Особенности формирования и основные физические свойства пленок CdGa2S(Se)4 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Ужгородський державний університет

РГБ ОД

Є р ПГ!Г ,,

і ^ і «У 0 На правах рукопису

УДК 539.211:620.197

КАЧЕР ІГОР ЕМАНУЇЛОВИЧ

ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ТА ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ-ПЛІВОК С(ІСа2Я(Яе)4

Спеціальність 01.04.10 - фізика напівпровідників та діелектриків

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на-здобуггя наукового ступеня кандидата фізнко-математнчшіх наук

Ужгород-1996

Дисертацією е рукопис

Робота викопана на кафедрі твердогільної електроніки

і Науково-дослідному інституті фізики та хімії твердого тіла Ужгородського державного університету

Науковий керівник: Лауреат Державної премії України в галузі

науки і техніки, доктор фізико-матемагичних наук, професор Довгошей Микола Іванович

Офіційні опоненти: доктор фізико-матемагичних наук, професор

Фекешгазі Іштван Вінцісвич доктор фізико-математичних наук , професор Савчук Андрій Йосипович

Провідна організація: Львівський державний університет

Захист відбудеться " 28” листопада 1996 р. о І-Ч год. на засіданні спеціалізованої Вченої Ради К 15. 01.05 гіри Ужгородському державному університеті за адресою : 294000, м. Ужгород, вул. Підгірна, 46.

З дисертації-ю можна ознайомитися в бібліотеці Ужгородської о державного університету (м. Ужгород, вул. Капітульна, 21).

Автореферат розіслано ’ 3 * І'ілХ' 1996 року.

Вчений секретар Спеціалізованої '

Вченої ради К 15.01.05

Д.ф.-м.н.. професор Блецкан Д.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Аістуальпість проблема

Потрійні халькогенідні системи типу АВ2С4 до яких відносяться дефектні халькопірит ОЮа2В(5е)4 находять широке застосування в дискретних приладах різного призначення: на їх основі одержані холодні катоди високої ефективності, чутливі перемикаючі пристрої, електрофотографічні шари, .спектральні фільтри, фотоприймачі, датчики різного типу, малоінерційні фотомішені. Вони є '-'ефективними реверсивними середовищами для запису, , збереження та обробки інформації, перспективними матеріалами нелінійної оптики, просторової і часової модуляції світлових потоків. Практична реалізація сполук С(іСа25(Бе)4 найбільше ефективна в вигляді тонких шарів. Проте існуючі технології їх одержання дискретного термічного напилення (ДТН) та іонного впровадження не забезпечують виготовлення плівок ОіСа25(5е)4 та структур на їх основі з стабіїьнішіг і. відтворюваними параметрами. Механізм термічного випаровування цих сполук до цього часу не встановлений, а механічні властивості конденсатів вгівчались лише якісно. Крім практичного інтересу необхідності досліджень тонких шарів цих сполук існує і науковий аспект, який обумовлений особливостями фізико-хімічпих властивостей дані« сполук. До них відносяться особливості їх структури подібної алмазній з дефектами. Внаслідок нього вони можуть розглядатися як матеріали, шо с проміжними між впорядкованими кристалами і невпорядкованнми склоподібними напівпровідниками. Структурні особливості приводять до ряду ефектів специфічних для сполук СіЮа25(5е)4: ефекти переключення, струмові нестійкості, наявності "хвостів" густини станів, утворення антнетруктурних дефектів на і кисні взасмозаміщення катіонів, порушення періодичності розміщення стехіометричних пустот, порушення дальнего порядку. В сполук»

СсЮазЗфеН знайдено квазітропну точку, ексітоіше .поглинання, які не були в інших сполуках. Наявність цих технологічних проблем, недостатня вивченість основних фізичних властивостей як плівок, так і об'ємних, матеріалів обумовили необхідність комплексного Дослідження фізико-хімічних явищ, які відбуваються при випаровуванні, формуванні плівок та їх звязку з потребами технології, основних оптичних і механічних властивостей шарів ОЮа25(5е)4 і можливостей їх застосування.

Мета і завдання дослідженая

Мета роботи - розробка фізичних та фізнко-технологічних основ формування плівок ОЮа23(8е)4 і дослідження їх основних фізичних властивостей. . .

Для досягнення цісї мети необхідно було вирішити слідуючі задачі:.

- встановити механізми термічного та лазерного випаровування і визначіїти основні термодинамічні параметри кристалів С<К5а23(8е)4;

- вивчити взаемозвязок технологічних режимів одержання плівок СсЮа25{8е)4 з їх морфологічними, структурними, оптичними та механічними важливостями;

- розробити технологію одержання плівок різної структурної досконалості та плівкових структур на їх основі;

- оцінити можливості практичного використання плівок СііСа25(Зе)4.

