-р2/р]Є2, (12)

т-іг^оіп^+ке", КІп=[іп^]-пк/р1™, (13)

“0” «• є” + И + , Кі(Тп) = п-р, (14)

2[Урь ] + п = к[іп^+] + р . (15)

Константи рівноваги реакцій у загальному вигляді визначаються виразом К = К° ехр[-ДН/(кТп )], де Тп -температура осадження плівок.Тут співвідношення (12, 13) описують рівновагу іонізованих дефектів, вільних носіїв заряду в плівках і компонент у газовій фазі при температурі конденсації Ти, (14, 15) — власну концентрацію вільних носіїв заряду і умову електронейтральності відповідно. Концентрація дірок розраховується із поліноміального рівняння порядку к+2:

к ■ К 1п • Р,‘" • рк+2/к Iі + р3 - К і • р - 2К ТЄ2.У • Р]Є2 = 0. (16)

Експериментально концентрація носіїв рн вимірювалася за ефектом Холла і з розрахунковими значеннями концентрації дірок вона зв’язана співвідношенням

Рн=Р-п. (17)

З умови рн= 0 можна знайти вираз, що зв’язує тиск пари телуру, який задається в процесі росту плівок, і тиск пари індію, що відповідає переходу від конденсації плівок р-типу провідності до конденсації плівок п-типу провідності (Рь. р-„):

Цр.п.р-п) = / к • К ТЄ2.У • К И/к. Іп) +1 / (2ш) • 18РТЄ2. (18)

Апроксимація експериментальних результатів теоретичними залежностями (6), (7) проведена з використанням методу найменших квадратів. Змінювався тільки розмір комплексу (т = 1, 2, 3) і його

зарядовий стан (к = 1, 2, 3). Найкраще співпадання значеннь експериментальних і розрахункових концетрацій носіїв заряду спостерігається у випадку однократно зарядженого (к = 1) одноатомного комплексу індію Іп + (рис. 3).

Рис. 3. Залежність концентрації носіїв заряду в тонких плівках РЬТе:Іп від тиску пари індію. 1, 2, 3 —

експериментальні дані

(таблиця), криві — розрахунок для моделі РЬТе-.Іп*.

відн.од.

Концентрація дірок до інверсії типу провідності суттєво залежить від додаткового тиску пари телуру (рис. З, ліві вітки), а концентрація електронів після інверсії — в меншій мірі (рис.З, праві вітки).

Для розрахунку числових значень констант рівноваги квазіхімічнйх реакцій використана емпірична формула для зв’язку між тиском індію Ріл.р-11, при якому відбувається інверсія типу провідності і тиском телуру Р"Ге; :

18Р,п-р_п(Па) = -7,1 + 3,8І§РТЄ2 (Па) (19).

Згідно (8) можна розрахувати РТе2 для відповідних експериментальних значень тиску індію (таблиця).

Таблиця

Значення параметрів,технологічних факторів та констант рівноваги квазіхімічнйх реакцій тонких плівок РЬТе:Іп+.

№ зразка Рн0’ 1018см-3 Ріп. р-п, 10-* Па РТе2 > Па Ктсі.У’ см'9Па'’ Кіл, см^Па10

1 0,3 0,032 0,8 0,23-Ю54 1,28-1043

2 0,38 1.3 2 О “ьо о иі 6,13-Ю41

3 1,4 13 4 1,29-Ю54 2,05-1041

До моделі одноатомного однозарядного комплексу індію можна прийти, аналізуючи константи квазіхімічнйх реакцій. Розраховані для моделі Іп константи наведені у таблиці. Так, константи К То у для різних

зразків у 2 рази відрізняються від середнього значення 0.6-1054 см‘9Па''.

р, п, см‘

Однак константи для різних зразків відрізняються у 10 раз від середнього. Розкид значень констант згідно інших моделей становить 2-3 порядки. Таким чином слід віддати перевагу моделі Іп+ .

