Структура, электрические и оптические свойства аморфных пленок InSb-Ge тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Міністерство освіти України Львівський державний університет імені Івана Франка

ол

и :о. <• На правах рукопису

Салах Ель-ДІн Махмуд Мохамед Сальман

СТРУКТУРА, ЕЛЕКТРИЧНІІ ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АМОРФНИХ ПЛІВОК Іп8Ь-Се

01.04.10 - Фізика напівпровідників та діелектриків

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Львів - 1996

Дисертацією е рукопис.

Робота виконана у Львівському державному університеті імені Івана Франка Міністерства освіти України

Наукові керівники: доктор фізико-математичних наук, :

професор Ромашок Микола Олексійович, кандидат фізнко-маїсмаїнчних наук, професор Миколайчук Олексій Гордійовнч

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук,

• . професор Набитович Йосип Дмитрович,

кандидат фізико-математичних наук, доцент Біленький Богдан Філімонович

Провідна організація. Ужгородський державний університет

Захист відбудеться ІЗ березня 1996 року о І5І5 год. на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д.04.04.08 нри Львівському державному університеті імені Івана Франка за адресою: 290005 м.Львів вул.Кирила і Мефодія 8. '' -

3 дисертацією можна ознайомитись в Науковій бібліотеці університету (290005 м.Львів вул.Драїоманова 5).

Автореферат розісланий "12" лютого 1996 року

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради, доктор фізико-математичних наук

Блажиєвськнй Л.Ф.

Актуальність теми. Останнім часом спостерігається підвищена увага до фізичних проблем аморфних напівпровідників, унікальні властивості яких забезпечують їх використання у фото* і термоперетворювачах, перемикачах стрхму, елементах оптичного запису та зберігання інформації та ін. Встановлено, що фізичні властивості некристалічних напівпровідникових матеріалів суттєво залежать від їх структури, домішок та дефектів, які визначають густину та енергетичне положення локалізованих станів у "хвостах” зон та в околі рівня Фермі, тому інтенсивність наукових досліджень по впливу технологічних, домішкових, радіаційних та інших факторів на атомну та електронно-дефектну підсистеми аморфних напівпровідників постійно зростає. Значним проривом у цьому плані можна вважати фундаментальні дослідження аморфного кремнію та германію, які дозволили знайти унікальний метод керування густиною та енергетичним положенням юкалізованих станів в псевдощіпині конденсатів (постгідрогенізаційний гфект) і ефективно їх легувати. На жаль, метод гідрогенізації виявився малоефективним для інших аморфних напівпровідників, тому пошук інших методів управління властивостями аморфних твердих тіл продовжується. Позитивним у цьому напрямку можна вважати роботи по використанню летоду "модифікування" склоподібних та аморфних матеріалів важкими -іеталічними домішками (наприклад, вісмутом). •

Вагоме місце серед аморфних матеріалів групи ДЗВ5 займають онкоплівкові конденсати ІпБЬ, структура яких є проміжною між етраедричними (аморфні Єє (Бі)) та халько-генідними невпорядкованими іатеріалами (аморфний Бе та ін ). У зв'язку з викладеним актуальним є ивчення залежності структури ближнього порядку, кінетики кристалізації, )ізичних властивостей аморфних плівок ІпЯЬ-Се від умов одержання, ивчення впливу на ці процеси релаксації структури ІлБЬ в сторону більшення вмісту тетраедрично зв'язаних структурних фрагментів та їхнього пливу на особливості електронного перенесення та оптико-спектральні пастивості. Проведені в роботі дослідження дозволяють розширити уявлення ро фізико-хімічні процеси, які протікають в аморфних матеріалах на основі г7олукАЗВ5,

Доцільність вибору об'єктів дослідження зумовлено надійними даними по дослідженню структури і фізичних властивостей аморфних германію та антимоніда Індія, шо дає можливість прослідкувати їх зміну в системі ІпБЬ-Се.

Вибір тонкоплівкових матеріалів і вивчення оптичних властивостей визначається замовленням єгипетської сторони при відрядженні автора у Львівський університет.

Мета роботи - дослідити вплив умов одержання та хімічного складу на структуру, електричні та оптичні характеристик»! конденсатів ІпБЬ-Се.

Наукова павшім;

- вперше вивчено структуру ближнього порядку аморфних конденсатів ІпЗЬ-Се і її трансформація в залежності від Тп і температурного відпалу;

- досліджено електропровідність та оптичні властивості в широкому інтервалі енергій фотонів (0.1-22 еВ) і встановлена кореляція між структурними, електрофізичними та оптичними властивостями.

