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

Міністерство освіти України Львівський державний університет імені Івана Франка

ОД

. ,.їі ч.'. і.. На праеах рукопису

Салах Ель-Дін Махмуд Мохамед Сальмаи

СТРУКТУРА, ЕЛЕКТРИЧНІ І ОПТІІЧКІ ВЛАСТИВОСТІ АМОРФНИХ ПЛІВОК ІпБЬ-Се

01.04.10 - Фізика напівпровідників та діелектриків

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Львів -1996

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

Наукові керівники: доктор фізико-математичних наук, :

професор Ромашок Микола Олексійович, кандидат фізико-матсматичиих наук, професор Миколайчук Олексій Гордійович

Офіційні опоненти: доктор фізико-матєматичних 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 1515 год. на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д.04.04.08 при 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.Драгоманова 5).

Автореферат розісланий "12" лютого 1996 року

Вчений секретар .

Спеціалізованої вченої ради, а .

доктор фізико-математичних наук і _ Блажиєвський 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 страму, елементах оптичного запису та зберігання інформації та ін. Встановлено, що фізичні властивості н'екристалічних 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 :фект) і ефективно їх легувати. На жаль, метод гідрогенізації виявився малоефективним для інших аморфних напівпровідників, тому пошук інших иетодів управління властивостями аморфних твердих тіл продовжується. Іозитивннм у цьому напрямку можна вважати роботи по використанню летоду "модифікування" склоподібних та аморфних матеріалів важкими металічними домішками (наприклад, вісмутом). •

Вагоме місце серед аморфних матеріалів групи АЗВ5 займають онкоплівкові конденсати ІпБЬ, структура яких є проміжною між етраедричними (аморфні ве (Бі)) та халько-генідними невпорядкованими іатеріалами (аморфний Бе та ін.). У зв'язку з викладеним актуальним е ивчення залежності структури ближнього порядку', кінетики кристалізації, іізичних властивостей аморфних плівок Іл5Ь-Се від умов одержання, ивчення впливу на ці процеси релаксації структури Іл8Ь в сторону більшення вмісту тетраедрично зв'язаних структурних фрагментів та їхнього пливу на особливості електронного перенесення та оптико-спектральні ластивості. Проведені в роботі дослідження дозволяють розширити уявлення ро фізико-хімічні процеси, які протікають в аморфних матеріалах на основі полукАЗВ5,

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 характеристики конденсатів ІпйЬ-Ое

ЦедКйШШВШІШ-

- вперше вивчено структуру ближнього порядку аморфних конденсатів ІпБЬ-Се і її трансформація в залежності відТп 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 роботи;

- 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 Іп$Ь;

- показано, що в усьому інтервалі .концентрацій відбувається гетерогенна кристалізація аморфних сплавів з виділенням спочатку фази ІпБЬ, 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 (відбивання), в області 0.1-22 еВ те розраховано спектри оптичних функцій ІпБЬ-Ое при кімнатній температурі;

- простежено 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 крнс-талічних плівок ІпЯЬ-Ое;

- знайдено хімічний склад конденсатів ч максимальною тер-мічною ст і н кіст ю;

- покачана можливість створення композиційних аморфно-кристалічних маїсріаліп термовідпалу;

- отримано спектри оптичних функцій ІпЗЬ-Ои корисні для ідентифікації

конденсатів. .

По.тоаччпія, то пттічп і.сн на захист:

І. Структура ближнього порядку і кінетика кристалізації аморфних конденсатів Іі^Ь-(іе. .

2. Особливості е.тектропсрспоеу в аморфних конденсатах.

3. Загальна .характеристика спектрів пог линання та оптичних функцій ІпБЬ-, Сіє та іх залежність від умов напилення.

Аппооаиін ;пі(1(ітч. Основні результат» роботи доповідались на 4 наукових конференціях: Четвертій Міжнародній конференції з фізики та технології тонких плнїок (м.Івано-Франківськ, 1992), Першій Українській конференції "Структура і фізичні властивості невпорядкованих систем" (мЛьвів, 1993), Першій міжнародній конференції по халькогенідних і алмазоподібних 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 тези доповідей, які перелічені в авторефераті. У спільних публікаціях дисертантові належить отримання плівок відпонідних хімічних складів при річних температурах підкладки, дослідження структури, кінетики кристалізації, температурної залежності електропровідності та оптичних функцій конденсатів. •

Структура та об'єм дисертації, 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, ії 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 розміщення 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'ятикутні 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 невпорядковаїюї 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, метастабіпьністю 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, що

застосування експозиційного сектору з кутом розкриття 1/ЕСііЇ2(3) (Сі - кон-ден грація і -компоненти, Г» - атомний фактор і -компоненти) дає можливість вдержати структурні амплітуди розсіювання при великих 8=15 А-1.

