Процессы выращивания из паровой фазы тонких пленок халькогенидов свинца и олова и влияние технологических факторов на их свойства тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ЧЕРНЮЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УИВЕРСИТЕТ 1М. ЮР1Я ФЕДЬКОВИЧА

РГБ ОД

1 5 Д & н Ш'УЬ . На правах рукопису

ПРОКОГОВ ВолодимИр Васильевич

ПРОЦЕСИ ВИРОЩУВАННЯ 3 ПАРОВО! ФАЗИ ТОНКИХ Ш11ВОК ХАЛЬКОГЕШДШ СВИНЦЮI ОЛОВА ТА ВПЛИВ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ФАКТОРГО НА IX ВЛДСТИВОСТ1

01.04.07- фгзика твердого та

' АВТОРЕФЕРАТ

дисертацг на здоБуття наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

ЧЕРШВЩ - 1996

Дисертац1ао с рукопис

Робота виконана на кафедр! фЬнки твердого тша Прикарпатського университету ¡м. Б.Стефаника

Науковий кершник: заслужений дич науки I техниси Укра'ти, доктор х)1шних наук, професор ФРЕ1КДМИТР0 МИХАЙЛОВИЧ

ОфщМш о(]оненти:

доктор фпико-магематнчних наук, професор ФОДЧУК1ГОР МИХАЙЛОВИЧ

лауреат Державно! премн Украшн, доктор ф)зихо-математичних наук, професор ДОВГОШВЙ МИКОЛА1ВАНОВИЧ

Пров!дна органЬац1я: ¡нсткгут физики НАНУкрашн

Захист вщбудепься "20" грудня 1996 р. о 1500 год. на засотанш спец!ашзовано1 вчено1 Ради Д 07.01.06 при Черншецькому университет! ¡м. Ю.Федьковича 274012 м. Чершвш, вуп. Коцюбииського, 2 Черншецькнй университет, вченому секретарю.

3 дисертац1(зо можна ознайомитись в наукоыЯ б'гблютец) Черншецького державного ун1верситету (м.Черншш, аул. Л.Украинки, 23 ).

Авторефератрозкланий "{Я " ¿¿/.С./?/{)//&/(¿~Л996 р.

Вчемий секретар спещ'шлэовано! пчено? ради , Курганецькнй М.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальк1стъ 1 ступ!нь досл!дженосгг1 тематики диозрта-ц!1. Вузькощ1лннн1 нап1впров1дников1 сполуки А1УВУ1, маючм ряд оообливих ф3.йико-хИд1чних властивостей, посхдають одне 1з ч1льних м1сць при створенн1 джерел 1 приймач1в 1нфрачервоно1 (14) облает! оптичного спектру". Так, для них харагстерна • смыта непарабол 1чн1сгь 1 ан1зотропн1<лъ енергетичного спектру нос11в ¡заряду,- багатодолшш!сть, нетрадиц!йна температурна залежн!сгь ширкни заборонено! зони, висока д!електрнчна проникнКгть. Кр1?л того, для твердих розчин!в в мо!клкв1стъ неперервнр! эм1яи ширили заборонено! зони в залешост1 в1д складу, температур«, тиску, магн!тного поля 1, таким чином, спектральних характеристик у широкому 1нтервал! довжин хвкль.

Потреби оптоелектрон1ки вимагають розв'язання проблем спрямованого синтезу мойокрнстал1в 1, особливо, еп1такс!йнкх пл!вок з наперед задании комплексом властивостся. СкладкЮТь вирощування, епд.такс1йних пл1вок А,уВу1 зумовлена 1х х!м1чною,. кри<ггалохш1чиою 1 термодннамАчкою специф1ками (нестех1ометричн!сть, ретроградный характер л1н1й сол1дуса, активна взаемод1я з киснем), як! визначають п!двищену концентрац!ю нос11в заряду, тип провЗдносг!, сгруктурну досконал1сть, а такой,' 1х зм!ну з'„часом.

Наяб1льи вдалшш вважаютьса парофазн! методи вирощування тонких пл!вок сполук. А1УВ41, оск1льки за 1х допомогою мошна досягнути найкращих результата. Алё для успешного 1х впровадження необх!дн! роз робка 1 обгрунтування р1зних вар!ант1в методик, ■ р1зносторонн1 1 глибок1 досл1дження впливу механ1зм1в субл1мзц11 та осадження на ф1зико-х1м!чн1 властивост1 тонкопл!вкового матер 1алу. На данип час в1цсутн! такой систематичн1 дан1, що визначають взаекозв'язок технолог!чнях Факторов вирощування з провесами формування ансамблю власних точкових дефэкт!в у пл!вках отолук Л^в"1.

Враховуючи вс! ц! аспекта, сформульована мета роботи 1 основн! завдання дисертацИ.

Иета роботи. Внвчення процес1в вирощування з парово! фази методами 1,'.олекулярно-променево1 еп!таксИ, газодина-м!чногс потоку та гарячо1 ст!нки тонких плХвок А^'в'"1, та

- 4 -

впливу технолог!чних фактор1в на хХ ф!зико-х!м1чн! власгивосг1.

Основн! завдання наукового досл!дження.

1. 'Розробити кауково обгрунтован! способи синтезу, тонких пл1вок на основ! сполук. А1^1 1з механ!чно! сум1ш! компонент^ при реал!зац!1 парофазних метрд1в.

2. Провести теоретичний анал!з 1 експериментальн! досл!джекня . продес!в випаровування та осадження халькоген1д!в свинцю 1 олова, а також твердих розчин!в на 1х основ1 при вирощува:ш! тонких пл1вок у в1дкритому вакуум! -методом молекулярно-променево! еп1такс!1.