Наукова цінність побогп;

- досліджено структуру ближнього порядку аморфних плівок системи ІпБЬ і встановлено, що її можна описати в рамках сплавної моделі, в якій параметри ближнього порядку поступово змінюються від тетраедричного оточення до потрійної координації в розподілі найближчих сусідів для ІпБЬ;

- показано, що в усьому інтервалі .концентрацій відбувається гетерогенна кристалізація аморфних сплавів з виділенням спочатку фази ІлБЬ, яка зароджується рівномірно по всьому об'єму в аморфній матриці германію;

- встановлена концентраційно-температурна залежність зміни механізмів провідності аморфних плівок ІпБЬ. Показано, що температура переходу, при якій відбувається зміна механізмів провідності від стрибкового до активаційного росте із збільшенням концентрації ІпБЬ; порахована густина станів біля рівня Фермі та енергія активації;

- проміряно оптичні спектри поглинання (відбиваннях в області 0.1-22 еВ те розраховано спектри оптичних функцій ІлБЬ-Ое при кімнатній температурі;

* лростежено еволюцію спектрів при переході до зразків, отриманих ш підкладках при різних температурах осадження і підтверджено висновки пр( структуру відповідних конденсатів.

Практична цінність роботи;

- встановлені оптимальні умови одержання аморфних і крис-талічних плівок InSb-Ge;

- знайдено хімічний склад конденсатів і максимальною тер-мічною .стійкістю;

- показана можливість створення композиційних аморфно-кристалічних маїеріаліи термоиідпаду;

- отримано спектри оптичних функцій InSb-Gc корисні для ідентифікації

конденсатів. .

Положення, що ниносиїьсчі па захист:

І. Структура шижншго порядку і кінетика кристалізації аморфних конденсатів InSb-Ge. .

2. Особливості елсктронсрсносу в амор(|ших конденсатах.

3. Загальна характеристика спектрів поглинання та оптичних функцій InSb-.

Ge та їх залежність від умов напилення.

Апробація рпГкни. Основні результати роботи доповідались на 4 наукових конференціях: Четвертій Міжнародній конференції з фізики та технології тонких илмнік (м.Івано-Франківськ, 1992), Першій Українській конференції "Структура і фізичні властивості невпорядкованих систем" (м Львів, 1993), Першій міжнародній конференції по халькогенідннх і алмазоиодібннх напівпровідниках (м.Чернівці, 1993), П’ятій міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок (м.Івано-Франківськ, 1995).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 робіт: три статті та 4 течи доповідей, які перелічені в авторефераті. У спільних публікаціях дисертантові належить отримання плівок відповідних хімічних складів при різних температурах підкладки, дослідження структури, кінетики кристалізації, температурної залежності електропровідності та оптичних функцій конденсатів. .

Структура тп об'єм лнсептяціТ. Дисертаційна ррбота складається з вступу та п'яти оригінальних розділів, висновків та списку цитованої літератури. Загальний об'єм роботи становить 161 сторінки, рисунків 49, таблиць 5. Бібліографія складає найменувань 134. •

У вступі обговорена актуальність досліджень, визначена мета роботи, її наукова новизна та практична цінність, сформульовані основні положення, що виносяться на захист, описана апробація роботи, публікації автора, об'єм і структура дисертації.

У першому розділі описана методика електронографічного і електронномікроскопічного дослідження структури конденсатів. Приведений огляд робіт по дослідженню структури ближнього порядку в аморфному германії і антимоніді індію. На основі аналізу літературних джерел зроблено висновок про тетраедричне розміщеіїня атомів в аморфному германії. Структуру аморфного германію на основі аналізу кривих радіального розподілу атомів (КРРА), можна описати за допомогою кластерної моделі, яка передбачає в своїй основі тетраедри з атомів германію, які з'єднані між собою різними способами, що в кінцевому варіанті приводить- до алмазомодібної гратки або структури типу в'юрциту. Деяка частина тетраедрів утворює п'ятикуші кільця, із яких не можна побудувати будь-яку гратку з тетраедричним кутом 109° . .

Розглядаються і інші структурні моделі розташування атомів в аморфному германії, зокрема, мікрокристалічна, в яквй вважається, що структура аморфного германію складається з дрібних кристаликів (10-15 А), які розділені міжкристалічними прошарками. В багатьох роботах запропонована модель невпорядкованої сітки. .

