Получение и исследование многослойных полупроводниковых структур на основе соединений AN Bvi тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

{)Го ТВЕРДОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

" ' • На правах рукописи

УДК 338.975.001.5

СЕРГЕЕВА Яна Вячеславовна

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР НО ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ (Г в"

I

Специальность 01.04,07 - Физика твирдого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . кандидата физико-математических- наук

Тверь 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском архитектурно-строительном университете

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор ' Романенко В.Н.

Официальные оппоненты -

-доктор технических наук, профессор Смирнов Ю.М,

доктор физико-математических наук, доцент Иванов К.В.

Ведущая организация -

Санкт-Петербургский технологический институт.

Защита состоится 25 февраля 1994 г, в 15 часов 30 минут на засе-- дании Специализированного Совета К .063,97,05 в Тверском государственном университете по адресу! 170002, Тверь, Садовый пер,, д.35.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного университета. _

Автореферат разослан

1994. г.

Ученый секретарь специализированного Совета, к.ф.-м.н,, доцент

Иванов В.В,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тема. Анализ физико-химических свойств материалов, используемых для изготовления чувствительных элементов газоанализаторов, исследование их электрофизических и структурных свойств позволяет разработать методы расчета на базе основных физичёских явлений, Практическая реализация расчетных методик позволяет прогнозировать характеристики изготавливаемых датчиков и оптимизировать их парамет- _ ры. Анализ работы газоанализаторов различного типа показал, что в качестве чувствительных элементов целесообразно использовать полупроводниковые структура.

Исходя из имеющихся разработок, представляется перспективным использование чувствительных структур на основе материалов РЬТе, РЬЭ и 5п0^. Промышленной выпуск детекторов на основе указанных материалов в нашей стране отсутствует.

Расчетные методики по теории полупроводниковых пленок ка основе РЬТе и РЬБ. позволявшие формировать структуры с оптимальными параметрами,, на 'представлены в литературе.

Поэтому разработка методики теоретического расчета параметров чувствительных структ:1 на основе РЬТе и РЬЭ и технологии формироза- . ния полупроводниковых структур на-основе РЬТе-, РЬ$ и 5пОг, является весьма актуальной задачей.

Для построения на основе этих материалов полупроводниковых датчиков, разработанных и представленных в данной диссертационной работе, использовались дза принципа дейстзия: связь меаду величинами оптичес- . ких сигналов определенной длины золнн, прошедших через среду при наличии, и отсутствии в ней анализируемого газа; измзкение электропроводности материала под действием анализируемого газа.

В первом случае основу построения .газоанализатора составляла оп-топара, зкличаюцая источник и приемник излучения. Аналитическая длина волны оптического сигнала выбиралась в области максимума оптического поглощения анализируемых газов и в диапазонах длин волн, соответствующих "окнак прозрачности", атмосферы, а именно, в инфракрасной области спектра от. 2 до 5 мкм. Одним из основных требований к датчику - близкая к комнатной рабочая температура - определило вибор приемника излучения на данном диапазоне длин волн: фотодиод на основе РЬТе и РЬБ.

Второй - основан на процессах окислительно-зосстановительной реакции, в результате которых происходит изменение сопротивления ц, зависимости от концентрации адсорбированного газа или компонента га- 3 -

зовой смеси. Наиболее перспективным материалом для чувствительного слоя таких датчиков являптся полупроводниковые пленки $пОа, так как они обладает высокой химической стабильностью, механической прочностью; термостойкостью и высокой адгезией к подломам.

Цель настоящей работы - разработка методики расчета параметров р-п структур на основе РЬТе и РЬБ. и ее применение для оптимизации тех' нологичесмц условий при выращивании тонких полупроводниковых пленок на основе РЬТг, РЬБ и формировании структур на основе РЬТе. РЬ5 и ЯпО, для создания гаэоаналитических датчиков.

Задачи работы:

1. Теоретический расчет оптимальных параметров р-п структур на основе РЬТе и РЬ$ в широком' температурном диапазоне для прогнозирования характеристик фотодиодов на их основе.

2. Исследование термодинамических условий роста эпитаксиальных пленок РЬТе.и РЬ$, разработка метода получения р-п структур на основе РЬТе и РЬ5. выращенных на подложках из кремния с буферными слоями.