Н» злхбст амвосять«! вастуїшїположсвня:

І. Термічне випаровуваная кристалів С\Юа23(Бс)4 здійснюється по механізмам:

2С«!Оа254 - Сії + СіІБ4С|а$ Й + $2-2СиСа25с4 - С<і + Сі!5е+ 4Са5е+ 3/2Бе2 л сублімацісю (лі при температурі 760К.

2. Склад ерозійної лазерної плазми сполук С<Юа25(5е)4 містить однозарядні іонн та багатоатомні комплекси С<3+, Са+, Б"*-, 5е+, СЛБ*, С(ІБс+, С(Юа25е+, СУСаэЗег'1', С(ЗСа25с4+, СЖ^з*, ОГСагЭ^, Низькоенергетичні іони та комплекси утворені шляхом їх прямого відриву від поверхні кристалу, а збільшений їх енергії здійснюється в плазмовому згустку, який розширюється.

3. Ефект критичної температури конденсації кадмію сполук С(Юаз5($е)4, що виннкас при випаровуванні в вакуумі потрійної сполуки СіЮа25(5е)4 імпульсним лазерним випромінюванням, обумовлений формуванням на підкладці плівки Оа5(5е) з орієнтацією [001] в напрямку росту, які відштовхують осаджувані атоми Сії тп витісняють звязаний в вигляді молекул СііБСВе) кадмій з об'єму конденсату термонагрівом підкладки та атомами ва.

4. Однорідні плівки СіЮа2$(5е)4 та варізоині структури Са8(5с) -СіЗОаі5(5е)4 одержуються допомогою імпульсного лазерного випромінювання, при цьому випаровування вихідного монокристалу, який зазнас дію піску і термонагріву в вакуумі, здійснюють імпульсами з енергіями кванту рівною ширині забороненої зони сполуки. Для однорідних плівок СіЮа25(5е)4 температура підклхікн встановлюється рівною температурі стехіометричної конденсації, а для варізошшх структур варіюється в межах від температури критичної конденсації кадмію до температури стехіометричної конденсації вихідної сполуки,

5.’ В структурах підкладка*плівка С(Юа25(5е)4 при лазернії*. методах нанесення утворюється подвійний перехідний електричний шар, який приводить до збільшення адгезінної міцності плівок на однн-два порядки.

Наукова новизна

1. Визначений механізм термічного випаровування монокристалів СііСа254 та СсЮадБед і розраховані їх термодинамічні параметри. !

2. Всгановлено наявність в складі продуктів лазерної ерозії монокристалів СіЮа2$(8е)4 іонів Ссі+, Оа'+, 5+, 5е+ та .багатоатомних заряджених комплексів (рекойлів) С<іЗ+, СсіБе-*, СсЮа2Ї>4+, СіЮа25з+, СіЮа2^е+, СсіСа25е2'!\ С<Юа2Бе4+ та вивчений характер їх енергетичного розподілу.

3. Мегодами електронографії та електронної мікроскопії показано, що

при низьких температурах підкладки формую і ься невпорядковані конденсати ОЮа25(Бе)4, а утворення впорядкованих конденсатів Оа5(5е) відбувається при критичних температурах конденсації кадмію сполук СсЮаі5(5е)4. '

4. На основі вивчення закономірностей конденсації парів СіЮа23(5е)4 виявлено ефект критичної температури конденсації кадмію сполук СіЮа25(5е)4, визначені температури їх стехіометричної конденсації. Запропоновано механізм ефекту, який полягає в формуванні на підкладці плівки ОаЗ(8е) з орієнтацією [ 001 ] в напрямку росту.

5. В результаті розрахунку повних енергій електронної взаємодії в

стехіометричних кластерах 2С(Юа25(5е)4 з різним характером »порядкування, катіонної решітки встановлено,-що мінімальні повні енергії досягаються в катіонних підрешітках з нижніми, що чергуються шарами кадмію та галію інверсно центрованих відповідно шарами галію іа кадмію. .

6. Вивчено взасмозвязок оптичних, структурних, механічних та адсорбційних властивостей шарів типу СіЮа25(Бс)4 ,на основі.якого ^пропоновано механізм формування перехідних шарів в різних

режимах одержання. Розроблена технологія одержання однорідних плівок CdGa2S(Se)4 та варізонних структур GaS(Se)-CdGa2S(Se)4.

Практична sinnkm> робота

1. Розроблена технологія одержання однорідних тонких пліїок CdGa2S(Se)4 та варізонних структур GaS(Se)-CdGa2S(Se)4 методом імпульсного лазерного випаровування з вакуумі монокристалів CdGa2S(Se)4 /А.с. СРСР № 1461031 від 22.10.1988р. та № 1709754 від 22.11.1990р./.

2. Виявлено можливість застосування плівок CdGa2Se4 для створення захисних та просвітляючих покрить до кристалів Y3AI5O12-'Nd3+ .

3. Розроблена технологія управління перехідними шарами в структурах плівка-підкладка. Її прнмінення дозволяс підвищити адгезіііну міцність плівкових покрить в 10-100 раз.