Згідно з деякими роботами аморфний ІпБЬ описується тетраедричною координацією атомів, яка характерна для кристалу, однак в останніх роботах вказується на потрійну координацію атомів. Такі розбіжності зумовлені, насамперед, метастабільністю аморфних конденсатів і можливістю існу-

вання в них декількох метафаз, особливо, це проявляється в багатокомпонентних системах, а по-друге, методикою одержання і аналізу КРРА.

Тому в^ роботі приділена увага методиці дослідження структури ближнього порядку. В цьому розділі приведені теоретичні розрахунки структурного фактору та методика обчислення КРРА для однокомпонентних систем. Проаналізовані фактори, які впливають на форму КРРА та точність визначення координаційних чисел і міжатомних віддалей. Вказується, шо

застосування експозиційного сектору з кутом розкриття l/ECjfi2(3) (Сі - концентрація і -компоненти, fj - атомний фактор і -компоненти) дає можливість здержати структурні амплітуди розсіювання при великих S=15 А-1.

Описана кінетика кристалізації плівок Ge та InSb. У випадку германію зона проходить при сталій температурі вибухово. Для InSb характерний іевеликий температурний інтервал, який пов'язується з гетерофазними {щюктуаціями складу.. Температурні залежності електропровідності свідчать іро те, що кристалізація плівок, одержаних при низьких температурах Гп<80 К,. проходить через проміжні металічні фази з утворенням іікрозародків цих фаз. Встановлено, що енергія кристалізації залежить від іетоду одержання плівок і складає Е=1.39 еВ/атом для плівок, одержаних :атодним розпиленням. .

В оригінальних параграфах цього розділу описується методика ідержання плівок Ge, InSb, InSb-Ge дискретним випаровуванням у вакуумі •=10-4 Па. Для структурних досліджень конденсація здійснювалася на сколи юнокристалів NaCl, KCl, або на скляні пластинки, на яких попередньо акуумним випаровуванням наноситься ulap NaCl. Температура підкладок під ас напилення складала 300-600 К. Структура плівок досліджувалась в леюронному мікроскопі УЗМВ-ІООК та електронографі ЗГ-100А.

Приведені оригінальні результати по дослідженню структури, фмічної стійкості і кінетики кристалізації вихідних компонентів Ge, InSb та iSb-Ge. .

Структура плівок InSb залежить від багатьох технологічних параметрів. !а неорієнтуючич підкладках плівки однакової товщини в залежності від Тц ули аморфними або кристалічними. Суцільні плівки (d>100 А) мали жстапічну структуру при Tn>360 К, при нижчих температурах плівки бул^ лорфними. В острівкових плівках (d<100 А) зародки мають аморфну груктуру при Тр<470 К, температура кристалізації залежить від розміру ністалів. Розміри і густина зародків визначаються температурою і розмірами дклпдки та її структурою. Температура переходу аморфних плівок Ge і InSb кристалічні, осаджених на монокристалічні підкладки, є нижчою ніж на юрфних підкладках (при однакових умовах).

Аморфні частинки InSb і Ge добре декорують поверхні сколів знокристапів, що вказує на високу рухливість атомів при осадженні. Це

вказує на те, що утворення аморфної фази не пов'язане з малою дифузією, а є наслідком міжатомної взаємодії у вказаних матеріалах'.

Кінетика кристалізації Ge, InSb та плівок (InSb)0.79Ge0.21, (InSb)o.7lGeo.29, (InSb)0.5Ge0.5, (InSb)o,3Geo.7> (InSb)0.lGe0.9 товщиною d=500 А вивчалася безпосередньо в електронному мікроскопі з використанням приставки ПРОН-2. Встановлено, що термічнп стійкість аморфних плівок максимальна для аморфного Ge знижується зі збільшення^ концентрації InSb. У плівках InSb-Ge кристалізація має гетерогенний характер. Первинною фазою є кристаліти InSb, які ростуть рівномірно а аморфній матриці Ge. Для пояснення цього явища зроблено припущення про утворення в аморфній матриці гетерофазних флюктуацій складу В збагаченими областями InSb та Ge. Цей процес носить складний характер і проходить через проміжні метестабільні фази. .

При конденсації InSb-Ge на гарячі підкладки Тп>Т|с (Т|с - температура кристалізації для даного складу) встановлено утворення твердих розчинів заміщення в концентраційному інтервалі на основі сфалеригної гратки (С<6 моль% Ое2), а також формування кристалів InSb гексагональної структури.