3. Исследование условий формирования р-п структур на основе РЬТе и РЬБ, для изготовления фотовольтаических приемников работавших при комнатной температуре.

4. Разработка методики получения пленок 5пОг и исследование их электрофизических и структурных свойств.

5. Разработка методики изготовления датчиков проводящего типа в тонкопленочном исполнений, на основе пленок БпО».

Новыми научными результатами, представленными в работе, являвтся;

1. Теоретический расчет основных параметров р-п переходов на ос' нове РЬТе и РЬБ в вироком диапазоне рабочих температур, в результате которого определены основные составлявшие тока.протекавщего через р-п -переход; расчеты вольт-амперных и спектральных характеристик для различных параметров р-п переходов на основе РЬТе и РЬ5 в вироком диапазоне температур и выбор оптимальных параметров фотодиодных структур. -

' 2. Методика формирования р-п структур на основе РЬБ методом "го-, рячей стенки".

Метод "горячей стенки" позволяет выращивать образцы в термодинамически контролируемых условиях с воспроизводимыми параметрами. Особенность метода - перенос вещества от источника к подломке осуществляется в пространстве, ограниченном стенками испарительной кварцевой ампулы. Испарение вещества происходит в условиях, близких к равновесным. что предотвращает конденсации испаряемого вещества на стенках

■ - 4 -

ампулы. Изменение состава пара над поверхностью растущей пленки позволяет управлять концентрацией носителей заряда в образце.

3. Методика формирования р-п структур на основе РЬТе и РЬ5 на подлояках из кремния с буферным слоем.

4; Исследование электрофизических и структурных свойств пленок РЬТе и РЬ$, выраженных на подложках из кремния с буферными слоями.

5. Методика формирования р-п-структур на основе РЬТв и РЬ5 с наи-лучвими характеристиками на основе результатов сравнения эксперимент тальных и расчетных значений параметров р-п перехода . Показана возможность использования этих структур в фотоприемниках, работавших при комнатной температуре.

Экспериментальные результаты, .полученные в данной работе, подтвердили возможное^ применения допущений теории полупроводниковых пленок непосредственно к материалам РЬТе и РЬ5.

Практическая ценность работы состоит в возможности внедрения датчиков на основа РЬТе, РЬ$ и БпОг в промккленности. Фотодиоды на основе пленок РЬТе и РЬ$ работают при комнатной температуре, что открывает вирокие возможности применения таких фотодиодов.

Особый интерес с технико-экономической точки зрения представляет выращивание фоточувствительных структур на основе РЬТе и РйБ на подложках из кремния с буферным слоем. Такой монолитный подход дает возможность выполнить соединения датчиков на одной и той же кремниевой подложке, что позволяет избеяать большого числа гибридных соединений.

Представленные в данной работе' теоретически рассчитанные парамет-' ры р-п структур на основе РЬТе и РЬЯ позволяют получать р-п структуры , с оптимальными параметрами путем изменения технологических режимов в процессе роста полупроводниковой пленки.

Результаты разработки, проэеденкой на ряде-основ и допущений теории полупроводниковых пленэк, подтвердили возможность использования данного расчетного аппарата для оптимизации параметров р-п переходов на основе РЬТе и РЬБ и характеристик приборов данного типа.

На базе созданных р-п структур на основе РЬТе и РЬ$, выращенных на подложках из кремния с оуферним слоем, разработана методика, формирования многозлементннх линеек фотодиодних структур.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих научных конференциях:

1. 50-я научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов института.(Санкт-Петербург,1993),

2. Всесоюзная конференция "Состояние и пути развития производства

- 5 -

полупроводниковых приборов некогерентного излучения и их применение в народном хозяйстве". (Севастополь,1SS2).

3. Всесоюзный семинар "Физико-хиыич«ские свойства многокомпонентна полупроводниковых систем. Эксперимент и моделирование". (Одесса, 1S9Q).

Основное содер&ание диссертации изложено в 5 публикациях в виде статей и тезисов докладов'. , ■

Объем работы, Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка; литературы, Изложена на 169 страницах мавинописного текста, 'вклвчая 33 рисунка, 2 таблицы, список литературы, состояний из 10S наименований отечественных и зарубежных авторов. ' ,

Все эксперименты и представленные результаты выполнены автором. Обсуждение и интерпретации результатов и выводов совместно с автором проводил научный руководитель.

