Закономерности роста эпитаксиальных слоев CdTe на Al2O3, GaAs и исследование их адсорбционно-десорбционных характеристик тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РУ ь У

Дагестанский ордена Дружбы народов государственный университет имени В.И.Ленина

На правах рукописи

ГАСАНОЗА РОЗА НУРМАГОМЕДОЗНА

УДК 621.316.592 + 537.S11.322.04

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА ЭШТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ С4Те НА А1г0э, БаАв И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ АДСОРБЦИСННО-ДЕСОРБЩЮННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Махачкала, 1994

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Дагестанского ордена Дружбы народов государственного университета имен» З.И.Ленина

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук,. профессор Х.А. МАГОМЕДОВ, кандидат физико-математических наук, доцент U.A.МАГОМЕДОВ ,

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Г.К.CASÄPАЛИКЕ, кандидат физико-математических наук, доцент H.H.МАГОМЕДОВ.

Ведущее предприятие:

I?

Санкт-Петербургский государственный-электротехнический университет.

■ащита состоится 3i!

ованнс

1994г.

часов на заседании Специализированного Совета К.621.61.05 Дагестанского государственного университета им.В.И.Ленина по адресу: 368025 г.Махачкала, ул.Советская, 8,

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 368025 г.Махачкала, ул.Советская,8. ДГУ. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГУ.

/

Автореферат разослан

1994г.

I

Ученый секретарь Специализированного

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Эпитаксиальные слои (ЭС) теллурида кад-' мия находят широкое применение в качестве материалов для опто-, акуото- и микроэлектроники. Так на их основе уже созданы надежные счетчики ядерных частиц, рентгеновские импульсные детекто -ры, фоторезисторы. В последнее время интерес к эпитакеиальным слоям Сс1Те резко повысился- в связи с возможностью использования их в качестве исходного материал?, для изготовления тонкопленочных ° приемников дальнего ИК-иэлучення, а также эффективных фо-топреобразоватедей солнечной энергии.

Эффективность использования пленок теллурида кадмия ограничивается трудностью выращивания однофазных, совершенных по структуре, зеркально-гладких. монокристаллическт: слоев Сс!Те с управляемыми электрофизическими свойствамии, а также отсутствием количественных сведений об едсорОционных и электронных параметрах поверхности этих пленок. Действительно, в ряде тонкопленочных полупроводниковых приборов деСаевская длина экранирования превосходит толщину самой пленки,, поз тому условия предварительной обработки поверхности и происходящее на ней адсорбционные процессы, оказывая значительное влияние на состояние электронно-дырочного газа в этом полупроводнике, нередко определяют основные электрофитэические параметры прибора.

Несмотря на достаточно большое число работ, посвященных получению и исследованию эпитаксиальных слоев С<1Те кз различных полупроводниковых и изолирующих подложках, вопросу о детальном механизме их образования и зависимости реальной структуры от условий роста уделалось явно недостаточно вшшания; Более того, имеющие в литературе сведения как об адсорбционных, так и об электрических свойствах поверхности пленок СсГГе, а также о параметрах электрически активных адсорбционных центрах, носят оценочный характер, поскольку адсорбционные и электрические исследования проводились изолированно друг от друга на различных об-, разцах. Естественно, в рамках , таких измерений невозможно надежно определить основные параметры адсорбционных состояний и установить количественные корреляции между молекулярными и электронными процессами, протекающими ва поверхности пленок в процессе адсорбции, необходимые для контролируемого управления состоянием

поверхности. Таким образом, исследования, посвященные выращиванию эпитаксиальннх слоев теллурида кадмия и определению адсорбционных и десорбционных характеристик поверхностей этих пленок, представляют весьма актуальную задачу технологии и $игико-химии поверхности тонких пленок.

Целъ работы. 3 соответствии со сказанным целью настоящей работы било: 1. Научение закономерноегей роста, структуры и электрофизических свойств эпитаксиальных сдоев Сс1Гв, выраиряае-шх из паро-гаэовой фазы в квазизамкнутом объеме; г. Определение оптимальных технологических условии выращивания слоев, пригодных для практического использования в оптоэлектроникв; 3. Комплексное исследование процессов образования и заряжения адсорбционных состояний на реальной поверхности элотаксиальных слоев СОТе и определения характеристических параметров этих состояний.