3. Зд!йснити розрахунок основних параметр!в проф!лю газодинам!чного потоку пари для р!зних технолог!чнюс режимов вирощування та вивчити 1х вплив на законом!рност! росту, субсгруктури 1 ор!ентац!1 тонких пл1вок: халькоген1д1в свинцю

4. Розробити. кристалох1м!чн! модел! процес!в вирощування з парово1 фази методом гэрячо! ст!нки тонких пл!вок халькоген!д1в свинцю та телуриду оловй. Проанал1эувати вплив виду та зарядового стану власних атомдих дёфект1в у тонких пл!вках на залешнкггь концентрацИ нос!1в заряду в1д технолог 1чних, фактор 1в,

■ 5. Викрнати систематичн! доол1дшення • власгивостей тонких пл1вок сполук А^В™ при вирощуванн! р1зпими парофазними методами. Встановити вплив технолог!чних фактор1в на структуру • 1 електричн! власгиваст! , тонкоплЬкового матер л у.

Диоертац1йке '' до&л1да<ення в еклэдавою частиною комгшксних двртшюс наухввд-тжичних програм , а пр1оритетних напрямк1в розвитку науки 1 техн1ки ДКНТ УкраШи - проект 05.44.06/I27A-93 "Роэробка прогресивних технологи? сзсладних нап1впров!д'-Чковюс йл1вок на основ! сполук А1УВУ| для пристроЗв елр;стрЬн!кй".

Наукова новизна роботи.

I. Запропоновакия 1 обгрунтований метод вирощування тонких пл!вок А1%,В" 1 твердих розчин!в на 1х основ! з

- б -

парово1 фази, оооблив1сгп- якого в те, то в одному цикл! об'еднано три процеси; синтез - сполук заданого складу 1з . нехан1чно1 сум!ш! компонент1в у реактор1 квазЗамкнутого типу; випаровування скнтезовако! сполуки - в1дкрите або перенесения пари у другия кваз1замкнуткя об'ем 1з нагр1тини сг1нками; осадшення парк на п1дкладки при малих значениях пересичекня. 3 метою сдержанна пл1вок заданого 1 в1дтворюваного складу рекомендовано на иляху парового потоку 1э реактору створюватн зону додаткового п1д1гр1ву'("тепловня затвор").

Показано, що технолог1я п1ддаеться автоматизац!1, забезпечув добру повторюван1сть результат1в 1 мо«е бути . викорисгана для розв'яззння ряду вашливих практичних задач тонкопл!вкового нап1впров1дникового матер1алознавсгва,

2. На основ1 молейулярно-к!негично1 теорП розраховано зм1ну складу тонких пл1вок твердих розчин1в при вшарсвуванн! монохалькоген!д1в олова 1,сэинцю 1з двох ефуз!йних ком!рок з незалеяним л1д!гр1вои та 1зотерм1чного вшарника. Одержано анал!тичн! вирази, як! визначають склад пари, наважки 1 середн1Я склад конденсату в1д дол! внпаровувано1 речовини з наважки. ' •.

3. Розраховано основн! параметри (пересичення - V, кое-ф1и.1ент конденсацИ - «, результуюча шввдк!сть конденсацИ -о*, а такоя нормован! значения гусгини, тиску, витрат та швидкост! . потоку) газолинам 1чного потоку пари телуриду свинц» 1 вкзначен! 1х залеяност! в!д технолог1чних фактор 1в (температуря випаровування Тв, град1енту температуры вздовж сг1нок бТс/«1х) та розн1р1в камэри, Вивчено вплйв параметров пари на законом!рност! росту, субструктуру 1 ор1ентац11 Тонких пл1вок на сколах (0001) слюди мусков!т. Встановлен! оптталън! технологии! умови росту монокристал!чних пл!вок.

4. Виявлено ! ' досл1д>хено явище вид!ления фаз компонент!в (метал, халъкоген) при осадаенн1 тонких пл1вок халькоген!д!в св.тцп 1 твердих розчнн1а на 1х основ! за умов кваз1замкнутого об'ему. Показано, цо в якосг! термодинам!чного параметра, який вмзначзо ступ1нь вид!лення фаз, е величина парц!ального пересичення. Вивчен! залешност! процеоу вид!лення фаз компонента в!д умов випаровування (температура випаровування Та, температурз конденсацИ Тп) !

- в -

складу наважок. 0ц1нено критичн! температури Тп, вище я к; их парц!алъне пересичення близьке до нуля i процес вид!лення фаз термодинам!чно чеможливия.

6. Зроблено кристалох!м!чний анал!з продес!в випарову-

вання i конденсацИ телурвд!в свинцю i олова та селен1ду

свинцю при термодинам1чно р!вноважних умовах у метод1

гарячо! ст!нки. Одержано анал!тичн! вирази, що визначають

эалежн1сгь концентрацИ носИв заряду та температури

термодинам1чного п-р-переходу в1д парц1алъного тиску пари

халькогену РНо , температур випаровування Тв, осадження Тп. 2

На ochobI пор!вняння теоретичних розрахунк!в i эксперименту зроблено висновок про переважаючий вид дефект!в та 1х зарядовий стан.

8. Показано,- що при випзровуванн! .пл!вок селен 1ду свинцю з парово! фази методом гарячо! ст±нки п1двищення Тп, як 1 збЗльшення Рев приводять до зростаиня концентрацИ

вакансзя свинцю ' i зменшення концентрацИ м1жвузлових атом!в свинцю Ptf.. Це 1н1ц1юз зменшення концентрацИ електрон!в у матер1ал1 n-типу, 1лверс1ю "типу пров1дност! i подальший pier концентрация д!рок. Максимальну рухливкггь носИв заряду мають eniraKCiftui плгвки, вирощена за умов» що в1дп'ов1дають термодинам1члому"; п-р-переходу.