■ содержание работы

So введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, отмечен^ новые научные результаты. запекаемые автором. '

- В главе 1 "Физико-химические свойства материалов PbTe, PbS и SnO, и их использование для создания газочувствктел'ьных датчиков" описаны основные физико-химические свойства материалов РЬТе, PbS и SnOt.

В данной главе также отмечено, что вырацивание • эпитаксйальных пленок РЬТе и PbS методом "горячей, стенки"' является наилучшим способом формирования структур На основе соединений РЬТе и PbS, так как он позволяет осуществлять рост эпитаксиальных пленок в термодинамически контролируемых квазиравновесных условиях. Этот метод характеризуется технологичностью, возможность«! управления электрофизическими параметрами образцов непосредственно в процессе их роста,. боспроизВодимостьо от цикла к сиклу. Выбор этого мётода обусловлен также и тем, что метод' достаточно хорошо разработан для формирования халькогенидов свинца на подложках из CaFa и BaF3 .

Было установлено, что на электрофизические и структурные свойства пленок на основе РЬТе и PbS влияют такие технологические параметры,1 как состав вихты испаряемой загрузки, давление пара основного и до-пополнительного источника, температура испарения и конденсации, температура подложки. Выращивании монокристаллических пленок РЬТе и PbS на подложках из кремния с буферными слоями посвящено несколько работ, • ■ .. - G -

в которых показана попытка создания фотодиодных структур, однако технология формирования пленок РЬТе и РЬБ на подлодках из кремния с буферными слоями не разработана.

Было отмечено, -что в настоящее время отсутствует методика выращивания р-п структур на основе РЬ5 методом "горячей стенки".

Не установлены оптимальные параметры фотоприемннх структур на основе РЬТе и РЬ5 , выращенных на подложках из кремния с буферными слоями, а также влияние технологических режимов формирования р-п переходов в едином технологическом цикле на параметры р-п'структур.

Несмотря на то, что существует базовая теория физики полупроводниковых тонких пленок, описывающая работу р-п перехода, расчеты параметров р-п структур (произведение дифференциального сопротивления диода на его площадь, обнаруяителъная способность) в вироком диапазоне температур, вклнчая комнатную, на основе соединений РЬТе и РЬ5 в литературе отсутствуют, что не дает возможности заранее прогнозировать такие параметры р-п переходов, как градиент концентрации электрически активных центров в области объемного заряда плавного р-п перехода, .соотношение концентраций донорных и акцепторных центров по обе стороны резкого перехода, глубина залегания р-п перехода.

' Свойства материала 5пОг в настоящее время достаточно изучены. Предложена модель окислительно-восстановительных реакций, происходящих поверхности резистора на основе 5п02. Разработке адсорбционных датчиков проводящего типа на основе Бп02 посвящено много работ зарут Оевных авторов, однако в.назей стране получение датчиков такого типа недостаточно разработано.

В главе 2 ' "Расчет параметров р-п структур.на основе РЬТе и РЬ5" описана методика расчета температурной зависимости произведения дифференциального сопротивления р-п перехода на основе РЬТе и РЬБ на его площадь. На основе методики, в которой была реализована модель Мелн-' гейлиса и Хармана, выполнены и приведены соответствующие расчеты.

В результате представленных расчетов установлены зависимости величины произведения-дифференциального сспротиэления диода на его площадь от параметров р-п-перехода и его рабочей температуры.

Определены оптимальные значения градиентов концентрации Электрически активных центров в области объемного заряда для широкого диапазона температур р-п структур на основе РЬТе и РЬ5, позволяющие получить максимальные величина произведения дифференциального сопротивление диода на его площадь. Для фотоприемников на основе РЬТе и РЬ5, работающих р ревиме ограничения фоном, максимально возможные

- 7 - .

значения £ой получены при значениях градиента концентрации электрически активных центров 1032 м* и составляют 26 Эм см2 и 264 Ом сыг для РЬТе и РЬ5, соответственно, при температуре 300 К. Таким образом, показана возможность работы фптпприемникпя на опнппе РЬ5 и РЬТе при комнатной температуре. При температуре 77 К величины Рой составляли 310 Ом-см* и 1.8'10*' Ом си1 при значениях градиента концентрации электрически активных центров 10*' и"4 для РЬТе и РЬ5, соответственно.