Научная новизна работы заключается в следующей:

1. Проведены комплексные экспериментальные исследования ч скорости роста, морфологии поверхности и некоторых электрофизических свойств эпит&чсиалъных слоев СйТе на А1г0з и СаАз, ' выра-. ¡ценных из пзро-гзаовой фяаы в квааиаамкнутом объеме. Получены■ данные о зависимости морфолозт пожрхнссти, модификации структуры и скорости роста пленок ОЗТе от температуры кристаллизации, ориентации и предварительной обработки подгояек А1а0з и ОзАб. Показана возможность управления хилом проводимости ЭС С<ЗТе вариацией технологических параметров.

2. Впервые проведены прямые измерения величин "темновой". и фотоадсорбции кислорода на ЭС СйТе при различных температурах и определены характеристические параметры процесса образования и заряжения адсорбционных состояния № поверхности ЭС МТе в уем-ноте и на свету. •

3. Проведены вараллелльные измеренш коне тик адсорбции Ог» НОг, и электропроводности Аб(1) ЭС теллурида кадмия в зави- . симости от температуры опыта, давления адсорбата к "биографии" поверхности. Получены данные о зависимости кинетических. параметров образования и заряжения адсорбционных состояний от толщины и состава осисшгс слоя.

4. Проведены пгямые,измерения чисто термической и фотоста-мулирсванной десорбции кислорода с поверхности эпитаксиадьных слоев С4Тб и определены основные характеристические параметры

адсорбционных "кислородных" состояний. Развит п позволяющий измерить энергетическое положение поверхносг...... электронных

состояний, обусловленных адсорбционными частицами любой природы на "естественной" поверхности и полярных гранях полупроводниковых пленок.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана лабораторная технология 1)ыр31дивания из па-ро-гаэовой фазы в квазизамкнутом объеме на подложках М2О3 и (За-Лэ, совершенных по структуре с управляемыми электрофизическими свойствами ЭС Сс1Те, которые могут быть использсьаны в качества исходного материала для изготовления тонкопленочных приемников дальнего КК-излучения, а также эффективных фотопреобраэователей солнечной энергии.

2. Получены данные о взаимосвязи условии роста, структуры и электрофизшеских свойств слоев. Кзйдены условия выращивания, позволякмдие менять тип проводимости слоев СйТе.

3. Результаты параллельных исследований кинетж адсорбции и электропроводности могут быть использованы для создания на базе ЭС С<1Те приборов для газового анализа и датчиков давления, а . также для оптимизации параметров пленочных электронных компонент приборов на основе СсЗТе.

4. Предлолен подход, на основании которого, для тонких полупроводниковых пленок, могут быть определены энергетические положения электронных центров, расположенных в области пространственного заряда (ОПЗ) и поверхностных электронных состояний (ПЭС) адсорбционного типа.

На заеиту выносятся следующие основные поло.иения:

1. Зависимость скорости роста слоев Сс1Те от температуры кристаллизации, давлении водорода и ориентации подложек А1г0з И БзАб. Влияние обработки подложек и условий осаждения слсэв на их ориентацию и структурное совершенство, закономерности появления слоев той или иной ориентации. Возможность контролируемого управления электрофизическими свойствами слоев СсЯе путем изменения технологических параметров.

2, Определены кинетические парамзтры образования и заряжения адсорбционных состояний на поверхности монокристагштаской пленки п-Сс1Те: энергия активации адсорбции в нейтральной я впряженной дорме, коэффициент прилипания, элективное сечениэ,захва-

т адсорбционных молекул поверхностными центрами, а также эфф тшное сечение захвата электрона адсорбционными ■ поверхности состояниями. Установлено, что кинетика заряжения адсорбциои ПЗС0 окисленных пленок СйТе, контролируется комбинированным т »едьно-барьерным механизмом.