Описана кінетика кристалізації плівок Ое та ІпБЬ. У випадку германію іона проходить при сталій температурі вибухово. Для ІпБЬ характерний іевеликий температурний інтервал, який пов'язується з гетерофазними [ілкзктуаціями складу. Температурні залежності електропровідності свідчать іро те, що кристалізація плівок, одержаних при низьких температурах Г„<80 К, проходить через проміжні металічні фази з утворенням (ікрозародків 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 списується методика держання плівок Се, ЦіЗЬ, ІпБЬ-Ое дискретним випаровуванням у вакуумі -10-4 Па. Для структурних досліджень конденсація здійснювалася на сколи юнокристалів КаС!, КС1, або на скляні пластинки, на яких попередньо акуумним випаровуванням наноситься шарМаСІ. Температура підхладок під ас напилення складала 300-600 К. Структура плівок досліджувалась в пеюронному мікроскопі УЗМВ-ІООК та електронографі ЗГ-100А.

Приведені оригінальні результати по дослідженню структури, грмічної стійкості і кінетики кристалізації вихідних компонентів Ое, ІпБЬ та іБЬ-Ое. ‘ .

Структура плівок ІпіЗЬ залежить бід багатьох технологічних параметрів, а неорієнтуючих підкладках плівки однакової товщини в залежності від Тц ^ли аморфними або кристалічними. Суцільні плівки (<і> 100 А) мали металічну структуру при Тп>360 К, при нижчих температурах плівки булц •іорфними. В острівкових плівках (4<100 А) зародки мають аморфну руктуру при Тп<470 К, температура кристалізації залежить від розміру шеталів. Розміри і густина зародків визначаються температурою і розмірами дклпдки та її структурою. Температура переходу аморфних плівок бе і ІпБЬ кристалічні, осаджених на монокристалічиі підкладки, є нижчою ніж на юрфних підкладках (при однакових умовах).

Аморфні частинки ІпБЬ і Ое добре декорують поверхні сколів шокристалів, 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 (lnSb)Q.79Geo.2I, (InSb)G.71Ос0.29> (JnSb)0.5Ge0.5, (lnSb)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 збільшенням концентрації InSb. У плівках InSb-Ge кристалізація має гетерогенний характер. Первинною фазою с кристаліти InSb, які ростуть рівномірно в аморфній матриці Ge. Для пояснення цього явища зроблено припущення прд утворення в аморфній матриці гетерофазннх флюктуацій складу ІЗ збагаченими областями InSb та Ge. Цей процес носить складний характер і проходить через проміжні метестабільні фази. .

При конденсації InSb-Ge на гарячі підкладки Tn>Tk (Тк - температура кристалізації для даного складу) встановлено утворення твердих розчинів заміщення в концентраційному інтервалі на осіюві сфалеритної гратки (С<6 моль% Ge2), 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 <!00>, а кристаліти германію розміщені хаотично, без будь-якої орієнтації. Це пов'язується з геометричним фактором спіпмірності 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 підсумовані 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 З 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 І(Б) і кривих радіального розподілу Кі, першого координаційного числа п та температури кристалізації Т« для плівок різного складу системи ГпБЬ-Ое.

Склад пліакн І00, А'1 Н„ А ..... п, ;іт. . Тк,І(

1 2 3 1 2 3

іпїіЬ 1.85 3.03 4.80 2.82 4.41 6.83 3.06 390

(1п$Ь)(т(Сс)о а 1.86 3.08 4.88 2.77 4.36 6.73 3.8 465

(1п8Ь)об(>(Сіс)о ч 1.88 3.18 5.03 2.70 4.27 6.55 4.0 ' 520

(ІпЯЬЬ л,((іе)л<.і 1.91 3.25 5.15 261 4.20 6.38 4.0 540

Сіє 1.45 3 44 5.45 245 4.00 6.00 4.0 550

У другому розділі приведені теоретичні роботи по явищах перенесення в аморфних- напівпровідниках і ориї інхпміі результати по дослідженню температурно-концентраційної залежності електропровідності аморфних конденсаті ІпНЬ-(іе. Із аналізу них залежностей зроблений висновок, що домінуючим механізмом електропровідності аморфних плівок 1п5Ь-Се при температурах вите кімнатної с активаційний. Енергія активації змінюється в залежності від складу п межах 0.17-0.4 сВ.

При низьких - температурах дія плівок всіх складів притаманна стрибкова провідність по локалізованих станах навколо рівня Фермі. Мінімальна густина локалізованих станів N(£0=3.21018 см-ЗеВ-1 сносіерігапься в аморфних плівках германію. Температура переходу від стрибкового до активаційного механізму провідності зміщується в область вищих температур з ростом концентрації германію.