7. Шдвшцення парц!аЛьного тиску пари телуру РТо при

вирощуванн 1 пл 1вох РЬТе методом гарячоГ ст!нки приводить до

зростаиня р!вноважно1 концентрацИ ваканс1я свинцю в РЬТе,

що i обумовлюе зыениення концентрацИ електрон1в. До

аналог1чних зм!н веде i зростання температури осадження ,ТП.

МДвищення температури випаровуваня Тп приводить до

збзльшекня концентра:-,11 ишвузлового свинцю i зм1щуе

термодинам 1чний п-р:перех1д в область б!льш високих значень

РТв . Пс-ревашаючими дефектами при вирощуванн i пл ibok РЬТе з 2

парово! фази е однозаррдн1 ьштузлов! атоми свинцю Pb* i двозэрядн! ваканс.11 свшцю

9. ToiiKi п.гЛвки телуриду олова при вс!х використовуваних технолог 1чних факторах (400 К < Тп £ 800 К, ?Б0 К < Тс < IOQO К. 800 К < Тс < 1100 К) у метод! гарячо! <тг1нки мають д!ркову пров!дн!-лъ. Показано, що

л

експериментальн1 результата можна пояснити утворенням двозарядних вакг.н.с!й олова акцепторного типу V*". П1двищення температури осадження сприяе процесу зал1ковування ваканс1й олова 1 деякому зменшенню концентрации д1рок. Шдвищення температури випаровування I парц!ального тиску пари .телуру приводить до зростання концентрацИ д!рок за рахунок додаткового утворення ваканс1й металу.

Результата опром1нення тонкихп л 1век ЭпТе а-частникам я добре узгоджуються о розрахунками генерацШно рекомб1нац!йного механ1зму утворення двозарядних вакансия олова ! телуру акцепторного типу ,

Практична ц!нн1сгь доал!диення.

1. Розроблено технолог!чне обладнання 1 оптим1зован1 технолог!чн! процеси в;фощування тонких пл!вок сполук групи А1УВ%'1 з парово1 фази методами молекулярно-променево1 еп!такс11, газодинам1чного потоку та гарячо! сг!нки з високими структурниги (величина монокристал!чних блок!в » I от, моза!чн!сгь - 0.9-1.5") 1 електричними {концентрац1я * 6■ 101а см'" 1 рухлив1сть 4.2-10* см2В"*с"1 носИв заряду при 77 К) параметрами п- 1 р-типу пров!дност1.

2. Одержан! у робот! фундаментальн! кристалох1м1чн1 характеристики ! законом1рност1 утворення власних атомних дефект 1в у еп1такс!йних правках халькоген1д!в свинцю ! олова дають можлив!сть прогнозувати умови вирощування тонкопл!вкового матер!алу !з низькою концентрац!ею в!льних нос!1в заряду, а також напрямлено формувати п-р-переходи при створенн! активних елемент!в !нфрачервоного д1апазону оптичного спектру.

3. Результата теоретичных ! експериментальних досл!щкень з питань технологи вирощування тонких пл!вок сполук групи. А1УВ" парофазними методами використзн! в мокографИ "Физика и технология полупроводниковых пленок". Львов. Еища школа. 1988. 158 е., а також у лекц1йних курсах для студент1в ! асп1рант1в ф!зичних специальностей Пршсарпатського ун1Еерситету 1нен1 В.Стефаника.

На ззхист виноситься:

I. 'Розроблен! способ;; синтезу тонких пл!вск \™ВЧХ з

механ!чно1 сум!ш! компонента при реал1зац!1 парофаэних метод!в та результатк теоретичнкх 1 експериментальних досл1дыень зм!ни складу тонких пл1рок тверднх роэчин1в сполук А1УВУ1 при випаровувани1 1з ефуз1яних ксиЛрок з незале»1ним п'1д1гр1вом та 1аотерм1чного внпарника.

2. Розрахунок параметр1в профию газодинам1чного потоку пари та Их вплив на законом1рност! росту тонких пл1вогс халькоген!д!в свинцю 1 олова та пояснения процес!в вмд1лення фаз чистих компонент1в.

3.Кристалох!м!чну модель процес1в вмрощувания з парово1, фази методом гарячо1 стшки тонких шИвагс твлурад1в свинцю 1 олова, оелен1ду свинцю.

4. Уточнения виду 1 зарядового стану дефектЛв в' еп!такс1йних пл1вках РЬТо. РШе, ЭлТо при вирощуванк! э парово! фази та задави!сгь 1х концектрцЛ в1д технолог1чних фактор!в. • '

Конкретния особистий внесок диосртакта в одержан»1 новнх результата. •

Дисертант розробив теоретичн1 оскови, а такой вашлиа! елементи обладнання для реал1зац!1 .парофазнлх иотод1в вирощу^ания тонких пл!вок А.,УВУ1 1з 'ивхан1чно1 суы1и1 компонентов. Розрахував вм1ну окладу пл1вок твердих розчнн1в при випаровуванн! з. двох ком!рок. Пров1в. теоретично 1 експериментальке досл1даення аы1ни аслаяу' пл1во;с в процер! випаровування наваши э 1аотерм1чного випарника. На основ! сгсладених диозртантом програм викоиано розрахунок параматр!э пари газодинам1чного потоку. Я:с автор- кристалохШчиоЗ,, _ ыодзл! процес!в вирощуваннл тонких плИюк а шзроао1 фази, брав участь при постанови! аавдонь дкоэртацИШого досл1дженнп, вшсонаин1експер1шенту. обговорены! результат!!! та написанн! статей.