Виходячи з вибраної моделі, змодельовано залежності концентрації вакансій свинцю від концентрації легуючого індію. Згідно з цими залежностями можна стверджувати, що для парофазної епітаксії повинно спостерігатись явище самокомпенсації легуючого індію власними вакансіями.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Запропонована кристалохімічна модель процесів випаровування та осадження з парової фази як нелегованого телуриду свинцю, так і телуриду свинцю легованого індієм. На основі одержаних квазіхімічних рівнянь виведені співвідношення, які визначають залежність концентрації носіїв заряду в тонких плівках РЬТе від технологічних факторів їх вирощування в методі гарячої стінки: температур випаровування (Тв), осадження (Тп), парціальних тисків телуру РТе2 та

індію Рщ.

2. Проведено термодинамічний розрахунок рівноваги власних атомних дефектів у тонких плівках телуриду свинцю, легованих індієм при парофазній епітаксії для різних температур конденсації (Тп=420-740К), а також парціальних тисків пари телуру (РТе2 =0,1...10 Па) та індію

(Ріп=10"9...10‘3Па). Встановлено, що переважаючим типом дефектів є атом

індію Іп+ при двократно іонізованих вакансіях свинцю , що

пояснюється входженням його у вузол металічної підгратки.

3. На основі мінімізації розрахункових та експериментально визначених залежностей холлівської концентрації носіїв заряду в тонких плівках від технологічних факторів вирощування (Тп, Тв, Ріп, Рте2) визначено константи рівноваги квазіхімічних реакцій заміщення атомами індію вузельного свинцю (КІП = |іп+|-п /РІП, Кіп=(5+6)1042 см^Па'172) та утворення вакансій металу надлиш-ковим телуром

( ктс2.у =[Урь]'Р2/РТє2 > ктс2.у=(6±5)-1053 см^Па1) у кристалічній гратці РЬТе. Оцінено константи рівноваги утворення власних точкових

дефектів (пар Френкеля) у РЬТе на основі статистики для невироджених напівпровідників (К,=6-1037 см-6).

4. Використовуючи квазіхімічний підхід до утворення дефектів, встановлено механізм компенсації в плівках РЬТе легованих індієм, при вирощуванні їх з парової фази методом гарячої стінки. Розраховано залежності концентрації вакансій металу від вмісту легуючої домішки. Виявлено С-подібний вигляд залежності концентрації носіїв заряду від ступеня компенсації Ну/Иь, , хід якої пов’язаний з проявом самокомпенсації. Критичне значення ступеня компенсації визначається початковою концентрацією вакансій основної матриці.

5. Проведено комплексні експериментальні дослідження дозових залежностей кінетичних коефіцієнтів тонких плівок телуриду свинцю, опромінених альфа-частинками енергією ~5 МеВ. Дефектний стан плівок при опроміненні описано генераційно-рекомбінаційним механізмом

утворення френкелівських пар як в підгратці металу |Ур^ | - [?ЬГ], так і в

підгратці хапькогену [^Те ]_[^еі']- Така модель добре пояснює

переважаючу донорну дію і зменшення параметра сталої гратки із збільшенням потоку опромінення. Однозначно визначено зарядовий стан власних дефектів як з допомогою рівнянь квазіхімічних реакцій, так і генераційно-рекомбінаційного механізму утворення та анігіляції точкових дефектів.

6. Визначено оптимальні значення технологічних факторів процесів вирощування з парової фази методом гарячої стінки тонких плівок РЬТе, а також умов радіаційного опромінення альфа-частинками і легування домішками індію з метою модифікації їх параметрів, необхідних для розв’язання практичних задач оптоелектроніки.

Робота виконана при' частковому сприянні Міжнародної Соросівської

Програми підтримки освіти в галузі точних наук, грант Р5Ш72125.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ У РОБОТАХ

1 Д.М.Фреїк, Я.П.Салій, І.Й.Перкатюк, І.М.Ліщинський, Г.Д.Матеїк, В.М.Купчак. Моделювання атомних дефектів у ГЦК-кристалах АІувУІ//Український фізичний журнал.-1995- Т.40- №9,- С.951-953.