В результате выполненного анализа составляющих тока, протекающего через р-п-переход, установлено, что преобладание туннельной составляющей тока наилюдается при понижении температуры до 77 К как для р-п переходов на осиозе РЬТе, так и для р-п-переходов на основе РЬБ.

Выполнен анализ расчетных вольт-амперных характеристик р-п переходов. Установлены зависимости напряжения туннельного пробоя р-п перехода от значения градиента концентрации электрически активных центров в ооласти объемного заряда и от рабочей температуры диода.

Для представленных вольт-амперных характеристик характерно, что . обратные ветви ВЙХ хороио аппроксимируются выражением I = и , где с - коэффициент наклона. Для вольт-амперных характеристик, рассчитанных для температуры 300 К, эта аппроксимация верна при обратных напряжениях, меньших значения 100 иВ. При напрянениях, превышающих это значение. ток достигает постоянного значения и обусловлен только диффузионной составляющей, а коэффициент наклона равен нулю.

Для вольт-амперных характеристик, рассчитанных при температуре 77 К,наклон обратной ветЕИ ЗйХ для р-п-переходов с градиентом концентрации электрически активных центров от 10гв м'+ до 10 м" имеет' значение 0.5 при напряжении более 100 мВ, что обусловлено преобладанием генерационной составляющей тока, протекающего через р-п переход. При градиенте концентрации электрически активных центров равном !032 м"\ наклон обратной ветви вольт-амперной характеристки изменяется на значение- больше 1, что свидетельствует о преобладании туннельной "составлявшей тока.

' Таким образом, изменением значения градиента концентрации электрически активных центров от значения ю'м~*до ю'к" плавного р-п перехода мокко менять реким работы фотодиода. Так, при напряжениях смещения 5 мй для значения градиента концентрации электрически активных центров равного 10" м~* для плавного р-п перехода на основе РЬТе и г'Г^ только при температуре 77 К в. обратной ветви БАХ имеет мес^ ту-нглиро£.аш1?. При температурах 209 К и 300 К туннельная составляющая тока отсутствует.

Аналогичные результаты били получены и для резких р-п переходов на основе РЬТе и РЬЯ,

То: есть выбором соответствующего значения параметра р-п перехода - градиента концентрации электрически активных центров для плавного перехода и соотношение концентрации донорных и акцепторных центров по обеим сторонам резкого перехода, а также рабочей температуры можно влиять на вид вольт -амперных характеристик фотоприеиников излучения.

Определена зависимость квантовой эффективности от параметров р-п структур. Расчет квантовой эффективности р-п структур на оснозе РЬТе И РЬ5 был выполнен на база модели Вайла с учетом того, что квантовая эффективность р-п структур полет быть получена как сумма трех составляющих: квантовой эффективности самого р-п перехода и квантовых эф-фективностей прилегающих к р-п переходу рил областей. Тогда выражение для квантовой эффективности р-п структуры будет иметь вид:

Ч = 1р + 4« + Чп ■ с 1 > ■

где ур - квантовал эффективность нейтральной р-о5ласти: - квантовал эффективность нейтральней п-ойласти;

4<1г - квантовая эффективность р-п перехода. Для дальнейших вычислений области п и р рассматривались как квазинейтральные . так как а первой приближении электрическое поле п и р областей настолько мало по сразненяа с областью р-п перехода, что мояет не учитываться. Тогда для п-области выракение для квантовой эф-1 фективности имеет вид:

• „ Гл.-*" У +А0 -ЬМп1

где - коэффициент поглоцения;

Ьг - диффузионная длина дырок;- '

1>р - коэффициент диффузии дырок;

хп - граница области истоиения, прилегалдей к п-области;

5 - скорость поверхностной рекомбинации; Выражение для квантовой эффективности р-области представлено следующим образом;

,г

{-¿'Ип ^ и 51'лл -I

где - диффузионная длина электронов;

¿, - толщина образца;

5п - коэффициент диффузии электронов;

ХР - граница области истощения, прилегающей к р-области;

■ • Для области истошения р-п перехода квантовая эФФективнсть ми«шт быть вычислена следующим образом:

?*■»« '-е (4)

Скорость поверхностно» рекомбинации определяется уравнение*:

сМ *£ (5)

Значение коэффициента поглощения в выражения* (2),(3),(4) определялось иззависиыости коэффициента поглощения от энергии кванта:

где А - коэффициент, равный 3.18-10 см"'эВ для РЬТе и 4.29-10* см"' зЬ^для РЫ>.