о

Характеристика методолог!!, мотоди досл1диопня предмету 1 об'г.кта. Вирощування пл!во!с толурэд!в свинца 1 олова, селен!цу свинцю та тверднх роочнл!в на 1>: оаюв1 на монокристал!чш(х п!дкладках (сколах (III) ВаГг, (0001) слюди-муасов!т) проводшюся парофаэШ'.и методами: молекулярно-променева еп!такс!л, газопод!биий пот!к, гаряча

cTiufca. При синтезi пл!вок 1з механ!чно1 сум!ш! компонент!в (Pb, Sn, Те, Se4 викорисговувалася сировина класу чистоти ВЗ, В4. Фазов1 1 структурн! досл1дження виконували методами рентгенографИ (двокристальна спектрометр1я1 топограф1я), електронно-зондового анал!зу, електронко1 м!кроскоп11 та електронного 0же-анал1зу. ' Ёлектричн1 параметри п1вок ; визначалися компенсац1йним методом у постШних електричних i магн1тних полях. Моделювакня ф1зико-х1м1чних процес!в при вирощуванн! пл1вок з парово! фази,- статистичну обробку результата . експерименту здЛйснювали з використанням комп'ютерно1 техн1ки.'

Апробац1я роботи. Ochobhí результата досл1джень допов1далися на: II-V Нац1ональнкх конференЩях э фтзшн 1 технологи тонких пл!вок асладних нап1впров!дник1в (Ужгород, 1975-1992), 1-Х НацЮкальних оем1нарах з ф1зики i технологи тонких пл1вок.(1вано-Франк1вськ, 1975-1993), i-V М1жнародних конференц!ях з физики i технологи тонких пл1зок (1вано-Франк 1вськ, 1981-1995), Vil конференцИ з процес1в росту i синтезу нап!впров1дникових кристал!в i пл1вок (Новосиб1рськ, 1986), VII симпоз1ум1 з нап!впров1дник1в з вузькою забороненою зоною. (Льв1в. 1988) II М1жнародн1й науково-техн!чн1й конференцИ "Материаловедение

халькогенвдных и кислородосодержащих полупроводников" (Черн1вц1, 1986), XXVII М1жнародному озм!нар1 "Моделирование на ЭВМ структурных дефектов в кристаллах" (Лен1нград, 1988), III М1»1народн1й конференцИ "Материаловедениэ халькогенвдных полупроводников" (Черн1вц1, 1991), УральськЛй конференцИ (Свердловськ. 1986), сем!нар1 з ф1зико-хЗм1чних власгивосгея багатокомпонентних нап!впров1даикових систем (Новочеркаськ, 199Л), VIII науково-техн 1чн1я конференцИ "Химия, физика и технология халькогетщов" (Ужгород, 1994), I М1жнародн1й конференцИ "Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductars ^ (Черн1вц1, 1994), нэ.угсово-авхн1чн1й конференцИ "Техника и физика электронных систем и устройств", (Суки, 1995). Мшнародн1й науков1Я конференцИ присвячен1й 150-р1ччю в1д дня народшення I. Пулюя (Льв1в, 1935), International Conference, on Crystal Growth XI (Holland, Ansterdaa, 1995).

- 10 -

Публ1кацИ. Результата дисертац1йно! роботи в!дображен в 46 друкованих сгаттях i тезах та матер!алах конференц!я основнi з яких зазнамен1 у к!нц! автореферату. Значн, част юга диоертац1яних досл!джень вв!йшла до монограф! "Физика и технология полупроводниковых пленок"// Льв1в: Вит школа, 1988 - 152 с.

Структура i об'ем дисертацП. Дисертац!я скадаеться : встуиу, де подан! актуальн!сть, мета, обгрунтування т. постановка задач, наукова ! практична ц1нн!сть, положения що захищаються, апробац1я, п'яти розд1л!в, о сновки; результат!в i висновк!в, списку л!тератури.

Вагальния об'ем роботи 190 стор!нок, включаюч! 37 рисунк!в, 22 таблиц!.

Список л!тератури складаеться з 139 наямеиувань.

. ЗЙ1СТ РСБОТИ

У BCTyni обгрунтована актуальн!сть' роботи, в!дзначен: мета та т! положения, що виносяться на захисг, в!дм!чен1 наукова новизна ! практична niHHicrrb проведених досл!дшень. Коротко подано структуру _ дисертацП ! в!домост! прс апробац!ю роботи.'

У першому розд!л! м!стйться огляд л!тературних даних е ф!зико-х!й1чних, електричних властивостея халькоген1д!в свинцю, 'олова 1 твердих розчин!в на !х ochobI.

Проведения анал1з багаточисельиих роб!т з досл!дженн* крисгал!в хадькоген1д!в свинцю ! олова дае можлив!сть сформолювати основнi завдання дисертац!яного досл!дження.

У другому розд!л! описана технолог!я вирощування еп1такс!йнкх плавок сполук AIVBVI ! твердих розчин1в на 1х основ! з парово! фази в!дкритим випаровування у вакуум!, як1 об'еднують у одному цикл! три процеск: синтез сполуки заданого складу i3 мехЙн!чно! cyMlni компонентов у реактор! кваз!замкнутого типу; в1дкркге випаровування с;ттезовано1 сполуки;- осадження пари на п!дкладки. Для зд!йснекня запропоновано! технолог!! розроблен! ! виготовлен! нов! консгрукцИ вакуумних ком!рок ! камер, вакуумних м!кроп1чок та нагр!вач!в. Показано, що технологjя поддашься

- II -

автоматизац!!, забезпечуе добру повторюван1сгь результат 1в 1 може бути використана для розв'язання ряду важливих практичних задач тонкой л !вкового нап!впров1дникового мате-р!алознавства.

Описан! законом1рносг1 зм!ни складу пари 1 .пл!вок твердих . розчин!в на основ! сполук групи А™В'1/Г при в1дкритому випаровуванн! наважки у вакуум!.