3. ворма кинетических кривых электропроводности йб(и п вок СсЗТв в процессе адсорбции определяется технологическими раматрами выращивания,. ориентацией поверхности пленки и их пр картельной обработкой. Обнаружено различие адсорбционной акт ности по отношению к акцепторным моле^лам полярных гра (Ш)Те и (111)С<1 пленок (Же. I 1

4. На основании исследования кинетики термостимулирован и фотостимулированной десорбции Ог и ЫгО с поверхности Сс1Тв ределэны энергетическое положение поверхностных состояний, чахжв энергия активации десорбции с поверхности нейтральных 1 лекул Ог и КгО.

5. Развит новый подход к вопросу.об оценке энергии иоки цин Еьв поверхностных состояний электрически активных молгк адсорбированных ш гранях различной кристаллографической ори тадии, основанный на идее соответствия^¿личины Е^ энергии тивацин электропроводности пленок в состоянии, когда уров Ферми в процессе адсорбции локализуется вблизи „поверхнос? состоянии. В рамках предлагаемого подхода измерены энергии систем полярные (111)Те(111)С<3-грани пленок С&Те -раздел адсорбированные молекулы Ог и N^0.

Апробация работы. Результаты исследований по т.еме диссер ции доложены и обсуждены на ежегодных итоговых конференциях п подавателей и сотрудников Дагестанского госуниверситета (г.: хачкааа, 1980-1993 гг.)., на У-ом Всесоюзной..совещании по фиг и техническому применению полупроводников' (г. Вильнюс, 1983 на научной сессии Дагестанского филиала АН . СССР (г.Махачка 1685г. )1,? УП1 Всесоюзной конференции по росту кристаллов (г.Но ва, 1988г.), на IV Всероссийском совещании "физика и .техника рокозонных полупроводников" (г.Махачкала, 1993г.). 4

Публикации.' Материалы диссертации опубликованы в тринадц печатных работах,список которых приводится в конце авторефера

Структура и объем диссертации, Диссертация состоит из в дения, четырех глав, выводов и слие:-:з литературы. Общий об

ертации составляет 174 страниц, в том числе 116 страниц.ма- " писного текста, 65 рисунков, 9 таблиц и 1Б8 наименований в ке цитируемой литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, её новизна и таческаа значимость, сформулированы основные задачи работы,, едена аннотация полученных результатов и описана структура ертации.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. В ней ко рассматриваются структура и физико-химические свойства грвда кадмия. Более подробно рассматриваются результаты по цивани» эпитаксиальных слоев СйТе на подложках сапфира и ар-Ш галлия, среди которых особое внимание уделено результа-полученкым с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксия, разного метода из металлоорганичэских соединений и метода :аллиэации из паро-газовой фазы, как результатам по лолучэ-¡аиболее совершенных эпитаксиальных слоев. Обсуждаются результаты по зависимости совершенства структу-морфологии поверхности пленок СсИе от технологических пара-га зырадивания "и от условий предварительной обработки подяо-кгмечается, что разные авторы приводят противоречивые данные аяиэме ссаддения Сс1Тв, что, видимо, связано с различными этными технологическими особенностями процесса осаддения. Рассматриваются ориентация ЭС СйТе на А1г0э и БаАз в зави-;и от ориентации подложек и условий осавдения. Характерной нноегью роста слоев СйТв как на сапфире, так и яа арсениде . д, является появление нескольких ориентаций на подложках и той же ориентации. По мнению разных авторов ишененда гации слоев ИТе зависит или от температуры кристаллизация, г предварительной обработки подложки.

\нализуется влияние условий выращивания на электрофиэичес-)войства слоев сите. В различных работах приводятся' доста-противоречивые данные по. управлэщш типом проводники! ¡леев, а такг.э по природе точечных дефектов, обеспечив ещиж >тствующие электрические свойства слоев, [розедеи анализ работ последних 10-15 лпосвявщкда элн-

янию на электрофизические свойства халькогенидов кадмия адсорбированных газов и паров.Рассмотрено феноменологическое описание кинетика адсорбции на поверхности полупроводниковых слоев, приведены сведения о современном состоянии теоретических и экспериментальных исследований по кинетике образования и заряжения адсорбционных состояний на поверхности полупроводника, и о параметрах адсорбционных поверхностных электронных состояний..