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

У четвертому розділі описана методика експеримен-тшіьних 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, Ш-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 Я розраховували за формулою

де Б - почорніння у спектрі відбивання зразка, та Б2- почорніння у спектрах порівняння, сфотографованих нз цю ж плівку з експозиціями ц і 12 (на практиці - числа спалахів джерела). Використання двох спектрів порівняння дало можливість автоматично врахувати спектральну залежність 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 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 щілиною. Інші операції виконувались з використанням ЕОМ, що вхОлить у Комплект спектрального комплексу КСВУ-23. '

У довгохвильовій ділянці спектру використовувались спектрометри ІЖ-20 та ИКС-14. При роботі на ИКС-14 швидкість сканування спектру становила !2 см*І на хвилину. За спектрами відбивання розраховано оптичні функції (є), є2, п, к, Еоеф., ^еф та ІщЕ"'), використавуючи метод Крамерса Кронінга, модифікований для великих кутів падіння. Дані про спектр відбивання вводились через 0.05 еВ в області 1...5 сії і через 0.1 еВ - в області 5...22 еВ, то дозволило добре відтворити структуру спектра. Розрахунки виконано за наявною програмою на комп'ютері ІВМ РС/АТ-386, програма написана на мові Фортран. Оскільки у програмі використовувалась процедура послідовних наоижень, то критерієм закінчення, ітсраиійішго процесу було зменшення різниці сусідніх ітеранійних значень коефіцієнта відбивання до величини абсолютно! похибки експерименту.

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

Коефіцієнти відбивання 1*0 в області 0... 1 !еВ<ви (начались за значенням показника заломлення в області І 'еВ (виміряного за-допомогою еліпсометра). В області енергій, вищих за 22 еВ-частотікмаяежшсть коефіцієнта відбивання описувалась експоненціально затухаючою функцією, а 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/напШіеНих на скляні і кристалічні підкладки; які в момент напилення мали температуру 300, 400, 450 і 500 К. Встановлено, що досліджувані зразки 1п8Ь0.5-Ое0.5 мають високі коефіцієнти відбивання ® ч 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 Се 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 Я.

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(0.62)

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)

П.2(0.16) 12.1(0.17)

14.0(0.17) 16.0(0.22)

Порівняння Ієоеф = 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 Иеф. для 12 еВ рівне 7, а в області плазмової частоти Меф.^З^. Величини дійсної є] та уявної є2 частини діелектричної проникливості близькі до аналогічних характеристик монокристалів Єє -та ІпЯЬ

Спектри оптичних сталих К, ІщЄ'1 та 1Чеф. 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, то може свідчити про наявність у плівках аморфної фази і узгоджується з відомими розрахунками та експериментальними результатами для германію.

її порівняння еоеф та Иеф. для Се та ІпБЬ виходить, що в області енергій (ш<4 еВ) більш активними є переходи в ІпБЬ, в області са>4 еВ -навпаки.

Зміщення смуг поглинання при рості температури підкладки якісно пояснюється ступенем взаємного впливу атомів вс на зв'язки ІпйЬ і навпаки з врахуванням ступеня іонності (і далекодії) зв'язків 1п-8Ь та Ое-Ое.

*' Врахування різниці ступеня іонності (ковалеитнності) хімічних зв'язків в окремих матеріалах (Ое та ІпБЬ) дозволяє пояснити основні особливості спектрів плівок ІпБЬ-Ое в області збудження валентних електронів.

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

З даним висновком узгоджуються досліджгння 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 ІпБЬ-Ое, одержаних при різних Тп-

т,к 300 400 450 ■ 500

еВ 5.23 5.31 5.34 5.44

Поглинання в області ю>0.48 еВ пов'язується з плазмовим поглинанням в германії (Е^О.б еБ), в області 0.1-0.3 еВ з міжзоішими переходами в ІпБЬ (Е(т~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 ве, Іп та БЬ, які не прореагували. Розрахований показник частотної залежності коефіцієнта поглинання плівок змінюється для різних плівок у межах 1.4... 1.3, що загалом характерне для частотної залежності коефіцієнта поглинання світла вільними носіями концентраційного порядку 1016...1018 см-3.

Оптичні дослідження, таким чином, подали незалежну інформацію про можливу структуру і склад плівок ІпЗМЗе

Скішвні результати та висновки.

1. Методом дискретного випаровування у вакуумі отримано тонкі конден-' сати системи ІпЗЬ-Ое при різних температурах підкладки (ТП=300-600 К).

■ 2. Електронографічними дослідженнями підтверджено, що в кристалічних

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

3.- Виявлено значну залежність структури ближнього порядку аморфних плівбк Іп8Ь від температури підкладки. Структура ближнього порядку аморфних плівок, осаджених на підкладках, які знаходились при кімнатній температурі, характеризується значним процентом "неправильних" зв'язків, тобто зв'язків між односортннми втомами- У відпалених аморфних плівках ІпБЬ, 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 111=2.82 А.