2. Д.М.Фреик, Я.П.Салий, Г.Д.Матеик, И.И.Перкатюк, И.М.Лищинский,

В.М.Купчак. Моделирование и идентификация атомных дефектов в слоях А|УВУ1 при альфа- облучении// Кристал-лография.-1995,- Т.40,-№5,- С.919-915. .

3. Д.М.Фреик, Я.П.Салий, И.М.Лищинский. Свойства тонких пленок РЬТе

и квазихимическое моделирование их парофазной эпитаксии// Журнал физической химии.- 1997.-том 71,-№12,-С.2135-2137. 1

4. Д.М.Фреїк, Я.П.Салій,В.М.Чобанюк, Л.Й.Межиловська,

І.М.Ліщинський. Радіаційні дефекти в РЬБпТе при протонному і електронному опроміненні //Український фізичний журнал.-1993,- Т.38.-№3,- С.433-437.

5. Д.М.Фреїк, В.А.Шепетюк, А.М.Добровольська, І.М.Ліщинський, С.Д. Кирста, В.М. Мельник. Вплив технологічних факторів вирощування на властивості тонких плівок РЬТе та фотоелементів на їх основі// Оптоелектроніка і напівпровідникова техніка,- 1996,- вип. 31.- С.173-179.

6. Фреїк Д.М., Добровольська, А.М.Лоп'янка М.А., Ліщинський І.М., Шепетюк В.А., Матеїк Г.Д. Математичне планування та оптимізація способу вирощування тонких шарів РЬТе з парової фази методом гарячої стінки// Фізика і хімія твердих тіл.- Івано-Франківськ: Вісник Івано-Франківського крайового відділення УФТ та Прикарпатського університету ім. В. Стефаника- 1995.- №3,- С. 12-33.

7. Фреїк Д.М., Чобанюк В.М.,Салій Я.П., Ліщинський І.М., Матеїк Г.Д., Белей М.1., Шепетюк В.А. Власні радіаційні дефекти та електричні властивості плівокА1УВУІ //Фізика і хімія твердих тіл.- Івано-Франківськ: Вісник Івано-Франківського крайового відділення УФТ та Прикарпатського університету ім. В. Стефаника.- 1994.- №2,- С.35-43.

8. Д.М.Фреїк, О.М.Возняк, Я.П.Салій, Г.Д.Матеїк, М.А.Лоп’янко,

І.М.Ліщинський Генераційно-рекомбінаційний механізм утворення і зарядовий стан радіаційних дефектів у шарах РЬТе //Український фізичний журнал.-1995.- Т.50,- №8.- С.874-876.

9. Д.М.Фреик, В.В.Прокопив, Я.П.Салий, Г.Д.Матеик, И.М.Лищинский, А.М.Добровольская. Зарядовое состояние собственных атомных дефектов и термодинамический р-п переход в пленках селенида свинца// Неорган. материалы.-1996,- Т.32.- №5,- С.546-550.

ІО.І.М.Ліщинський. Компенсація легуючого Іп вакансіями халькогену в епітаксійних плівках РЬТе// Матеріали VI Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок,- Івано-Франківськ,- 1997 р.- С. 24.

11.Д.М.Фреїк, Я.П.Салій, І.М.Ліщинський, Г.Д.Матеїк, А.Л.Семеген. Зарядовий стан і розмірність легуючого кластеру домішки індію в телуриді свинцю// Матеріали VI Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок,- Івано-Франківськ,- 1997 р.- С. 82.

12.Д.М.Фреїк, В.М.Кланічка, І.М.Ліщинський, Д.М.Кирста. Електрофізичні і механічні властивості плівок телуриду свинцю легованих елементами третьої групи.// Матеріали V Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. -Івано-Франківськ,- 1995 р.-С,128

13.Д.М.Фреик, Я.Л.Салий, В.В.Холевчук, И.М.Лищинский

Дефектообразование в пленках теллурида свинца при облучении альфа-частицами// Материалы III Всесоюзной конференции