Критически рассматриваются причины больших расхождений в величинах параметров адсорбционных ПЭС в слоях халькогенидов кздмия, связанные, в частности, с различиями кристаллографических ориентации граней и условиями предварительной обработки поверхности. Исходя из этого, и, учитывая тот факт, что ориентация эпитаксиального слоя определяет его электрические и адсорбционные свойства, сформулированы основные задачи исследований.

Вторгя глава посвящена методике эксперимента. Приводится подробное описание экспериментальной установки и методики осак-дения зпитакснальных слоев СйТе на подлодках сапфира, арсенвда галлия и гч1.-зок>:зрцэ, описана методик обработта подлояек, а также методика электрофизических измерений. Иглаггетея краткое. списание известного пъвеокаарцэвого метода измерения адсорбции и ;;с-сорбцик и некоторые его особенности а применении л монокрис-.ашгчеокиа слоям тэллуридз кадмия.

Для гыраг.?5валия слоев СбТо балл соэдави кркстг/дпггщ-ьол.'ио : стйкояки в двух конструктивных оформлениях: вертикальный ел» е>т? "кзазизамкнутой системы" и горизонтальный вариант "о?кри:-ой системы". Особэнностъю созданных крпстаыизацкожг* уетан&з-ж язмгл'ся использование прецизионных 1 терморегу^ш.гсров ткл« 7Ш 105., ког.;«жэ позволяют установить и автоматичесгя регулировать с точносйя-до 0,1дс необходимую температуру г.обзих Бонах рэахцнэкксЛ «у&ры. '¿ну,три кристаллизационной кам&г» у.здду -вона-%'н источник» к конденсации располагались вэаамоперэкрывякдиася 5Кранг'лотог-«' «{«¡водили к дополнительному рассеивания лот ока и врч!1 "с-гасэшш попадаякэ та поверхность слоя макрочастиц прроа-к,' .' I

Л-5» испзрл'шя использовались сублимированные кристаллы я »'¡грелок М1в, кегерь^ яедхоргйлел сначала предв&рктвльнлму «алг-./^ко.«.;' отжигу -при '.-»мпературе 673 К в теченда часов, отй1"-у ь йэеорог-э г.ри температур? 850 К б течении чьлсл.• Б

- у -

результате отжига устанавливалась стационарная скорость испарения к наблюдалась хорошая воспроизводимость скорости роста, структуры и свойств пленок.

Наращивание сдовЕ CdTe производилось в атмосфере водорода на моиокрксталлическио подложки AI0O3, ориентированные параллельно плоскостям (0001), (10Í0), (1120); BaAs - (001), (110), (111); пьезокварца AT среза. Перед осаждением подложки подвергались соответствующей обработке. Интервал условий осаждения, а котором проведены данные исследования, включает изменение температура подложки (Тп) 600-980 К, температуры испарителя (Ти) 700-1000 К, толщины слоев 0,1-50 мкм. Совершенство структуру пхэкок контролировалось морфологическими и рентгенографическими исследованиями. Было установлено, что наиболее совершенном схск CdTe с воспроизводимыми параметрами растут на пьезокварце при малых скс-ростях роста 3.10~8см. с-1 и при температурах источника и подложки соответственно 750-800 К и 600-650 X, давлении водорода г.юМ^.ю^а.

)сккроморфология поверхлости слоев изучалась на микроскопе KU-2. Совершенство их структуры оценивалось с помощью электро-нографических и рентгенографических исследований.

Электрофизические параметры полученных слоев CdTe определялись с помоцью эффекта Холла, а также ча основе измерения фото л терчоздс, вольт-амперных характеристик (ЕАХ) гег;ероструктур.