4. Результата робота захнщелі,9 авторськими свідоцтвами СРСР на винаходи.

5. Розроблена програма /Додаток І/, яка впроваджена на підприємстві п/я А-1815 м. Мукачеваакт від 30.U9.86p.

Апробація робота.

Основні результати робота доповідались і обговорювались на таких наукових конференціях та семінарах: Міжнародна конференція "Аморфні н’апівпровідникн-84" /м.Габрово, Болгарія, 1984/, Міжнародна конференція "Восьмая международная конференция по сложным соединениям’ ICTMC-8/ м.Кншинів, Молдавія, 1990/, міжнародна конференція з структури некристалічних маіерналів“/м. Прага, Чеська республіка, 1994/, Міжнародних семінарах з прогресивних технологій баплокомпоненпш* плівок та структур’ /«.Ужгород. Україна,1994 та 1996 РР-А Міжнародна конференція 1СТМС-10 ’10th International conference on Ternary and

Mullinary Compounds, /Stuttgart, Germany, 1995/, Всесоюзних конференціях з фізики і технології тонких плівок /м. Івано-Франківськ, Україна, 1990/, Уральській конференції "Современные методы анализа и исследования химического состава материалов металлургии, машиностроения, объектов окружающей среды7г. Устинов, Россия, 1985/, Всесоюзній конференції "Тройные полупроводники АВ2С4 и их применение" /г.Кишинев, Молдавия, 1987/. Щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу і конференціях аспірантів та молодих вчених Ужгородського держуніверситету /«.Ужгород, Україна, 1981 -1986 p.p./.

Публікації та ocoGncnsü вклад автора

По матеріалам дисертації опубліковано 47 наукових робіт, в тому числі 9 авторських свідоцтв на винаходи зареєстрованих Державним комітетом СРСР в справах винаходів та відкрить.

Дисертація є підсумком роботи виконаної автором особисто і в співпраці з рядом співробітників. Безпосередньо автором запропоновано ідеї основних експериментів та теоретичні моделі, виконано основні вимірювання та обробка результатів, сформульовано висновки та оформлено наукові праці і матеріали заявок на винаходи.

Структура та об'єм робота

Дисертація складається з вступу, п'яти глав, заключения, списку літератури та одного додатку. Вона містить 166 сторінок машинописного тексту, 35 рисунків, 5 таблиць, "205 найменувань в списку цитованої літератури.

Зміст дисертації

У вступі обі-рунтована актуальність теми, сформульована мста роботи, приведені основні положення, які виносяться на захист, визначена наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, а також дана коротка анотація дисертаційної роботи.

Кількісний аналіз методів дискретного термічного /ДТН/ та імпульсного лазерного напилення /ЛТН та ПЛН/ в режимах теплового та плазмоутворення розглянутий в першій главі. Введено поняття елементарного стехіометричного кластера кристалу, які для С(Юа2$4 мають об'єм 159,/\3, а дія С<Юа25е4 - 178,7598 А^. Показано, що імпульсні, лазерні методи напилення забезпечують мінімальні відхилення складу пару від складу вихідного об'ємного матеріалу.

Приведені результати мас-сиектрометричннх досліджень складу пару при термічному випаровуванні кристалів С(1Са?54 та СіЮадйі^. які виконані автором. Досліджеігня ^проведені на удосконаленому мас-спектрометрі МИ-1201 в діапазоні масових чисел 2-600 м.о. Характеристичні мас-спектри сполук розраховувались на ЕОМ ЕС-І020 методом послідовного приєднання атомів. В результатідосліджень встановлено, пю сублімація сполук СіЮа25(5е)4 розпочинається при температурах вище 750 К, а найбільш інтенсивне випаровування спостерігається при температурі вище 973К . Основними компонентами пару сполук СіЮа2$4 с Сії, Са, Б, СсІБ, Б2. ОаБ, а для ОЮа?^^ - С(3, СЧІБе, СаБе, Бо- Таким чином термічне випаровування сполук С*Юа2$<Бе)4 здійснюється з дисоціацією по схемам:

2С<Юа2Б4-Си+Сі1Б+40а5+Б+Б2> •

2СіЮа25е4-СсІ+СіІ$е+4Са5с+3/25е2- ,

З аналізу температурних залежностей іонних струмів визначені термодинамічні параметри вивчених матеріалів, зокрема тайни

сублімації і ентропії, необхідні для контролю і управління процесами конденсації плівок та кристалів. Вони складали для сполук СіЮ;п54 та

О.Юа23е4 відповідно 750,73 кДж/моль та 573,45 кДж/моль. Розрахонлиі темпера іурні залежності парціальних тисків основних комплексів пару.

Виконані температурні дослідження тиску наснчених парів сполук СііСіи2$і:4. Встановлено нелінійну залежність тиску наснчених парів, що свідчить про порушення закону Рауля при випаровуванні цих сполук. З одержаних результатів слідує, що метод термічною напнлення непридатний для одержання плівок СсЮа25(5е)4.