При осадженні на сколи монокристалів NaCl при Тп>Тк формуються текстуровані плівки, причому текстуруються тільки кристаліти InSb з віссю текстури <100>, а кристаліти германію розміщені хаотично, без будь-якої орієнтації. Це пов'язується з геометричним фактором співмірності граток NaCl, InSb і Ge. •

Результати дослідження структури 'ближнього порядку аморфних плівок германію, антимоніду індію і плівок системи InSb-Ge описані в останньому параграфі і підбумовані в таблиці 1.

Із, табл.1 видно, що аморфна структура Ge має тетраед-ричне розміщення атомів. Для InSb характерна потрійна координація. Для плівок InSb-Ge спостерігається лінійне зменшення міжатомної віддалі від 2.82 - для InSb до 2.45 А - для Ge. В той час перше координаційне число різко зростає від 3 для InSb до 4 при концентрації 20 моль% Ge. Це вказує на те, що Ge індукує і стабілізує тетраедричну конфігурацію атомів в аморфних плівках InSb-Ge.

Таблиця 1.

Положення максимумів на нормованих інтерференційних функціях ¡(Б) і кривих радіального розподілу Кі, першого координаційного числа п та температури кристалізації Т|< для плівок різного складу системи [пБЬ-Сг.

Склад п.ііпкм І(*К А-1 А п, ат. т»,к

1 2 ■з і 2 3

1п8Ь 1.85 3.03 4 80 2.82 4 41 6.83 3.06 390

(Іп8Ь)(т(Се)оп 1 86 3.08 4.88 2.77 4.36 6.73 3.8 465

(ІпЯЬ)о м.(Сс)и 14 1.88 3.18 5.03 2.70 4.27 6.55 4.0 • 520

(ІпЯЬ)о4о(Ое)п м 1 91 3 25 5.15 2.61 4.20 6.38 4.0 540

(Іе . 1.95 3.44 5.45 2.45 4.00 6.00 4.0 550

У другому розділі приведені іеорегнчні роботи по явищах перенесення н аморфних напівпровідниках і орні інх'іьні результати по дослідженню іемпераіурно-коііиетраціиної залежності електропровідності аморфних конденсаті ІпНЬ-(іс. Іч ангіну цих чалежностей зроблений висновок, що домінуючим механізмом електропровідності аморфних плівок ІпБЬ-Ое при гемпераіурах вите кімнатної с активаційний. Енергія активації змінюється в ■залежності під складу п межах 0.17-0.4 еІЗ

При низьких температурах для плівок всіх складів притаманна сірибкова провідність по локалізованих станах навколо рівня Фермі. Мінімальна густина локалізованих станів М(Е0=3.210І8 см-ЗеВ*І спосіерігасться в аморфних плівках германію. Температура переходу від стрнбкового до активаційного механізму провідності зміщується в область вищих температур з ростом концентрації германію.

У третьому, оглядовому розділі описано оптичні спектри крнсткіічиїм напівпровідників та кристалів бе і ІпБЬ, зокрема. Розглянемо різні області довжин хвиль, особливості та походження смуг поглинання, прояв у спектрах домішкових центрів і вільних носіїв, міжзонних та внутрішніх переходів. Ці матеріали використовуються при аналізі експериментальних результатів. Описано спекіри германію та 1п5Ь і зроблено висновок, що досліджувані у роботі сполуки ІпБЬ-Се у цьому плані не вивчені.

У четвертому розділі описана методика експеримен-тальних досліджень оптичних спектрів та розрахункових прийомів, використаних у

роботі. Використані стандартні спектральні прилади, перекривають область спектру від вакуумному ультрафіолету (до 22 еВ) до інфрачервоної ділянки (0.07 еВ) - спектрограф ДФС-5, спектрофотометри КСВУ-23, ІЩ-20 та ИКС-

14. Прилади і стандартні прийоми їх використання описані дуже стисло, більш повно - методика отримання та обробка спектрограм і джерело світла для вакуумного спектрографа. На одну плівку довжиною ~60 см фотографували спектр відбивання від зразка та два спектри порівняння. Експозиції підбирались так, шоби почорніння плівки на усіх спектрах лягало на лінійну ділянку характеристичної кривої фотоплівки (плівка Шумана, тип УФ-4). Шуканий коефіцієнт відбивання И розраховували за формулою

де Б - почорніння у спектрі відбивання зразка, &| та Б2- почорніння у спектрах порівняння, сфотографованих на цю ж плівку з експозиціями П і 12 (на практиці - числа спалахів джерела). Використання двох спектрів

коефіцієнта контрастності плівки та її можливу просторову неоднорідність.