Для измерения адсорбции на монскристаллической пленке использовался метод резонансных пъеэокзарцезых весов, основанный на измерении сдвига частоты /if пьезокзарцевого оеэмгаора при изменении эффективной толщины кварцевсй пластины с иолупроводни-кобой пленкой за счет адсорбированных на его больших гранях газовых молекул. £ля обеспечения высокой точности измерения, ¡if выше 300 К производилось термостатирование кварцевых розокаторов с точностью г0,05 К. Исследование фотодесорбиии производилось при низких температура:!, поэтому для искпоченил влияния температурного ухода частоты всл>дствке нагрева производилось одновременно освещен;?? через фильтры эталонного и измерительного кварцевого резонатора.

Третья глава посвязена исследованию скорости орста сясов CdTe на подложках AI2O3 у. GaAs раэнчх ориентации, влияний аии ссаллгния слоев на их ориентация.. гтруктурнсо ссвержшстли> и

морфологию поверхности, выяснению закономерности появления слоев той или иной оризн: г\ции в зависимости от условий проведения процесса, а такле исследованию вогмолности контролируемого управления з ¡ектрс^игнческпми свойствами путем изменения технологических параметров.

Количественный термодинамический расчет процесса кристалли зации МТе из паро-газовой фазы в атмосфере водорода позволяет предпололить, что процесс кристаллизации CdTe протекает без участия химической реакции, описывается обратимой реакцией: CdTeT <—> Cdr + 1/2Т62 г- В этом случае в зоне испарен1.я происходит возгонка порошка теллурид \ кадмия в виде газообрггных компонента Cdr и Тег г, которые затем переносите я в низкотемпературную область, г."а они конденсируются на поверхности подложки. При этом механнэмк кристаллизации стадиями, лимитирующими скорость роста, являются диффузионная и кинетическая составляювде. . Доминирующи роль того или другого проце :са опр "деляется температурой подложки.

Несмотря на то, что подложки чэ сапфира ар 'енада г. длия отличаются друг от друга как по структуре, так „ по "ориьнтирую-ши 1 особенностям" совершенстве структуры зпитаксиальных слоев Cd.'e на них опредеаяется температурой к,металлизации, величиной пе, *?сьщения (выраженная как ДТ - Т„ - Тп), а также режимом обработки поверхности педложек А1г0э и GaAs.

Совершенные по структуре слои CdTe на сапфировых подложка ориентгшн iOOOl > полнены при следующих технологических усло1И-ях: температура зоны кристаллизации 823 К, температура зоны источника 883 К, дав!ение водорода 2,7.10^3 скорость р« га 0,4 мю(/к<ин. На микрофотографиях морфологии поверх! юти этих сдоев наведаются характерны} для ориентации {111} фигуры роста в форме Ti»угольников, одинаковые по высоте й размерам. При высоких температурах, iместе с обычными фигурами роста, характерными дня той или иной ориентации появляются ьеобычные образования. Так,to пленки имеют зеркальн.r-гладкую поверхность. При температурах кристаллиза щи 573-723 К и ниже растут двухфазные пленки теллу-рича кадмия, содержащие наряду с ку пиеской и гексагональную модификацию. С:рогое р-ч<->деление темлесаг/ры кристаллизации, при которой осажлипсл сл^и чисто кубической или чисто гексагональной модификнции, не удается проигв-оти, ч-о, по-видимом-/, связа-

и -

ко как с близостью энергии образований с9*их модификаций, так и с большим количеством неконтролируемых ¿акторов, кетс.рыо спо-с Ч5ствуюг образован™ политипных структурна подлодках сапфира ориентации слои теллурида кадмия, выращенные при оптимальных технолоппеских условиях (Тп-643 К, Ти-883 К, Рн? -2,7.10Л"а), ориентируются плоскостью (110) параллельно подложке. На микрофотография/: морфологии поверхности этих слоев наблюдаются характерные игуры ^оста в виде "т«ррас".