З метою вивчення механізму лазерного випаровування сполук СЧЮа2$(5е)4 часово-про льотною мае-спектромегрісм та зондовими дослідженнями виконані вимірювання зарядових та енері етичних спектрів вилітаючих позитивних іонів іа рекоіїлів, продуктів лазерної ерозії сполук СіЮа25(5е)4. Вони були виконані шляхом фокусування променя лазера довжиною хаилі 1,06 мкм з енергісю в імпульсі 10-20 мДж, тривалістю 10 иС, густина потоку лазерного випромінювання на мішені, встановленій в вакуумній камері складала 10^-10^ Вт/см2 _ Рессграція іонних компонент здійснювалась, осцилографічним методом. В мас-спсктрах сполук С‘‘Юи25^с)4 виявлено однозарядні іони всіх елементів сполуки, а також бінарні і потрійні рекойли. Відносний вклад потрійних та бінарних рскоі'піп в загальному складі активаційної компоненти не перевнщуе 22% в С\КЇ;п5>е4 та 12% в СсГСа254. при експериментально виміряній олієні іоиішш пару 3-5%. Цими іонними компонентами переноситься основна доля вільної енергії продуктів лазерної ерозії мішені. Основними зарядженими компонентами пару сполук С«1Са2^4 с $+, Оа+. С<і+, СіІБ4, С\Юа2^3+. СЧ10а234+, а для С<Юа25е4 * Бе+, Оа+, Сл1+, С’с10а25е+, СЧІСіа25с2+, СіЮа23е4+. Ці компоненти с дзеркальним відображенням нейтральної компонент пару. Визначені енерг етичні залежності компонент, які в стислій формі приведені в Таблиці 1.

Визначені залежності стехіометричного складу кон.денса ла CdGa2S(Se)4 віл температури підкладки для методів ДТН, ЛТН та ПЛН. Температура підкладки п процесі напилення встановлювалась в межах від 100 до 750К з кроком :<0К. Склад конденсатів визначався метолом локального рентгеноспектрального аналізу на. мікроаналізагорах MS-46, 1SM-35CF фірми 1EOL з спектрометром фірми LINK. Результат оброблені на комп’ютері з використанням програми ZAF-4 і приведені на Рнс.1 а,б. Визначені температури стехіометричної конденсації плівок сполук CdGa2S(Se)4 в режимах ЛТН складають 173К для CdGa2Se4 і !(ЮК для Ci)Ga2S.i. В режимі ПЛН ці температури відповідно зростають до 27Ж для CdGa2Se4 та 173К для CdGa2S4- Критичні температури конденсації кадмію сполук CdGa2S(Se)4 в режимі ЛТН складають відповідно 723/673/К, _

Визначено склад гетерогенних включень і побудовані фіпкиіі розподілу них включень по розмірам в конденсатах ПЛН. Виявлено дві підсистеми островків сферичної форми з'розмірами 0,11/0,15/ та 0,33/0,57/ мкм відповідно для сполук CdGa2S(Se)4. характерних для ансамбля заряджених островків. В склад цих включень входять всі елемента сполуки.

На основі одержаних результатів-розроблені 2 ст*собн одержання однорідних плівок CdG32S(Se)4 та варїзоних структур GaS(Se)-CdGa2S(Se)4. По запропонованим способам одержання'однорідних плівок та варізонннх структур здійснюють шляхом розпилення вихідних монокристалів CdGa2S(Se)4, які піддають нагріву і стиску вздовж осі s. розпилюють лінійно-поляризованнм лазерним випромінюванням орієнтованим паралельно осі с монокристалу. Температура підкладки в процесі розпилення установлювалась рівною температурі стехіометричної конденсації розпилюваної сполуки/ при одержанні однорідних плівок CdGa2S(Se)4/, а при одержанні варізонннх структур температура підкладки

варіюється від температури критично? конденсації.кадмію сполуки до температури стехіометричної конденсаті сполуки.

У другій главі приведені результати теоретичною аналізу ефекту критичної температури конденсації кадмію сполук CilGa2S(Se)4. Це вивчення виконано напівемнірнчним методом Хюккеля /РМХЛ Вивчалась адсорбція всіх елементів сполук CdGa2S(Se)4 та молекул CdS(Se), які входять в склад парової фалі даних сполук. Ця взаємодія вивчалась на З етапах росту: І-на поверхні кристалу NaCl/кластер з 10 атоміа, 2-псевдоморфний шар GaS(Se) з кристалом Na СІ' кластер NaCl ¡ 18 атомами Ga і S(Se)/, 3-шар GaS(Se) з двома орієнтаціями /кі.г,кість атомів 18 га 24/, кластерів [Oülj та (010|. Встановлено, цю в режимі критичної температури конденсації кадмію атоми S(Se) локхіізуються на аніонах СІ підкладки NaCl, а атоми Ga на іонах Na. Структура [001 ] GaS(Se) чнцпть відштовхувальну дію на атимн СіЗ і слабо зв’язує молекули CJS(Se) При нагріві конденсату зв'зан; атоми Cd витісняються з об'єму нлівкн катіонами Ga. Данніі ефект подібний до сублімації кадмію з сполук CdGa2S(Se)4 при їх термічному нагріві. В процесі росту конденсату можливе плаиарне зближення атомів кластера GaS(Se) до їх рівноважних значень в шаруватих крисіхтах GaS(Se).