Використання похилого падіння світла на зразок (-70°) давало високу ступінь поляризації у відбитому пучку без використання поляризаторів.

Описано співвідношення і спосіб, які дають можливість розрахувати компоненту відбитого світла Иб, покращуючи дещо ступінь поляризації, сформовану за рахунок відбивання під кутом, близьким до кута Брюстера.

Розділення установки з врахуванням робочих характеристик спектрографа, джерела світла та зернистості фотоплівки становить 0.1 еВ, 0.2 еВ, 0.4 еВ та 1 еВ відповідно в областях енергій 7-8 еВ, ЮеВ, 15еВ та 20-22 еВ. Відносна похибка визначення коефіцієнта відбивання становить ~5%. Фотометрування фотоплівки проведено за допомогою двопроменевого мікрофотометра МФО-451. . .

У проміжній області спектру використано спектрометр КСВУ-23. Для дослідження спектрів відбивання було виготовлено приставку, яка дозволяла орієнтувати зразок на лаві приладу перед вхідною ііолшґою. Інші операції виконувались з використанням ЕОМ, що входить у комплект спектрального комплексу КСВУ-23. '

порівняння дало можливість автоматично врахувати спектральну залежність

У довгохвильовій ділянці спектру використовувались спектрометри ІЖ-20 та ИКС-14. При роботі на ИКС-14 швидкість скапування спектру становила 12 см-1 на хвилину. За спектрами відбивання розраховано оптичні функції (єІ, є2, п, к, Еоеф,. І^еф. та ІтЄ‘1). використовуючи метод Крамерса Кронінга, модифікований для великих кутів падіння. Дані про спеїстр відбивання вводились через 0.05 еВ в області І.. 5 еВ і через 0.1 еВ - п області 5...22 еВ, що дозволило добре відтворити структуру спектра. Розрахунки виконано за наявною програмою на комп'ютері ІВМ РС/ЛТ-386, програма написана на мові Фортран. Оскільки у програмі використовувалась процедура послідовних наГлижснь, то критерієм закінчення ітераційігаго процесу було зменшення різниці сусідніх ітераційних значень, коефіцієнта відбивання до величини абсолютної похибки експерименту.

Розрахунок однієї групи оптичних функцій, вимагав 10-12 ітерацій,! тривав 5-6 хвилин.

Коефіцієнти відбивання І?0 в області О. .НеВ<визііачались за значенням показника заломлення в області І 'еВ (виміряного за-допомогою еліпсометра). В області енергій, вищих за 22 сВ-частонкгоаяеденють коефіцієнта відбивання описувалась експоненціально, затухаючою- функцією, я характерна стала у показнику експоненти вибиралась, виходячи з закономірності зміни коефіцієнта відбивання напівпровідників у плазмовій області спектра.

У-п'ятому розділі описано оптичні спектри плівок'ІпЗЬ-Се,'Напилених на скляні і кристалічні підкладки; які в момент напилення мали температуру 300, 400, 450 і 500 К. Встановлено, що досліджувані зразки Іп8Ь().5-Се0.5 мають високі коефіцієнти відбивання 41 пз області 1...5 еВ, виявлено значне зменшення Я в області 5.5 еВ і мале відбивання при вищих енергіях фотонів (>6 еВ). Найбільш чітка структура спектрів спостерігалася в області 1-5 еВ, характерні максимуми при 1.2, 1.7 та 5 еВ спостерігалося на зразках, напилених при різних темпетатурах підкладки. Крайні ділянки спектру відбивання з ростом температури підкладки монотонно зміщувалася в сторону росту Я, в області 2-5 еВ таких монотонних змін немає. Для зразка з температурою підкладки 500 К в області широкого максимума відбивання при 4.5-5.5 еВ виникає замітна структура (табл. 2). , -

В цілому спектри ІпБЬ-Ое суттєво відрізняються від спектрів плівок чистих ве та БЬ за числом та положенням максимумів, тобто досліджувані зразки не є простою суперпозицією вихідних сполук.

• , • Таблиця 2.

Значення енергій максимумів у спектрі відбивання плівок ІпБЬ-Се для різних температур підкладки, в дужках вказані коефіцієнти відбивання И.