Ь диссертации представлены зависимости величины квантовой эффективности от длины волны для разных скоростей поверхностной рекомбинации при температуре 77 К, 200 К и 300 К р-п структур на основе РЬТе и РЬ$. В результате полученных зависимостей, установлено, что максимум чувствительности материала полностью согласуется С зависимость« «ирины запрещенной зоны материала от температуры,- Увеличение скорости поверхностной рекомбинации приводит к уменьшении квантовой' эффективности. В расчетах значение'толщины образца принималось равным 10 йкм, превышающим значения диффузионный длин носителей заряда' при разных температурах.

Установлено также, что на величину квантовой эффективности ¿(гльно влияет значение диффузионной длина носителей заряда, В работе представлена зависимсть величины квантовой эффективности от длины волки для разных значений диффузионной Длины.

На основании полученных в диссертации зависимостей, можно заключить. что увеличение диффузионной Длины вплоть ДО значения, равного величине глубины залегания р-п перехода, приводив к увеличений квантовой эффективности. Однако значения диффузионной длины и времени жизни носителей заряда" завйсят от температуры,' которая и определяет максимальное значение квантовой эффективности. Как вмГДно из выражений < 2)-15). увеличение ширины оОласти объемного заряда' так<е приводит к увеличению величины квантовой эффективности,

.Таким образом делается вывод, что наиболее оптймальнйм значёниёй градиента концентрации является значение градиента концентрации

- 10 -

электрически активных центров, равное Ю2 для материалов РЬТе и РЬБ, соответствующее максимальному значению вирины области объемного заряда; Однако, влияние величины жирины области объемного заряда на квантовую эффективность является незначительным по сравнение с влиянием вирины области объемного заряда на оптимальнув величину произведения дйфференциального сопротивления диода на его площадь.

Рассчитаны максимальные значения обнаружительной способности диода в режиме ограничения фоном: 4.3-10 см-Гц'*/'*1 Ч -7-Ю" см Гц'^/Вт ■ при оптимальных значениях Кой, равных 1.89-10 Ом смг и 3.46-10* Ом смг для РЬТе и РЬБ, соответственно.

В главе 3 "Технология получения и исследование свойств фоточувс-твйтельных структур на основе пленок РЬТе и РЬ5 на подложках из * кремния с буферными слоями" представлена разработаная методика получения буферных слоей Ва^Сс подслоем СаР^ й без него) методой "горячей стенки". Предварительные эксперименты испарения Ва^ из тайталовой лодочки позволили получить лижь полукристаллические пленки . Прй варьировании технологическими режимами выращивания пленок получить монокристаллические образцы не удалось. Невозможность выращивания пленок ЗаТ была обусловлена трудностями в поддержании температур^ испарения при использовании в качестве испарителя т^нтйловойг лодочки.

Получить эпитаксйальные пленки ВаГ2 • высокого структурного совер-иенства удалось методом "горячей стенки". Были определены следующие оптимальные режимы выращивания. Температура испарения варьровалась в диапазоне 700-800 С и определялась необходимостью поддержания скорости конденсации плёнок в диапазоне 0.1-0.3 нм/с. Температура! подложки изменялась в различных циклах от 300- до. 600 С, Врвйя выращивания составляло от одного до трех часов. ' ■

Исследована структура полученных образцов методом рентгеновского фазового анализа. Пленки, полученные при низких скоростях роста менее 0.2 нй/с, с толщиной менее 0.6 йкк бйяи ориентированы о направлении (111). Образцы ВаГ2 с толщиной более 0.6 икм имёлй незначйтельну* разоркентаций. , .

Исследована структура слоев Ва^ с подслоев СаР/ на подложке Из кремния, выращенных методом "горячей стенки". Однако, результаты рентгеновского фйгзового анализа, свидетельствовали Ь пбликристал^ичесч , кой Структуре пЛ'сйок.

Разработанная методика формирования буферных слое*' 0аР1 , преде- ■ тавл'еннэя в данной главе, позволила осуществить выращивание слоев РЬЭ иРЬТе на4 подложка* из кремния с промежуточным буферным слоем, обес-

- 11 -

печивающими частичное согласование периолов кристаллической ряшетки подложки и слоя полупроводникового материала.