В третій главі викладені результати розрахунку елементарних сіехіомегричних комірок монокристалів 2CdGa2S(Se)4. з різним можливим упорядкуванням катіонів кадмію та галію в катіонній реиіігці монокристалів. Проаналізовано 4 можливі структури упорядкування, {(становлено, uto мінімальною повною енергією електронної взаємодії ііо.іодІкиь структури з найбільш густо впорядкованими нижніми шарами С\і ra G-* центрованих відповідно інверсно атомами Ga та Слі. Результати І ч'фахунку виконані в рамках валентного наближення добре уроджуються з експериментальними даними по шириш забороненої юии кдпойідіш* монокристалів.

Таблиця 1. Максимальні Емах, мінімальні ЕМш і найбільш імовірні Е значення енергії, питома концентрація * і час осадження т основних іонних компонент пару сполук С*Юз25(5е)4.

С<іСз254

Компоненти пару ■ Б+ Оа+ Сс1+ С(і5+ г |С<]Са25з+ ! ‘ СііСіа^д^

Параметри |компопспт

і^мах.^Й 260 469 525 630 1116 2019

¡Емін- Н ' ' 23 ■ 37. 108 116 160

Е, еВ 170 52 ' 233 300 —- \ :.722 ! ХТО

V мке 9,45 9.766' - 922 4.71 .... ..... | >‘.45 | ' 7.98

' % 38.27 26.56 . 13,82 8,24 5,56 і 7,55

СіЗСяіЗед

Компоненти пару Бе+ Са+ С<1+ СііСа;5с+

Параметри компонент

£.мах,еВ 502 418 525 1346 1550 2477

Емін-е^ 10 11 9 110 136 74

Е. еВ 33 52 149 909 11-5 954

т. мке І 17,38 15.20 22,12 8,92 8,80 і 17.90

с, .. % | 46 27,63 14.27 3.65 2.19 і 6.25

ф

0,05

шм

>чч

о11 * -■"—‘—1.»"Ч-

юо зоо 500 і;к

а

СсіДе

оро

0,?0

0?0

6аД<

0,20

тг.агпт

и Г, ГІ цГ»ии I .1П1»ц.

0.10

о

100 300 500 700 т,К

Рис-1. Залежність стехіометричного складу ко плен сап б 0!0а2.54 Ы та СіЮаіБсд від температури підкладки: І-ЛТН, 2*ПЛН (іаиприхована область склад монокристалу СііОа25(Б’_‘)4 відповідно).

сполук

еталона

Результати оптичних досліджень показали, що ири зміні температури підкладки в процесі напилення від температури стехіометричної конденсації до критичної температури конденсації кадмію сполуки ширина забороненої зони плівок змінюється в відповідності з зміною складу конденсатів.

При структурних дослідженнях встановлено, що при температурі стехіометричної конденсації сполуки плівки мають аморфну структуру, а при температурах близьких до температури стехіометричної конденсації кадмію -впорядковану монокристалічну структуру з орієнтацією нормальною до поверхні підкладки.

В четвертій главі приведені результати досліджень основних експлуатаційних властивостей плівок СіЮаоЗ^еІф До них відносять адгезійну міцність, величину та характер внутрішніх напруг. Адгезійна міцність плівок визначалась методом нормального відриву, внутрішні напруги -методом вигину стержня. Пристрій для вимірювання внутрішніх напруг захищений авторським свідоцтвом СРСР на винаходи містить джерело когерентного світла, напівпрозоре випукле дзеркало, вимірювальний екран, плоске дзеркало, підкладку для плівки, встановлену в тримачі, фотоприймач, напівпрозоре плоске дзеркало, розміщене між плоским дзеркалом та вимірювальним екраном, другий ■ фотоприймач, розміщений по ходу відбитого від Напівпрозорого дзеркала пучка світла, еталонну підкладку, ідентичну підкладці для плівки, закріплену в тримачі і розміщену між напівпрозорим дзеркалом і другим фотоприймачем та оптичний клин, розміщений між плоским дзеркалом і фотоприймачем. Методом РМХ виконані розрахунки адгезійної взаємодії плівок СсЮї^БіБеИ з поверхнями підкладок №СІ, Ос, та Бі. Суттєві відмінності розрахованої адгезійної міцності з експериментом пояснюються існуванням перехідного шару на межі плівка-підкладка та внутрішніх напруг, які чинять розклинювальну дію. Вивчено взаємозв'язок адгезійної