Проведено .теоретичний аналЗз. зм'чи асладу пл!вок твердого розчину при випарову ванн 1 монохалькоген1д1в'метал!в !з двох ефуз!яних ком!рок з незалежнш п1д1гр1вом (Т4,Т2) за •рахунок флуктуац!й температур (дТ1# дТг) в'ипарник1в. Зм!на складу конденсату при цьому мае вигляд

АХ - 1 '

1 )'

■дН дТ аН ат —+ —, <1> .кг? го!

-1/г

де J = Л(2*М1) Р - молекулярний пот1к випаровувано1 речсвини. ,

Показано, що однор1дн1сть асладу пл!вок мошна значно покращити (бХльше як на два порядки) за умови, до флугстуацН температури вЩбуваються у фаз!, тобто. використоэуючи' !зотерм!чний вшарнгес. Це неважко зд!яснити практично, виготовляючи дв! ком!рки як одне ц!ле з матер1алу з доброю' теплопроз1дн!стю. Зм!на складу конденсату представиться у вигляд!

-Г/Л, (Ш- ДЕ1 , д* = ± -дт. <2)

го '

Приведен! результати теоретичного ! експериментального • досл!дження законом!рностей зм!ни асладу тонких пл1вогс при випаровуванн! наважки !з 1зотерм1чкого випарника. Одержан! вирази для визначення асладу наважки 1 пари в задании момент часу:

Л- Ч - -. (3)

л 1

а також середн1я склад пл!вок в1д дол! випаровуван< речовини у наважц!:

г ( тМ1"

- я-) - ь[«: - • . <■

Всгановлено, що при випаровуванн! наважки ефект зм!1 складу конденсату визначаеться термодинам!чними властиво тями компонента твердого розчину 1 сп!вв1дношенням розм!р: 1х частинок у випарнику.

Проведено систематичн! досл!дження структуры 1 електричних • властивостея тонких пл1вок одержан! випаровуванням у вЗдаритому вакуум!.' Зокрема вивче} залежн1сть концентрац11 1 рухливосгг! нос11в заряду в!д уме вирощувания та х!м!чного окладу {для твердих розчин!в] Всгановлен1 значения склад1в твердих розчин' (5п1е)1.к(РЬ5е>)|» Бп^РЬТе, РЬ^Бп^е 1 та температ} осадження. при яких формуеться пл!вковий матер1ал з р!зн> типом пров1дносг1.

У третьому розд!л!' описано 'розроблен! ' технолог^ вирощувания тонких пл1вок 1з ;Механ!чно! сум1ш! компонент!в подвижному' кваз1замкнутому' об'8м1.* !з температурж град1ентними ст1лками та "п!д тепловим затвором". Пор:азанс що створання р1зного розподиу температур вэдовж реактора ка виход! а нього шрияють змецшенню потоку пари вапоб1гають зб!дненню наважки на легколетк! складов!_ >1 стадИ синтезу сполуки.

Складена 'програча для машинного, на ЕОМ, розрахунк параметр!в пари газолинам!чного потоку 1 побудован1 1 просторов! д!аграмм.' Всгановлено загальн! законом!рност зм!ни характеристик пари газодинам1чного потоку в! технолог!чних параме-££>1в ! конструктивних ооэбливосте випарно1 ком1рки. Вкзначено оптинальк! х!м!ко-техиолог1чн умоьи синтозу пл!вок.

Вперше вивчено вплив параметр!® пари газодинам!чног потоку на зародження 1 р!ст тонких пл!вок монохалькогек!д! свинцю ! олова, а таком твердих розчин!в на 1х основ! н

п!дкладках, розмЛщених як паралельно, так I перпендикулярно до потоку пари. • Встановлено, що при конденсацИ газодинам1чного потоку пари на слюд! переважаючим способом росту пл1вок б механ1зм Фольмера-Вебера. \

Досл1дженои явише вид1лення фаз компонент1в (метал, халькоген) при • осадженн1 пл1вок халькоген1д1в свинцю.

Показано, що в якост! термодииам1чного параметра, який ■визначае сгуп!нь вид1лення_ фаз, можна вважати величину парц!ального пересичення. Вивчено залежност! процесу вид1лення фаз компонент^ в1д умов вирощування пл1вок (температура випаровування, температура конденсацИ) .1 складу наважок .•

Четвертия та п'ятий розд!ли дисертац1йного досл!дження присзячен1 детальному вивченню тонких пл1вок А1УВУ1, вирощеиих з парово! фази методом гарячо1 ст!нки. Для реал!зац11 опоообу зсконсгруяована камера до '.складу яко! входять реактор для випаровування основно1 наваяки (Тв), нагр1вач п1дкладок (Тп) 1 сг1но1с камери.(Тс), а такоя додаткове джерело для випаровування компоненТ1в (халькоген, метал: . Т (Рд). Технолог1я забезпечуе » вирощування тонкопл!вкойого матер1алу ■ у р'1вноважнмх умовах з наперед заданоп структурною досконал1стю та електричними параметрами'.

На основ 5; використання методу математичного планування та , оптим1зац11 . способу вирощування4 одержан!.. р1вняння регресИ, що визначають залежн1сть, електричних парметр1в ; пл1вок в1д технолог1чнюс фактор1в.

При вмрощувайн! тонких пл!вок РЪТе п!даищеннй температури Тп, як 1 температури випаровування Тя та сг1нок камери Тс, зменшувть концен'срац1ю електрон1в у пл1вковому матер1ал1. Б1льш .суттеву роль при цьому в1Д1грають фяктори т„ 1 т .

по

Виявлено д!ю парц1ального гиску пари телуру Ртж в зон!

конденсацИ на електричн! властивост тонких пл1вок телурвду свинцю. Показано, що пл1вки п-типу конденсуеться при низьких тисках телуру (Рт^ < 10 Па>, а р-Тшу - при Р1# > 10 Па.