Разработана методика формирования эпитаксиальных пленок РЬБ методом "горячей стенки".

Формирование образцов РЬ5 осуществлялось на подложках из ВаРг , так как этот материал наилучшим образом согласуется с пленками по периоду решетки и коэффициенту термического линейного расширения.

Для получения эпитаксиальных пленок методом "горячей стенки" использовалась испарительная камера, конструкция которой представлена в данной работе. В качестве основной загрузки была использована испаряемая шихта РЬБ, синтезированная на металлическую границу области гомогенности. Выбранная таким образом загрузка позволяла получать пленки п-типа электропроводности.

Исследована зависимость скорости роста пленок РЬБ от температуры испарения загрузки. В результате было установлено, что для поддерживания оптимальной скорости конденсации пленок 1 нм/с, температура ос- , новного источника должна была составлять 1040 К.

Исследовано структурное совершенство полученных образцов.' Представленная рентгенограмма пленок свидетельствовала о возможности появления включений второй фазы в материале пленок, при >,спользовании двухфазной загрузки РЬ5,

Получить однофазные пленки РЬ5 высокого структурного совершенства удалось введением малого количества селена при выборе определенных температур испарения конденсаций. Использование дополнительного источника пара селена позволило управлять концентрацией носителей заря- • да в пленках РЬ5 непосредственно во время их роста . Для контролируем мого изменения состав,а давления пара селена температура , дополнительного источника пара изменялась по заданному закону. Темпе-. ' ратура испарения в процессе роста слоев РЬ5 варьировалась в диапазоне 995 К - 1043 К. Были определены такие технологические режимы, при которых селен полностью компенсировал избыток свинца в пленках, и образцы имели монокристаллическуа структуру.

' Разработанный способ выращивания пленок РЬ5 позволил воспроизводимо получать эпитаксиалыше пленки толщиной до 10 мкм и более на подложках из кремния с буферными слоями и одновременно управлять типом электропроводности, а также варьировать в широких пределах конг центрацию носителей заряда в них.

Исследовано структурное совершенство пленок РЬТе на подложках из кремния с буферным слоем ВаРх выращенных методом "горячей стенки".

• - 12 -

Выращенные образцы имели монокристаллическую структура.

Разработаны технологические режимы получения р-п структур на ос- -нове РЬТе, сформированных на подложках из кремния с буферным слоем.

Разработан метод получения фотодиодных . линеек мезоструктур. Изготовление фотолинеек осуществлялось методом фотолитографии, который заключался в экспонировании фоторезиста с последующем травлением.

Для травления поверхностей пленок РЬЯ химическим методом в качество' полирующего раствора был выбран стандартный раствор Фармера.

Выполнен анализ вольт-амперных характеристик р-п структур на основе РЬТе и РЬБ, выращенных на подложках из кремния с подслоем ВаР2. ( Было сделано заключение о возможности изготовления структур с величиной дифференциального сопротивления диода на его площадь при нулевом смещении при температуре 300 К, равном 12.5 Омсм*.

Выполнен анализ спектральных характеристик р-п-структур на основе РЬТе и РЬБ.

В результате сравнения расчетных значений произведения дифференциального сопротивления диода на его площадь с экспериментальными, сделан вывод, что значения различаются в пределах одного порядка величины. На основании полученных результатов определены • оптимальные параметры фотодиода, работающего в режиме ограничения фоном, для усовершенствования методики создания р-п структур.

Показана возможность функционирования фотоприемников на основе РЬТе и РЬ5 при температуре, близкой к комнатной, что является основным преимуществом таких датчиков.

В заключение следует отметить, что в данной работе сделан вывод о том, что экспериментальные результаты подтвердили возможность применения теории полупроводниковых тонких пленок для материалов РЬТе и РЬ5. ' ' ,

В главе 4 "Исследование свойств пленок 5п0^и технология изготовления датчика газовой среды на их основе" "представлена разработанная методика получения пленок 5п02па керамических подложках. Пленки Бп выращивались методом термического вакуумного напыления и отжига .их на воздухе. Температура испарения олова изменялась в диапазоне от 1450 К до 1о50 К. Для выбора оптимальных технологических режимов процесса • окисления отжиг пленок проводился при различных- температурах, значения которых варьировались в диапазоне 300 С - 700 С.