міцності з технологічними умовами напилення. Встановлено максимальну адгезіину міцність в' конденсагів ПЛН. Ця загальна закономірність пояснюється утворенням подвійного електричного шару, який формується на поверхні за рахунок активаційної компоненти пару та зародження і активації аніонних вакансій на поверхні підкладки первинним пучком електронів. Визначена величина коефіцієнта термічного розширення плівок СсЮа25е4 рівна 17 1(И> Град.*1

В п'ятій главі приведені результати досліджень хімічної стійкості сполук СсЮа25(5е)4 та розглянуто можливість практичною використання їх плівок. Показано,шо ці сполуки не розчиняються в воді, соляній та метиловій кислотах, слабо розчиняються в лугах та їх розчинах, але розчиняються в сірчаній та азотній кислотах та їх розчинах. В робогі приведена методика розрахунку двохшароїшх нроезітлюючи.ч та відбиваючих структур для плівкових елементів оптики та квантової електроніки. Розроблена методика використала для розробки просвітлюючих покрить до елементів ОаА$,- СіІТе та К.ОР, а плівки СіЮа25е4 використані в якості одного з шарів просвітлкючого покриття для активних елементів УзАІ50]2:К<33+.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Термічне випаровування кристалів ОЮа25(5е)4 здійснюється при

сильній дисоціації по механізмам: .

2CdGa2S4-Сіі+СаЗ+ДСаЗ+Б+Б? '

2СиСа25е4-СЛ+Са5е+4Са5е+3/25е2 Теилотн реакцій випаровування монокристалів СіЮа254-750,73 кДж/моль, а С\іСа25е4-573,45 кДж/моль. .

2. Виявлено, шо склад ерозійної лазерно» плазми сполук ОЮазБед чіетнгь оди.'«рядні іони та багатоатомні рскойли С<ІІ, Оа+, 5е4,

CdGa2Se+. CdGa2Se2+, CdOa2Se4+, a CdGa2S4 - Cd+, Ga+, S+, CdS+, CdGa2S3+, CdGa2S4+. Встановлено, що низькоеиергетичні рекойли утворені шляхом їх прямого відриву від поверхні кристалу, а збільшення їх енергії здійснюється в плазмовому згустку який розширюється.

3. Розрахунки виконані методом РМХ елементарних актів взаємодії атомів Cd, Ga, S, Se та молекул CdS(Se) з вузлами поверхні (001) NaCl, псевдоморфним шаром NaCl-GaS(Se) і з кластером GaS(Se) орієнтацій [001] га [010] показали, що вони слабко зв'язують молекули, а на сгадії росту відштовхують атоми Cd. Підкладка NaCl слабо зв'язує атоми Cd на катіонах.

4. Виявлений ефект критичної температури конденсації кадмію і запропонований його механізм, який полягає в формуванні на підкладці плівки GaS(Se) орієнтації [001], яка чинить відштовхувальну дію на осаджувані атоми Cd і витісняє осаджений в вигляді молекул CdS(Se) Cd із об'єму конденсату термонагрівом підкладки га процесами витіснення Cd з об'єму плівки осадженими атомами Ga.

5. Показано, що повні енергії електронної взаємодії мінімальні хія стехіометричних класгерІ8 2CdGa2S(Se)4, в яких грані формуються катіонами Ga та Cd інверсно цеіггровані атомами Cd та Ga.

6. Запропоновано пристрій ятя вимірювання внутрішніх напруг в тонких плівках/А.с. СРСР №1280314 та 1226048/. Показано, що максимальна адгезінна міцність досягається в ПЛН конденсатах. Внутрішні напруги корелюють з адгезійною міцністю плівок. Визначена величина коефіцієнта термічного розширення плівок, яка складає 17 10 Град.*!,

7. Розроблені способи одержання плівок rio- та ееленогалагів кадміїо/А.с. СРСР N.>1461031 та 1190217/, які позволяють отримувати однорідні плівки CdGa2S(Se)4 га варізонні структу ри на їх основі.’

Я. Встановлено механізм формування перехідного шару, структура та товшина якого дозволяють керувати та контролювати оптичні та механічні параметри плівкових елементів.

9. Визначена дисперсія показника заломлення ДТН, ЛТН та ПЛН конденсатів СсЮа25(5е)4. Показано, що ПЛН конденсати мають показник заломлення найбільш близький до параметрів кристалу. Ширина забороненої зони конденсатів сполук СіЮа25(5е)4 при зміні температури підкладки змінюється в відповідності із стехіометричним складом конденсату.

10. Розроблені нові плівкові матеріали на основі сполук СсЮа25(^')4, які хімічно стійкі, не розчиняються в воді, лугах, слабо взаємодіють з соляною та метиловою кислотами, що дозволяє використати їх в якості оптичних та відбиваючих покрить до плівкових елементів, які працюють в агресивних середовищах. Розроблена програма розрахунку двохшарових просвітлюючих та відбиваючих покрить впроваджена в м. Мукачево, п/я А-1815.