300 к 400 К 450 К 500 К

1.2(0.38) ' 1.2(0.42) 1.2(0.45) 1.2(0.47)

1.66(0.53) 1.66(0.57) 1.61(0.6) ■1.66(0162)

2.95(0.55) 2.91(0.54) 1.59(0.63

3.6(0.56)

4.41(0.65)

4.71(0.80)

4.9(0.68) 4.88(0.71) 4.9(0.74) 4.9(0.78)

5.13(0.74)

6.8(0 25) 6.85(0.24)

7.49(0.18)

9.45(0.16) 11.15(0:16) 11.9(0.2)

11.2(0.16) 12.1(0.17)

14.0(0.17) 16.0(0.22)

Порівняння ф = 36 у районі 12 еВ з показником заломлення у

районі 1 еВ (п=3.8) свідчить загалом про коректність проведених розрахунків методом Крамерса- Кронінга.

Максимум функції електронних втрат лежить в області 5.2 еВ, ' ефективне число електронів Кеф. для 12 еВ рівне 7, а в області плазмової частоти Меф.=3.2. Величини дійсної єі та уявної Е2 частини діелектричної проникливості близькі до аналогічних характеристик монокристалів Ое -та ІпЯЬ

Спектри оптичних сталих К, ІщЄ'* та Иеф. для досліджуваних груп кристалів загалом подібні між собою, лише плазмова частота для зразка з температурою підкладки 500 К зростає на 20%. Спектри оптичних функцій п і к плівок зміщені у сторону менших енергій порівняно з спектрами кристалів, що може свідчити про наявність у плівках аморфної фази і узгоджується з відомими розрахунками та експериментальними результатами для германію.

Із порівняння Еоеф та Кеф. для Ge та InSb виходить, що в області енергій (ш<4 еВ) більш активними є переходи в InSb, в області м>4 еВ -навпаки.

Зміщення смуг поглинання при рості температури підкладки якісно пояснюється ступенем взаємного впливу атомів Ge на зв'язки InSb і навпаки з врахуванням ступеня іонності (і далекодії) зв'язків In-Sb та Ge-Ge.

Врахування різниці ступеня іонності (ковалентнності) хімічних зв'язків в окремих матеріалах (Ge та InSb) дозволяє пояснити основні особливості спектрів плівок InSb-Ge в області збудження валентних електронів.

Отримані результати узгоджуються із висновками структурних досліджень, згідно з якими при низьких температурах підкладки конденсати InSb-Ge мають аморфну (сплавну) структуру, при підвищені цієї температури в аморфній фазі германію утворюються мікрос ;опічні включенння кристалічного InSb, а при Т>450 К плівки мають полікристалічну структуру з сумішшю кристалів InSb та Ge.

З даним висновком узгоджуються дослідження інфрачервоних спектрів, положення головних максимумів, яких наведено у таблиці 3 для зразків, осаджених на підкладках при різних температурах.

Таблиця 3.

Розраховані із спектрів відбивання плазмові частоти для плівок InSb-Ge, одержаних при різних Тп- .

т,к 300 400 450 500

еВ 5.23 5.31 5.34 5.44

Поглинання в області ш>0.48 еВ пов'язується з плазмовим поглинанням в германії (Ед~0.6 еВ), в області 0.1-0.3 еВ з міжзонними переходами в ІпБЬ (Е£~0.18 еВ). Це свідчить про наявність певної долі чистої фази одної та другої компоненти.

Робиться, крім того, висновок, що у досліджуваних плівках існують вільні носії зарядів, утворені, зокрема, домішками компонент Ое, Іп та вЬ, які не прореагували. Розрахований показник частотної залежності коефіцієнта поглинання плівок змінюється для різних плівок у межах 1.4...1.8, що загалом характерне для частотної залежності коефіцієнта поглинання світла вільними носіями концентраційного порядку 10І6...ЮІ8 см-3.

Оптичні дослідження, таким чином, подали незалежну інформацію про можливу структуру і склад плівок InSb-Ge.

Qf ИШІ ВШЛЬШИ Т‘> PHftWBIfH-

1. Методом дискретного випаровування у вакуумі отримано тонкі конден-' сати системи InSb-Ge прй річних температурах підкладки (Тп=300-600 К).

• 2. Електронографічними дослідженнями підтверджено, uto в кристалічних

та аморфних плівках германію зберігається тетраедрична міжатомна координація з найближчою міжатомною віддалю 2.45 А.