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

при кімнатній температурі, формуються для всіх складів системи ІпЗЬ-Ое аморфні плівки. При рості концентрації М5Ь найближча міжатомна віддаль зростає від 1*08=2.45 А до ЩпЗЬ=2.82 А, що свідчить про формування "сплавної" струкіури. Введення Ое трансформує структуру аморфних плівок до тетраедричної. '

5. Термічна стійкість аморфних плівох системи ІпБЬ-Ое, визначена при неперервному нагріві пліЬок, знижується з ростом концентрації Іп8Ь, а процес кристалізації завершується формуванням двофазних полікристалічних плівок з фазами Ое і ІпЗЬ.

6. Виявлено значні зміни в структуроутворенні плівок при осадженні їх на підігріті підкладки. Первинними фазами кристалізації є кристаліти твердих розчинів (Іп8Ь)І-х(0е)х та кристаліти гексагонального ІлБЬ. Кристалізація завершується формуванням двофазних полікристалічних плівок з фазами ІпБЬ і Ое. При температурах вище 600 К на монокрнсталічних підкладках формуються текстуровані та епітаксіальні плівки.

7. Домінуючим механізмом електропровідності аморфних плівок ІпБЬ'Ое прн температурах вище кімнатної є активаційний механізм. Енергія активації

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

0.4 ЄВ. ’

8. При низьких температурах спостерігається лінійна залежність питомої електропровідності в моггівських координатах, що вказує на стрибкову провідність по локалізованих станах навколо рівня Фермі. Мінімальна густина локалізованих станів 1^(Е0=3.2 І0І8 см-З.еВ-І спостерігається в аморфних плівках германію. З ростом вмісту ІпБЬ вона збільшується.

9. Температурна межа переходу від стрибкового механізму провідності по локалізованих станах навколо рівня Фермі до активаційного механізму провідності змш./єтьея в область вищих температур з ростом концентрації Єє п аморфних плівках.

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

Іп.ЧЬ-Се, напилених на скляні підкладки методом термічного вакуумного розпилення суміші Ое0.5(Іп5Ь)0.5, суттєво відрізняються від відповідних спектрів монокристалічиих Се та ІпБЬ. ■ _

11. Методом дисперсійних співвідношень Крамсрса-Кроніга розраховані спектри оптичних постійних для плівок Іп^Ь-Сс.

12. Показано, що при збільшенні температури підкладки плівок Іп5Ь-Се в області 300...500 К максимум функції електронних втрат ІтЄ'І і відповідна плазмова частота \Ур зміщується в область високих енергій на 0.2 еВ, що свідчить про утворення аморфних плівок при низьких температурах і полікристалічних - при високих. •

13 Спектри оптичних сталих плівок ІпБЬ-Се зміщені в область низьких енергій відносно спектрів ІпБЬ та Єє, шо свідчить про наявність аморфних форм. . ' .

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

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

15. За отриманими спектрами поглинання плівок Іп8Ь-Се в 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 є не лише чисті фази JnSb та Ge, але й відповідні фази з домішками окремих атомів Ge, In та Sb. '

Основні результати дисентяіііі викладені в наступних роботах:

1. Миколайчук О.Г., Луцик Н.Ю., Дуцяк І.С., Макаренко С.В., 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. вип.27.-С.61-65.

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

3. Миколайчук О.Г., Дуцяк І.С.. Луцик Н.Ю., Макаренко С.В., Романюк P.P.,

Сальм;!н С.М.М. Вплив технології одержання на сірукгуру і фізичні властивості плівок InSb-Ge // 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. дон. І Української конференції "Структура і фізичні властивості невпорвдкованнх систем". Львів, ЛДУ ім

І.Франка, 1993.-т.2.-С.58.

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

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

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

Sitlman S.M.M. Structure, electrical 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. l.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 lnSb-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 poiycrystal'ine 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 к,’єі, є2, £0, І'Ьфф.. ІщБ"') in the region of 0.1-22 eV, which testify also to the availability of In, Sb, Ge components as doping. ’

Сальман C.M.M. Структура, электрические н 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, к, є 1, с2, £0, >Ъфф., ІщЄ'1) ОД-22 эВ, которые свидетельствуют также о наличии компонент In, Sb, Ge в форме примесей.

Ключові слова: напівпровідникові плівки, оптичні функції,

електропровідність, мікроструктура.

Підписано до друку 9.02.96, фориад 60x84/16, Папір друк.йі* Друк.офсвзн. Уиовн.друк,ьрк.1,0., Уиовв.фарб.вІдб.ї.О. Обл.ввд.арк,І,І. Тираж-100. Зви;. 28.

!іенянво-офсеїіа лвборехорія Львівського дерхуківврсиїету їм. І.Франка. 290602 Львів, вул. Університетська,!.