Основні результати дисертаційної роботи, викладені у наступних друкованих виданнях:

1. Качер И.Э., Довгошей Н.И., Фириак Ю.Ю. Антногражаюшне

покрыл» для электрооптическнх элементов ю кристаллов КН2РО4, СаА$

и СсіТе./ Квант. Электроника: Республ. Межвед. сб.*Киев:Наук.

/ .

думка, 1982.-Вып.22.-С.101-104.

2. Качер И.ЭЧ Аникеев Б.В., Довгошей Н.И. Влияние условий создания переходного слоя на его оптические характеристики.// УФЖ,-19М>.-Т.З! ,.Ч'1 .-С.37-40.

3. Онопко В.В., Качер И.Э., Довгошей Н.И.. Кобаль' В.А. Адгезия и напряженное состояние пленок CiiGa2Se4.// Изв. АН СССР. Сер. неорган. матер.- 1986.-Т.22,№ П.-С.! 804-181)7.

4. Камер И.Э., Мнголинец И.М., Довгошей Н.И. Просветляющие покрытия для кристаллов YAG.II Квант. Электронича:Республ. Межвед. сб. -Киев:Наук. думк:!,1г'К?.-Вып.26.-С. 45-47.

. 5. Качер И.Э., Опачко И.И., Риган М.Ю. Испарение тронных

соединений CdGa2S(Se)4 под действием импульсного лазерного ¡плучения.// УФЖ.-19Ь9.-Т.34Д>11.-С, 1723-1732.

6. Качер И.Э., Свитлннец В.П., Довгошей Н.И., Онопко В.В., Фнрцак Ю.Ю., Химинец В.В. Влияние технологических условии напыления ни механические свойства пленок типа CdGa2S(Se)4 и Cd4GeS(Se)6 // Вакуумная техника и технология.-1991.-Т. 1.-NL4.-C.32-36.

7. Качер И.Э., Жихарев В.Н., Томашпольский 10.Я., Ремега Е.Ю. Эффект критической температуры конденсации кадмия соединений CdGa2S(Se)4 на поверхности монокристаллов (001) NaCl.// Поверхиость-.физнка, химия, мсханика.-1994,ТЛ.-С.49-53.

8. Довгошей Н.И., Свитлинец В.П., Качер И.Э.Особешюети

получения аморфных пленок соединений типа Cd4GeS(Se)<j и CdGa2S(Se)4 и кристаллические явления в них./ Аморфные полупроводники-84: Материалы международной конф. -Габрово, Болгария, 1984.-Т.2.-С. ЮЗ-105. .

9. Качер И.Э., Довгошей Н.И., Риган М.Ю., Микуланинец С.В. Особенности процессов испарения полупроводниковых соединении CilGa2S(Se)4./ Современные методы анализа и исследования химическою состава материалов металлургии, машиностроения, обьектов окружающей среды.-Устинов, 1985.-С.348-349.

10. Kacher I.E., Zhicharev V.N., Dovgoshev N.I., Tomashpoiskiv Yu.Ya. Interaction of neutral and charged cadmium complexes from CiGu^SiSeU

Layers./Iniemal. Workshop ой advanced technologies of muiticomponeni solid Films and Slruciures.-Uzhgorod, 1994.-P.79-8I.

11. A.c. CPCP № 1280314. МКИ G01 В 11/16. / И.Э.Качер. Устройство

для измерения внутренних напряжений в тонких пленках // БИ.-198б.-№48.-С.161. ;

12. A.c. СРСР № 1517527. МКИ G01 N 21/17./ И.Э.Качер. Способ определения оптической стойкости прозрачных пленочных элементов и устройство для его осушествления.-ДСП.-от 14.09.1987.

13. A.c. СРСР №1461031. МКИ С23 С 14/28./ И.Э.Качер, Ю.И.Тягур,

H.И.Довгошей, Е.И.Герзанич, Ю.Я.Томашпольскнй. Способ получения пленок тио- и селеногаллатов кадмия.-ДСП.-от22.10.1988.

14. A.c. СРСР № 1226048. МКИ G01 В 11/16. / И.Э.Качер,

В.В.Онопко. Устройство для измерения внутренних напряжений в тонких пленках //БИ.-1988.-№15.-С.112-113. .

15. A.c. СРСР №1709754. МКИ С23 С 14.28,/ И.Э.Качер, Ю.Я.Томашпольскнй, Н.И. Довгошей, С.Г. Прутченко, М.Ю. Риган. Способ получения пленок тио- и селеногаллатов кадмия.-ДСП.-от

I.10.1991.