3.- Виявлено значну залежність структури ближнього порядку аморфних плівок InSb від температури підкладки. Структура ближнього порядку аморфних плівок, осаджених на підкладках, які знаходились лрн кімнатній температурі, характеризується значним процентом “неправильних" зв'язків, тобто зв'язків між односортними атомами. У відпалених аморфних плівках InSb, на відміну від тетраедричної координації кристалів, спостерігається потрійна координація в розміщенні найближчих сусідів. Атом одного сорту, в основному, ковалентно пов'язаний з трьома атомами другого сорту на віддалі Rl=2.82 А.

4. Встановлено, що на підкладках, які знаходились в процесі конденсації

при кімнатній температурі, формуються для всіх складів системи InSb-Ge аморфні плівки. При рості концентрації InSb найближча міжатомна віддаль зростає від RGe=2.45 А до RlnSb=2.82 А, що свідчить про формування "сплавної" структури. Введення Ge трансформує структуру аморфних плівок до тетраедричної. '

5. Термічна стійкість аморфних плівок системи InSb-Ge, визначена при неперервному нагріві пліЬок, знижується з ростом концентрації InSb, а процес кристалізації завершується формуванням двофазних полікристалічних плівок з фазами Ge і InSb.

6. Виявлено значні зміни в структуроутворенні плівок при осадженні їх на підігріті підкладки. Первинними фазами кристалізації є кристаліти твердих розчинів (InSb)l-x(Ge)x та кристаліти гексагонального InSb. Кристалізація завершується формуванням двофазних полікристалічних плівок з фазами InSb

, І Ge. При температурах вище 600 К на монокристалічних підкладках формуються текстуровані та епітаксіальні плівки.

7. Домінуючим механізмом електропровідності аморфних плівок InSb-Ge при температурах вище кімнатної є активаційний механізм. Енергія активації

процесу провідності в залежності від складу плівок змінюється о межах 0.17-

0.4 еВ. ’

8. При низьких температурах спостерігається лінійна залежність питомої електропровідності в мопівських координатах, що вказує на стрибкову провідність по локалізозаних станах навколо рівня Фермі. Мінімальна густина локалізованих станів N(£0=3.2-1018 см-3 еВ-1 спостерігається в аморфних плівках германію. З ростом вмісту ІпБЬ вона збільшується.

9. Температурна межа переходу від стрнбкового механізму провідності по локалізованих станах навколо рівня Фермі до активаційного механізму провідності змш./ггься в область вищих температур з ростом концентрації Ое її аморфних плівках.

10. Оптичні спектри дзеркального відбивання в області 1.0-22 еВ плівок

Іп.ЧЬ-Ое, напилених на скляні підкладки методом термічного вакуумного розпилення суміші Ое0.5(Іп8Ь)0.5, суттєво відрізняються від відповідних спектрів монокристалічних бе та Іп5Ь. _

11. Методо^ дисперсійних співвідношень Крамерса-Кроніга розраховані спектри оптичних постійних для плівок ІпЯЬ-Ое.

12. Показано, то при збільшенні температури підкладки плівок Іп5Ь-Се в

області 300...500 К максимум функції електронних втрат іше*1 і відповідна плазмова частота \¥р зміщується в область високих енергій на 0.2 еВ, що свідчить про утворення аморфних плівок при низьких температурах і полікристалічннх - при високих. ■

13. Спектри оптичних сталих плівок Іп5Ь-Ое зміщені в область низьких

енергій відносно спектрів ІпБЬ та Се, що свідчить про наявність аморфних форм. . ' .

14. У спектрах оптичних сталих плівок ІпБЬ-Се є максимуми, характерні

для Се та ІпБЬ. На основі залежності цих максимумів від температури підкладки у момент напилення плівки, запропонована модель формування плівки 1п5Ь-Се, яка враховує залежність ступеня дальнодії хімічних зв'язків від ступеня їх іониості і узгоджується з даними структурних досліджень про первинну кристалізацію ІпБЬ порівняно з Єє при рості температури підкладки. >

15. За отриманими спектрами поглинання плівок ІпЗЮе п області 0.051.2 еВ виявлено особливості, характерні для крайового поглинання кристалів ІпБЬ та Се, що свідчить про наявність цих фаз у плівках. .

16. Встановлено поглинання світла вільними носіями у плівках InSb-Ge, розраховані показники степеневої залежності коефіцієнта поглинання від енергії фотонів. Зроблено висновок, що у досліджуваних плівках е не лише чисті фази InSb та Ge, але й відповідні фази з домішками окремих атомів Ge, In та Sb. • ‘

Основні результати днсептапіі викладені в наступних роботах:

1. Миколайчук О.Г., Луцик Н.Ю., Дуцяк І.С., Макаренко C.B., Ромашок P.P., Сальман С.М.М. Структура та властивості тонкоплівкових конденсатів антимоніду індію // Вісник Львів, ун-ту, сер. фізична. "Фізика матеріалів з керованими властивостями". -1995. вин.27.-С.61-65.