Методика вырацивлння слоев СОТе иа пзро- гагсьси >аэ на Подложках арсенида галлия равных ориентации гэклклкилнсъ в следующем. На первом этапе при следуюдах технологических условиях; температура зоны кристаллизации 773-923 К, температура гоны источника 993-1013 К, дазление водорода Рно-8.103-1,3.104Па, про-иэбодился рост слоя. При это« противоположная сторона ■••.дергалась паро-гаэовс.<у травлен» . На втором этапе, после от.^чиъан и кристаллиэа^онной камеры, переворачивалась подложка ПаАз и, при условиях близких вьг>-названним, производился рост слоя. При этом, если на перрей стороне осаждался слой с сильно развитой поверхностью без определенных фигур роста (в основном пеликрие-таллический), то из противоположной стороне, котора1 подвергалась термической обработке в паро-гаэовой среде при тех же технологических ус. виях, осаждался эеркгльно-гладкий ыонокристад-лический слой с .арактерными ; ля той или иной ориентации фигурами роста.

Совершенные по структуре слои СсЯв на подложка; арсенида галли." ориентации (111) были получены при ?П-8В8 К. Ти^^З К, Рнг-1,1 ЛО^Па. Для ориентации 1:10} : Тп - 853 к, Ти - 013 К, Р г-1,3. Ю^Па.

Исследования влияния технологических параметров на совершенство структуры и ориентацию слоев СОТо на А1г0з и ОаАь показали, ч.о зав не им оси как от темпер пуры кристаллизации, так и от перес ваения в зоне криста ииаации, значительно изменяет я не только микрорель-ф поверхности слоев, но тшие наблюдается и смена их ориентации. Избиение пересьпдени? как в сторону её уменьшения, так и в сторону увеличения, при постоянной температуре кристалли. щи и Слизкой к оптимальной (Тп-943 К, РН2-2,7. Ю'^Ш), приводит к оСра-зоваяюо сильно развитого ре.л »фа поверхности пленки. Это особен)о наглядно проявляемся на глоях,

зыразьякз; aa ÂI2O3 ориентации -Í1120}.

При '¿.¿рациванш слоев CdTe на подлодке (100) арсэнидз гал-в еязиемиос-ти от температуры кристаллизации яайавдалйсъ два орйоьтгаиошшх соотношения! СИ1)С<ЗТе1/ ilOO)ßMs и {iOO)Cdïe// (100)Sate. Пои оптикальких технологических условиям iîR-863 Ч, К. ?H2-i, 1.104Па) происходит образован«» заробей Cûïfi орк-шгации (15.1), зарс-льдеойразозание (100) C'dTtv аа6г»35втск яри ог^оьэж". :гь-АН01.с->.'>г<-:-сетх условий роста от оптимально: (напрм-J..&B, при ааяакная темыэратуры 1юддсзк<й-923 К),

Дргчкна ?м-;нь ооиэитацмк слоев CdTe ярй як реете на no.vœr-кая сапфира и ароэакда гасли*: раашх эраэктаци», ао-аадиксед-, э вавязюязезд работы образовали;- ¿ародшей разящ орльыгЗд'П'.й от пересыцени«.

Скорей« росза см« ScSTe на подьелказ: AlgOs и QaAs зависит ла:-- от -гь^ердтурь гак 7. ог эрквнтацик яодгэдкй.

¿а^гадегл'ь, негёлммие о:-: рода подложек ; змее? эвне зырэ-«зхижг дол19#м, аоголйнаб »которого onpï-ssias'ics с?28нт&цк$й вздоха Дк opsrsHratjœ -íOOOi:-, <г1Г;0М1С10.- перегиб темаара-sypa£¿ îdSXSHMCCrreà слорзстэй роста пвсиог.ри î.50, S74, SCO К LOôC-'SiîCï^i-HHO, а. для подяпкек cate Ulli, (Î1-),

(НО), С'-ОО) :;брэгиэ аабидветсв при г&мгературах 72& SIS К, BSC Ii. 953 К гоотвгтог-аэичо,

.";ч voctTt роста уизкыаетеэ г:--' javít к.-:" >.ü;;cpr>-

до, viz:>':.ïkï3 у акт-ума при атом ч; •.-. - о,-, -vdoj^Cí-^j^.