Исследована зависимость структурных и электрических характеристик •пленок пт температуры и времен» отжига. Показано, что при температуре отжига выые 650 С пленки являются однофазными, составом $п02.'

- 13

Исследована зависимость сопротивления в пленках от температуры и времени их отмига. Из полученной зависимости мощно заключить, что возрастание сопротивления пленок SnO, связано с появлением фаз^ Sn02> а время отмига пленок не влияет на характер изменения сопротивления.

Исследованы температурные зависимости чувствительности пленок к содержанию в воздухе паров спирта и ацетона. Показано, что максимальная чувствительность к nqpaM спирта достигается при рабочей температуре порядка 450 С. Установлено, что максимальная величина изменения сопротивления ори воздействии на пленку паров спирта с концентрацией 1000 частиц на миллион составляла 10. раз.

Представлена разработаная конструкция газочувствительного датчика на основе Sn0it

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выполнен расчет ларамвтрор р-п структур на основе РЬТв и PbS. Представлен^: температурная зависимость произведения дифференциального сопротивления диода на его площадь при раэличцмх значениях параметров р-п перехода в «проком диапазоне температур, вольт-амперные' характеристики р-п переходов, спектральные характеристики.

Определены оптимальные параметры фотодиодных структур, работающих в режиме ограничения фоном. Выполнен расчет основных параметров диодов: квантовой эффективности и обнаружительной способности для оптимальных парамИров р-п структур,

2. Впервые разработана технология получений р-п переходов на ос-, нове PbS методов "горячеЯ стенки". Предложенной метод "горячей стенки" позволяет воспроизводимо получать р-п структуры и .непосредственно в процессе'их взращивания управлять параметрами этих, структур. Разработана*? технология получения р-п структур на основе РЬТе и PbS позволяет выращивать их на подложках из кремния с буферным слоем из BaFj./Ua изготовления таких структур разработана технология получения слоев BaF4>ja подложках из кремния. Исследованы структурные свойства пленок CfjF, и BaF^ .

3. Изготовлены фотодиодные линейки меза-структур на основе РЬТе и PbS, выращенных на лодломках из кремния с буферными слоями.

На основании представленных результатов разработки,- проредончпй на ряде неапробированных для данных материалов допущений теории полупроводниковых пленок, сделан вывод о том, что расчетные значения

■ - 14 -

параметров р-п структур совпадают с экспериментальными в пределах одного порядка.

Показана возможность работы фоточувствительных структур на основе РЬТе и РЬ5 при комнатной температуре.

4. Разработана методика формирования тонких пленок 5пОх. Исследованы структурные и электрофизические свойства пленок ИпО.,,

5. Разработана конструкция газового датчика на основе БпО^ в тонкопленочном исполнении.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сергеева Я.В., Романенко В.Н., Саунин И.В., Иванов Д.И. Рост полупроводниковых пленок РЬТе на подложках из кремния с буферным слоем.// Деп. в • ВИНИТИ. Санкт-Петербургский гос. архит.-строит, ун-т-.-СПб, 1993-6 с." .

2. Сергеева Я.В., Бакин А.С., Иванов Д.И., Романенко В,Н., Никитина Г.В. Исследование процесса кристаллизации многокомпонентных систем в квазиравновесных условиях.//Тезисы докл. Всесоюз. семинара "Физико-химические свойства многокомпонентных полупроводниковых систем. Эксперимент и моделирование". -Новочеркаск,1990-с.6.

3. Сергеева 9.В.. Романенко В.Н.. Дацюк Т.О., Иванов Д.И., Кузнецов В.Н. Расчет параметров инфракрасных газоанализаторов.// Деп. в ВИНИТИ. Санкт-Петербургский гос. архит.-строит, ун-т.-СПб,1993-38 с.

4. Сергеева Я.В., Романенко В.Н,, Иванов Д.И., Саунин И.6. Применение полупроводникового датчика на основе ¡¡пО^для измерения газовой -средн.// Известия ВУЗов: Строительство,- 1994,- N7-8. >

3. Сергеева Я.В., Романенко В,Н.< Дацвк Т.О., Иванов' Д.И. Методи- 1, ка расчета параметров фотодиодных структур на основе РЬБ. // Ленинградский центр научо-технической информации. 1993, •' : '