2. Сальман С.М.М., Андрієвський Б.В., Вахулович В.Ф., Курляк В.Ю. Оптичні спектри плівок (lnSb)0.95Ge0.5 в області збуджень валентних електронів// Там же. С.66-70

3. Миколайчук О.Г., Дуцяк 1.С.. Луцик Н.Ю., Макаренко C.B., Романюк P.P.,

Сальман С.М.М. Вплив технології одержання на структуру і фізичні властивості плівок InSb-Ge II Журнал фізичних досліджень. -1996. -т.І. (В друці). . ,

4. Сальман С.М.М., Луцик Н.Ю. Термічна стійкість та кінетика кристалізації аморфних плівок системи InSb-Ge // Тез. доп. І Української конференції "Структура і фізичні властивості невпорядкованих систем". Львів, ЛДУ ім.

І.Франка, 1993.-т.2.-С.58.

5. Миколайчук О.Г., Сальман С.М.М., Луцик Н.Ю. Структурні перетворення в плівках системи lnsb-Ge // Матеріали IV Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. Івано-Франківськ, ПУ ім. В.Стсфаника, 1993. -С.75.

6. Миколайчук О.Г., Сальман С.М.М., Луцик Н.Ю. Структурні перебудови в плівках метастабільних твердих розчинів систем AllIßV-Gc И Abstract Booklet. The First International Conference on Material Sei. of Chalcog. and Diamond-Structure Semiconductors, Chemivtsi. Yu. Fedkovich Chernivtsi State University, 1994,-C.79.

7. Сальман GtM.M., Миколайчук О.Г., Луцик Н.Ю. Структура ближнього порядку аморфних плівок системи InSb-Ge H Матеріали V Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок, Івано-Франківськ, ПУ ім. В.Стефаника, 1995. -С. 134.

Salman S.M.fti. Structure, clectrical and optical properties of amorphous films InSb-Ge.

Thesis on searh of the scientific degree of candidate of physical and mathematical sciences, speciality 01.04.10 - physics of semiconductors and insulators. I.Franko State University, Ministry of Education of Ukraine, Lviv, 1996.

The seven scientific work containing results concerning investigations of regimes of obtaining, microstructure, electric conductivity and optical finction spectra of InSb-Ge system are defendet it has been found that at the condensation on the cool substrate (300 K) there arise the amorphous films of different contents within the system InSb-Ge and at hot substrate (500 K) the two phase polycrystalline films of InSb and Ge grow. At low temperature the jump conductivity is more pronounced, where as at high temperatures the activation conductivity becomes important. These data are confirmed by spectra of optical functions (T, R, n k, єі, e2, eO, Иэфф , ImE'l) in the region of 0.1-22 eV, which testify also to the availability of In, Sb, Ge components as doping. ’

Сальмам C.M.M. Структура, электрические и оптические свойства аморфных пленок InSb-Ge.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. Львовский государственный университет имени И.Франко Министерство образования Украины, Львов, 1996.

Защищается 7 научных, работ, содержащих результаты' исследования режимов получения, микроструктур, электропроводимости спектров оптических функций системы InSb-Ge. Установлено, что при конденсации на холодные подложки (300 К) возникают аморфные пленки всех составов системы InSb-Ge, при высоких (500 К) -двухфазные поликристаллические пленки InSb и Ge. При низких температурах преобладает прыжковая электропроводимость, при высоких- активационная. Эти данные потверждены спектрами оптических функций в области (Т, R, п, k, el, е2, ¿0, Иэфф, ІщЕ-І) 0.1,-22 эВ, которые свидетельствуют также о наличии компонент In, Sb, Ge в форме примесей.

Ключові слова: напівпровідникові плівки, оптичні функції,

електропровідність, мікроструктура.

ПІдянсаяо до друку 9.02.96, Формат 60x84/16. Папір друк.ІйІ. Друк.офсвхл. Уш>вн.друк,аркЛ,0. Уиовя,фарб.відб.1,0. Обл.ввд.арк,І,І. Тирах-ІОО. Заи. 28.

Цвішнао-офсвіаа лабораторія Львівського держуніверситету Іи. I.Франка. 290602 Львів, вул. УяІвврситетська.І.