"Материаловедение халькогенидных полупроводников",- Черновцы.-1991р.- С. 113

Н.М.А.Рувінський, В.М.Чобанюк, Я.П.Салій, І.М.Ліщинський, В.К.Куцій. Аномалії залежностей концентрації носіїв заряду в радіаційно опромінених плівках халькогенідів свинцю при ізохронному відпалі// Матеріали IV Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок.- Івано-Франківськ.- 1993 р.- С.305 ІЗ.Д.М.Фреїк, Я.П.Салій, О.М.Возняк, М.А.Лоп’янко, І.М.Ліщинський. Генераційно-рекомбінаційний механізм дефектоутворення в плівках халькогенідів свинцю і олова// Матеріали І Міжнародної конференції "'Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductars”.-Чернівці.- 1994 p.- C.136.

16.Lishchinsky I.M. Charge condition and dimension of alloying claster of indium impurity in PbTe // International scliool-conference on physical problem in material science of semiconductor.- Chemiv1si.-1997.-P.37.

АНОТАЦІЯ

Ліщинський I.M. Модифікація властивостей тонких плівок телуриду свинцю в процесі вирощування, радіаційного опромінення і легування.-Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07. —• фізика твердого тіла,-Чернівецький державний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці, 1997.

Дисертація присвячена дослідженню механізму формування епітаксійних плівок РЬТе, вирощених із парової фази методом гарячої стінки, дефектоутворенню в цих матеріалах під дією альфа-частинок, а також модифікації їх властивостей з допомогою легування індієм. Зроблено

аналіз теоретичної оцінки константи рівноваги власних атомних дефектів в РЬТе на основі статистики для невироджених напівпровідників. Використовуючи квазіхімічний підхід до дефектоутворення в процесі росту, встановлено переважаючий тни дефектів і механізм самокомпенсації в РЬТе:Іп

Ключові слона: еиічаксійні плівки РЬТе, точкові дефекти. леі\і:ання. технологічні фактори, радіаційне опромінення, електрофізичні парамеїри. к о а з і х і м і ч н і р е а к u і ї.

АННОТАЦИИ

Лищинский 1І.М. Модификация свойств тонких пленок телл\рида свинца в процессе выращивания, радиационного облучения и легирования,- Рукопись. Диссертация ка соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07. — физика твердого тела,- Черновицкий государственный университет им Ю.Федьковича, Черновцы, 1997.

Диссертация посвящена исследованию механизма формирования эпитаксиальных пленок РЬТе, выращенных из паровой фазы методом горячей стенки, дефектообразованию в этих материалах под воздействием альфа-частиц, а также модификации их свойств с помощью легирования индием. Сделан анализ теоретической оценки константы равновесия собственных атомных дефектов в РЬТе на основании статистики для невырожденных полупроводников. Используя квазихимический подход к дефектообразованию в процессе роста, установлен преобладающий тип дефектов и механизм самокомпенсации в РЬТеТп.

Ключевые слова: эпитаксиалые пленки РЬТе, точечные дефекты, легирование, технологические факторы, радиационное облучение, електрофизические параметры, квазихимические реакции.

ANNOTATION.

Lishchinkv l.M. Modification of thin telluride lead films’ properties in the process of giowing, radioactive irradiation and doping.

Manuscript.- Master of Sciences Dissertation, speciality 01.04.07,- Solid state physics.-Chemivtsy State University named after U. Fedkovich, Chemivtsi, 1997.

The dissertation is devoted to the research of fonning mechanism PbTe epitaxial films’ grow-up from vapour phase by means of hot wall, defect-fonning in these materials under the influence of doping indium. The analysis of

theoretical estimation constant’s balance of the own atomic defects in PbTe has been done on the ground of statistics for ungenerate semiconductors. Using quasichemical approach to defect-forming in the process of growing the predominant defects type and selfcompensational mechanism in PbTe:In have been determined

Keywords: epitacsial films PbTe, point defects, doping, technology factors, irradiation, electroplivsical parameters, quasichemical reaction

Підписано до друку 24.09.1997р. Формат 60 х 84/16. Ум. друк. арк. 1,0. Обл.-вид. Арк. 1,0. Наклад 400. Зам. 25.

Видавничий центр фірми “ВЕНТУРА”

96-691