Тиск, при якому проходить 1нверс1я пров1дносг1, валеиить в!д тёмпёратурн 1 роду п1д[сладок. ' ,

-TohkI пл!вки телуриду олова при вс1х викорисговуванчх технолог!чних факторах (435 К £ Tn s 623 К, 758 К i Тв< 878 К, 835 К £ Тс< 983 К) мають д!ркову пров!дн!сть, що зв'язано 1з змйценням облает! гомогенност! Snle на Т-х-д1аграм1 Sn-Ie в б!к телуру. Шдвищення темдературк осадження Тп приводить до деякого зменшення концентрацИ та рухливосгг1 д!рок. Шдвищення температури випаровування Тв веде до збхльшення концентрацИ д!рок ! зменшення стало! гратки. Це пояснюеться тим, що у периому випадау область гомогенност! Snle' зм!щуеться до метану, а у другому -.до халькогену. «

Еп!такс!йнз, пл!вки PbSe пезалешно в!д складу вих!дно1 наважки (п- або р-тип> приТа = 823 К ! Тп = 423 - 523 К на (III) Bai,, мають електронну пров!дн!сть. Подальше п!двищення температури осадження Т* = 543 - 573 К приводить до iHBepcil типу пров1даост1 (з п- на р-т.ип) ! росту концентрацИ д!рок (Тп = 583 - 623 К). Максимальну рухлив!сггь нос!1в заряду мають еп!такс!ян! пл1вки, вйрощен! при Т*, яка в!дпов1дае термодинамГшому п-р-'переходу. •

Осадження плавок селен!ду свинцю при використанн! компенсуючого джерела 1з селеном характеризуемся такими особливостями: !з подвищенням , тиску пари халькогену зменшуеться не т!льки концентрац!я в!льних носИв заряду, але ! зростае ступ!нь компенсацИ- пл!вок; максимальн! рухливост! нос!1в заряду мае матер!ал, осаджений при значениях тиску пар!в халькогену, якия в!дпов1дае облает! 1нверс!1 типу провадност!. ■

Виявлено, шо збЛльшення парц!ального тиску пари металу п!д час осадження пл!в<?к p-PbSe приводить до зменшення концентрацИ д!рок ! росту холл!вськоГ рухливост!.

На основ! кристалох!м!чного подходу виконано анал1з процес!в випаровування та осадження сполук AIVBVI з парово! фази у метод! гарячо! стшки (п'ятий розд1л). Нами запропонована модель крнсталох!м!чних реакц!й, яка описуе ц! процеси. Одержан! узагальнен! р1вняння, як! встановлшть зв'язок Miffl концентрацией HocilB заряду (п) в тонкопл!вковому иатер!ал1, !нверсзлною (n-р-перехлд) температурою (Т*> ! температурою випаровування наважки 4<ТП), тиском пари складових компонентов (Ртп'), температурою конденсацИ (Тп).

шляхом проведения в единому технолог1чному цикл! синтезу матер1алу 1з механ1чно! сум1ш! вих1дних компонент1п у реактор 1 кваз!замкнутого типу, перенесения пари в!д джерела до п1доад:си (метод молекулярно-променево1 еттаксЛ. газодинам!чнкя пот1к) 1 осадиения речовини на ор1ентувч1 п1дклчдки при регулюванн! парц1ального тиску пари халькогену («еталу чи легуючо1 дом1яки).

Внкористовуван! технолог!! дяють момлнв1сгь пирощування еп1та1сс1янкх пл1вок з вкоокими структурнкыи (величина монокристал!чта. олок1в моза!чн!сгь - 0.9-1.6 ) !

електркчиимц (кокцеитрац1я а. в Ю'^аГ® 1 рухдки!стъ =« 4.2-■ 1и4огВ"*с"' носИв заряду при 77 К) параметрами п- 1 р-типу пров!дност1.

2. Проведено теоретгга1 1 ексаериконтальн! досл1дпення процес1э випаровуваннл 1' гсонденсзцИ тшрднх розчш11в у вакуум!. П!дтвердяено предо с змши складу на р1зннх етапах вмпарсвувшшя навапок. Одеразпо виразк. як! шпначаэть аслад пари 1 навзпки, а тшсоа оэроднього ссааду конденсату в1д дол1 внпаровувано! рачовшш у иаваяц!. Вгссонано розрахунок' зи!ш( асладу тонких пЛвоге тверд их розчнн1в на основ! Л^В"1 при шшароэувлнн! йО)юхалькоген1д1в олова 1 свинца 1з двох ефузЮТих коа1рок 8 незалегатт иагр1во?1 1 1зотеря1чног6 вшарннка за рахуиск флуктуацШ . температур ефуз1я'шк ком!рок. Показано. цо аисормстання 1зотора1чного дгаерела п1£вищуе однорШ!сть

усладу конденсату,

о

3. Визчено процеси еп1такс!Яного росту 1 реально! структур)! тонких пдИзок А^В*'. вкроязню: истодог? газодииоа!чиого потоку пари на п1®«адкая - сколах (0001) слилн-мусков 1т, розя1шетпс ¿не у наггрям! руху потоку парк, так ! перпендшеулярно до нього при вар1шаин1 умов осаавэяня. Показано, по поревзяавчшл иохан!змо?л росту вл1вогс с нешИзм Фолыдера-Веберд.

4. ДоаШшю вддШния фаз чистих 1сомпонент!в (метал, халысогон) при обздяени! тонких пл1вок яалькогеиШв свюща ! тзордзке розчгш!0 на !х основ! за умов кййэЗамкнутого со'ему. Внзначено значения технолог1чнюс фЗ!Сгор1в - температурн випаровумння Тв, температур» оездкення Та, а такоя х1.м!чного сгсладу иаваяки, при ягсхгх

парц1альке пересичення блгоьке до нуля i процес вид1лення фаз термодинам!чно неможливиа.