16. Риган М.Ю., Качер И.Э., Стасюк Н.П., Онопко В.В. Устойчивость селеногаллата кадмия к различным химическим реагентам. II Метрологическое обеспечение производства и прикладные научные исследования. -Клев-Ужгород, 1989.-C.8Ü-83.

17. Качер И.Э., Мица В. М., Ремета’Е.Ю-, Родионов Б.E., Логина Л .О. Расчет и исследование оптических двухслойных отражающих структур на основе широкозонных халькогенидных пленок. // Метрологическое обеспечение производства н прикладные научные исследоваиия.-Киев-Ужгород.1989.-С.20-25.

IX. Dovgoshey N.I.. Svitlineis V.P., Kacher I.E. The pecularities of edge' Abotpnra and crystallization phenomena in amorphous Films of A4BQ, and

АВ2С4-// Eight Intern. Conf. on Multinary compounds 1CTM-8. Kishinev. -1990.-P. 78.

19. Качер И.Э., Довгошей H.И. Исследование аморфных пленок АВ2С4. // Неорганические стекловидные материалы и пленки на их основе в микроэлектронике: Тез. Ш Всес. конф. -Москва, 1983.-С.79.

20. Качер И.Э., Довгошей Н.И., Томашпольский Ю.Я. Влияние термического нагрева на структуру и оптические свойства пленок тио- и селеногаллатоп кадмия. // Тройные полупроводники АВ2С4 и их применение.-Кншинев, 1987.-С.181.

21. Качер И.Э., Аникеев Б.В., Довгошей Н.И. и др.Получение тонких пленок с переходным слоем и особенности их оптических и механических свойств.-Ужгород. ун-т. Ужгород.-1985.-18с.-Деп. в Укр. НИИНТИ 21.01.85.-№ 138У К-85Деп.

22. Качер И.Э. Кинетика процессов испарения и конденсации пленок тио- и селеногаллатов кадмия. Ужгород, уи-т.- Ужгород.-1987,-6с.-Деп, в Укр. НИИНТИ 7.01.88,-№149Ук-88Деп.

23. Kacher I.E., Dovgoshey N.I., Zhiharev V.N., Remeta E.Yu., Rigan M.Yu. The Formation of CdGa2S(Se)4 Films heteroboundery with sodium chloride crystals.-lülh Intern, conf. on ternary and multinary compounds.-Stuttgart, 1995.-P.309.

24. Качер И.Э., Томашпольский Ю.Я., Довгошей H.Я., Риган М.Ю.. Прутченко С.Г., Жихарев В.Н. Эффект критической температуры конденсации в процессах лазерного испарения дефектных халькопиритов CdGa2S(Se)4.// II Всес. конф. по физике и технологии гонких пленок.-Ивано-Франковск, 1990.-С. 123.

Качер Игорь Эммануилович. "Особенности формирования н основные физические свойства пленок CdGa2S(Se)4".

Диссертация на соискание научной степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.10- физика полупроводников и диэлектриков; Ужгородский государственный университет, Ужтород, 1996. .

Установлены закономерности термического и лазерного испарения дефектных халькопиритов CdGa2S(Se)4-

Определен состав, структура, дисперсия оптических констант, адгезионная прочность и внутренние макронапряжения конденсатов, полученных дискретным термическим и импульсным лазерным распылением. Выявлен эффект критической температуры конденсации кадмия соединений CdGa2S(Se)4 и предложен механизм, заключающийся в формировании на подложке пленки GaS(Se) ориентации [001].

Разработаны два способа получения однородных пленок и варизонных структур на основе этих соединений.

Предложено использование разработанных пленок в качестве слоев просветляющих и отражающих покрытий для видимой и ИК областей спектра.

Разработанная программа расчета двухслойных просветляющих и отражающих покрытий внедрена на п/я А-1815 г.Мукачева.

Kacher Igor Emanuilovich. The Shaping pecularities and basic properties of CdGa2S(Se)4 films.

Present inis for a candidate's of physical and mathematical science on scientific dbcipline 01.04.10 - semiconductors and dielectrics physics; Uzhgorod State University, Uzhgorod, 1996.

It has been established the relations of thermal and laser induced

evaporation for CdGa2S(Se)4 defective chalcopyrite. The composition,

structure, optical constant dispersion, adhesion strength and interna! macrostress of condensates obtained by discrete thermal and pulse laser induced evaporation were defined. It was revealed the cadmium condensation critical temperature of CdGa2S(Se>4 compounds and propoused the mechanism, confining in formation on GaS(Se) film with [001] orientation.

It has developed two methods for homogeneous films and varizone

structures on the basic of these compounds.

It has been suggested the use of devised films as layers of antireflection and reflection coatings for visible and infrared regions.

The calculation devised program of two layer for antireflection and reflection coalings was introduced in enterprise Л-1815 of Mukachevo.

Ключові слова: ефект критичної температур» конденсації калмію. електронна мікроскопія, дисперсія показника заломлення, кластер, псевді морфна плівка, катіонна решітка.