5. Методами термодинам 1ки та. кристалох!мП описано процеси вирощування з парово! фази при кваз1р1вноважних умовах у метод! гарячо! сггЗяки телурвд1в свинцю i олова та селен1ду свинцвд. Одержано'анал1тичн! вирази, що визначають залежн!сгь концентрацИ носИв заряду," та температури термодинам 1чного ri-р-переходу в!д технолог i4Hwx фактор Ib ' -парц!ального тиску. пари' -халькогену РНа, температур випаровування Тв та осадження Тп: * ••

Показано, Що для пл!вок PbSe !■ РЬТе п!двщення ^емператури осадження (Тп = 425-626 К), як i парц!ального тиску халькогену <Рв> ) приводить до зменшення концентрат!

г ч

елэктрон!в, !нверсП типу пров!дност1 з n-типу на р-тип i дальшого росту концентрацИ дЦрок. Тонк! плхвки Snfe при.. вс!х використовуваних технолог!чних факторах (400 К s Тв í 800 К, 750 К < ?в < 1000 К, 800 К •< Тс < Пф К) мають т!льки д!ркову проз!дн!сть. П!двицення Тп приводить до'зменшення, а п!двищення Тв - до зб!лыпення концентрацИ д1рок.

8. На основ! пор!вняння теорет.ичних розрахунк!в для залежносП концентрацИ' носИв заряду . i термодинам!чного n-р-переходу в1д технолог1чних фактор1в 1з експериментом зроблено висновок про переваяаючия вид та зарядовий стан дефектхв у тонкопл1вковому матер!ал1 AIVBVI при вирощуванн! з парово'! фази методом гарячо! ст1нки. Так, для тонких пл!вок PbSe та РЬТе' переважають двозарядн! вакансИ свкяцю ! м!жвузлов! однозарядн! атомй свинцю РЪ*. П!двищення температур осадження Тп i парц!ального тиску халькогену РНа приводить- до зростання концентрацИ ваканс!й свинцю i зменешення концентрацИ м!жвузлових атом!в свинцю. ПЩвищення температури випаровування TD стимулюе зростання концентрацИ м!жвузлового свинцю 2 зм!щуе термодинам!чния п-р-перех1д в область вищих значень Тв 1 РИо.

■ Для niBOK телуриду олова характерними е утворення двозарядних вакансм олова акцепторного типу

0CH0BHI ПУБЛ1КАЦИ ПО TEMI ДИСЕРТАЦШ I. Фреж Д.М., Прокопмв В.В., Салий Я.П., Матеис Г.Д.,

- 19 г

Лищинския И.М., Добровсигьская A.M., Зарядовое состояние собственных атомных дефектов и термодинамический n-р-переход в пленках оеленида свинца // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. - 1996. - Т. 32. - N» 4. - С. 1-5.

2. Фреик Д.М«, Прокопив В.В., Межиловская Л.И. Термодинамический п-р-пореход в пленках халькогенидов свинца // Журнал физ. химии. - 1988.- Т. 42,- № II.- С. 2906-2910.

3. Фреик Д.М., Прокопив В.В., • Межиловская Л.И., Школьный А.К., Брын Е.Б. Квазихимический расчет равновесия собственных дефектов в пленках PbSe // Изв. АН СССР. Неорган, материалы.- 1990.- Т. 28.- N. I.- С.55-69.

4. Фреик Д.М.,. Салий Я.П., Прокопив В.В; Зарядовое состояние собственных атомных дефектов в пленках селэни-да свинпа // Ш. техн. физики. - 1994. - Т. '64. ~ м. I.-С. 197-200.

5. Фреик Д.М., Павлик М.Ф., Школьный А.К., Прокопив В,В., •Огородник Я.В., Лотшнка М.А. Плеши системы ГЬТе-SnSe //

Изв. АН СССР. Неорган, материалы. -1990. - Т. 26. - №2. С. 264-269. '

е. Фреик Д.М., Собкович ?.И., Прокопив В.В., Лопяшса H.A.. Рошкевич A.B. Дэфекгообразование в . плойках PbSe при выращивании чз паровой фазы с участием кислорода // Изв. АН СССР. Шорган. материалы.- 1994.- Т.30.- м. 2.- С, 1-2. 7. Фреик Д.М.., Воропай В. А., Лопяяко И;А., Пйвлюх М.Ф.., Прокопив БДЗ. Элзжгрическт свойства шзнок PbSe на полшмидаоя подложно // Изв. АН СССР.' Неорган, материа-'^ЛЫ. - I. 23. - № 8. - 1987. - С. I26I-I284. , В. Фре1к Д.М., Собкович ?.1., Прокоп1в В.В., Лопянка М.А.. Дсбровольська Г.М., Мате1к Г.Д., Нич A.B. Зм1на типу провХдаост! в тонких пл Ii и;ах PbSe i зарядовий стан власних точковнх дефект1в // Ф1зика 1 х!м1я твердих т!л. BicHHic Пршарпатсысого у-ту. 1в.-Франк1вськ. - 1994. - н. 2. С. 25-34.

3. Фроик Д.М., Лопяшса М.А., Прокопив В.В., Воропай В,А. Использовании методов планирования эксперимента при исслодован1И свойств плояок // Заводская лаборатория. -1987. - Вып. 7. - С. 84-65. [0. Фреик Д.М., Прокопив В.В., Барж Л.И. Оптимизация способа получения пленок толлурэдз свшца на полгаш-цр

методом математического планирования эксперимента // Заводская лаборатория. - 1088. - N. I. - С, 85-86.

И. Френк Д.М., Прокогай В.В., Лопянка М.А.. Паалюк М.Ф. . Исслодовзниэ свойств пяэнок теляурида свинца на полиммиде о применешюм метода математического планирования эксперимента // Фиэ. электроника. - 1989,- . Вып. 39. '- С. 3-8.' •

12. Фрекк Д.М., Рувинскиа М.А., Лопянка М.А., Прокоп:ш В.В. Оптимизация технологии эпитэксиальиых слоев твердых • растворов теллурвд свинца - селенид свинца методом математического планирования энслвримента // Заводская лаборатория.'- 1085. - м. 0. - С. 60-62.

13. Фреик Д.М., Лопянка М.А., Прокопив В.В., Борик Л.И., Гзлущак М.А. Мзтоизтическое планирование и оптимизация получения IUOHOK БпТе-РЬТе :.'.етодом гарячей стенки // Физ, электроника. - Вып. 31. - 1885. - С. 73-78.

14. Олоськив С.П., Прокопив В.В. Программно-управляемый синтез • многокомпонентных вещэств // Электронная техника. 1090. - Сер. 6. - Вып. 8Д253). *

15. Фреик Д.М., Шдарун В.М., Прокопив В.В. Определение . оптимальных физико-технологических условий получения

пленок толдуридов металлов IVB подгруппы в кваз!раикаутом объеме // Ред. журз. Изв. вузов. Физика. TomoL 1977. -Деп. в ВИНИТИ к. £653. • .

18. Фреик Д.М.» Прокопив В.В., Шдарун В.И., Фрэик Л.й. Использование P-I - проекций P-I х-диаграмм приполучо-пленок сложного состава // Род. ВШИ Техника, хнология, экономика. - 1979.-Деп. э ЦНИИ Электроника.

17. Фра1к Д.М., npoKoniB В.В.. Шперун В.М. Х-Х* |Д1аграми i 1х використанкя при синтез! пл!вок // BIckrac Льв1в. ун|-ту. Сер. ф1з. - 1979. - № 14. - С. 92-95, -

18. фреик Д.Ы., Прокопив В.В., Нланичка B.M.V Остапчук А.К., Мадиловская Л. И. . Термодинамика получения плевок хгрькогенвдов свинца из паровой фазы // Физ. электронику. - 1990. - № 40. - С. 60-65.

19. Фреик Д.М., Шперун ВЛ!.. Прокопив В.В. Физико-. полическиэ основы управления : параметрами пленок соединений на основе AIVBVI // Ред. Изв. вузов. Физика.

.■'.-211978. - Деп. В ВИНИТИ № 3254.

20. Фрэик Д.М., Раренко И.М., Прокопив В.В., Клзничка В.М. Термодинамический анализ взаимодействия соединений AIVBVI и • A"BV* // Ред. журн. Изв. вузов. Физика. -Томск. - 1979. - Деп. в ВИНИТИ•№ 846G.

21. Фроик Д.М., Раренко И.М., Прокопив В.В. ,' Шгорун В.М. Выделение фаз компонентов при синтез© шюнок .A,VBVI // Физ. электроника. - 1979. - N.19. - С. 136-138.

22. Фрэик Д.М., Василшин Б.В., Цидало К.В., ГрущиЕ А.И., Прокопив В.В. Фракционное изменение состава пленок в процэсе испарения // Физ. электроника.- 1977. - Вып. 14. С. 61-64.

Prokoplv V.7. The Processes oi the Growth Iron the Vapour Phase and the Impact of the Technological Factors on the Properties, oi the Thin Tilns oi Lead (Pb) and Tin (Sn> Chalcoginids. ■

The Dissertation lor Candidate of Sciencies (Physics and Mathematics) Degree in 01.04.07 (Solid Sta\e Physics).

46 scientific aorta are defended. They include the results of: a) theoretical and experimental study of the evaporation • end condensation processes вз well as fractionation of te constitution of thin layers of solid solutions of A1VBV1 compounds; b) the calculation of the parooeters of gsaodynaaical vapour fldw profile and their influence on the law of growth or thin fUna of -Pb and Sn ¿nalcogonids; c) the cristal-chenical model of'the processes of the growth of PbTo, SrtEe, PbSe thin Шшэ-in the hot wall Bothod, tvhlch provides to possibility to refine the condition, the charge state erd the concentration of the own point defects'in the produced films and their dependency on technological factors.

Прокопив В.В. Процессы выращивания из паровой фазы тонких плэнок залькогенидов Ьвинца и олова и влияние тохяологачесют факторов на их свойства.

Диссертация на. соискат~э ученой степени кандидата физико-математических наук по спэцизльнпсти 01.04.07 -

физика твердого тела,' Черновицкий roo. • ун-т т. Ю.Федьковича, Черновая, 1996.

. Защищается 46 ' научных . работ, ' которые содержат результаты: а)теоротичоских и экспериментальных исследований процессов испарения и осаждения а также фракционирования состава тонких слоев . твердых• растворов ело лук A,VBVI; б)расчет параметров, профиля газодинамического потока пара и их влияние ва закономерности роста тонких шгонок халькогенидов свинца и олова; в)кристалпохимическую модель процессов выращивания методом гэрячей стенки тотащ плэцок таллуркда свинца и олова, оеленвда свинца, которая дает возможность уточнить ввд, зарядовое состоянш и концентрацию собственных точечных; дефектов в получаемых пленках, и их зависимость от технологических.факторов.

Ключов! слова: еп1такс1йк!пл1вки; халькоген!дисвшщю . 1олова; технолог 1чн1фактори; точков1 дефекти; кваз1Х1м1чн1 реакцИ.

Зам.3085. Наклад 100 Колекпшне шдприемство ф'фма «Л1К» 284000, ыЛвано-Фрашивськ, рул.Вас!1Д)лпск,48