•isr..-ргста роста лрк проеду раек»* услогма*. зазкс;п oî эриа:и.-«'•.í к кшйздьгаг рчги.-л;';., згйгздботеп б области чачекму-

>. - îiitopocïB рзссг .ззвавяг^о лек;^ вздородь, в гблгети шюпркз гкорсстк роста ся:.» СсЯе лс;у-.сж;«аж AÍ2C3 и ВдАь арлокгавки ус ¿акезле-кк елг^ук^иг- соотнозелия; V<03ö:>: V<íí7.3> : v4'íolo> - i : 1,5": 1,5; V.-ii:. • -<iîc> • V/iüO,i V<îïî>- 1 : : ,16 : 1,2 : 1,23. Hsaabvtjwc з" ïHTdiMii; скорость роста слоев -/¡-.спонекин-с-г^но вп: ¡. v.;г; твылёратурой крхотжкгацхи ьшпп дг гем'Ш-рагур г- ,-■„"?<>■;. .'. ¿до^тгегатагько си.сыз&етс?. гчаненигм <Арр<---juyea. '5клл j, ¿¿считана эяегпм зкпдоаия скор ¿c ru роста 'слсгв CdTe «s зг.гу&жа:: сап;®?'-1 - ержн »ггаям:: {000и>. -11120'-, СО*}}

v .•.не. гаглля - <1Э 1>, <îïï: . <110-. <1СС> .-эттос-ус- состазл;; т 'tí.1 'Jб SO ••Да.^сль, л-мс-ль. HS

i/ссль, 108 кДж/моль, 102 кДж/моль соответственно. ¥л осноза-! этих значений энергий активации,.а также ярко выраженной занести скорости рсстз пленок CdTe от ориентации подложки во ¡ад исследованном интервале условий осаждения предполагается этическое ограничение скорости роста. 3 пользу кинетического ип<а роста слоев CdTe из паро-газозок фазы в квг.лизамктутой . гтеме свидетельствует и сильно развитый микрорельеф их поверх-:ти, особенно при температурам- кристаллизации вблизи максимума зрости роста.

Исследование электрофизических характеристик (концентрация, î и подвижность носителей) з зависимости от условий роста прошлось ва слоях CdTe, выращенных на подложках AI2O3 {0001) и 120> В интервале Тп -700-790 К, Т„ -810-1100 К, Рнг-б.бЛО1-

При вариации технологических параметров кристаллизации :обзнно Тп) концентрацж носителей меняется в широком инторва-от Ш10см~3 при Тл-790 К до 5.1014см~3 при Тп-920 К с сохранней р-типа проводимости- Малсхмальние значения подвижности роя соответствует оптимальных* условиям выращивания слоев и за-:ят от ориентации подложки и толщины эпитаксиального слоя, ксимэльное значение подвижности дырок, равное 72 см2.'Й.с заедалось на слоях толщиной 0 мкм, выращенных на подл; А1й0з 301> при температурах Тп-800-820 К.

Разработала методика выращивая»» ЭС CdTe r.-тгша яроаодимос-. эахлячаюпвяся в следующем. Б начальной стздки кристаллкгг-и, в зоне, подложки поддерживалась температура Tn-3S0 К и при -830 К в вакууме --8,6.10_3Пз производилось нанесение тонкого оя 0,032-0,039-мкм. Эатем а кристаллизационную ячэйку напус-лся водород ,,Рна-1,в.104Па), повидалась температура в зоне исталлиззции до Тп-830 К и, лоддер:»::пая температуры зон крис-длнзчцли и источники постоянным, производился рост слоя. Полунине слои обладают ti-tj;îgm проводимости, концентрацией 13-1014см~3 и пол?и-.!Юитмо 610 см2В"1с~1. На основе измере-я теУп---р5-у;ной зависимости электропроводности слоез и-CdTe

::■•„.■ -о. что за электронную проводимость ответственны одногс-.тно зэрянишь1? вакансии теллура vr-s,

.¡з сяэлчэа э рнментз 1ъных результатов, по тшлник тет.но-'ги-',еекпх гараметрсв на электрофизические свойства, сделано

-

àiSJ оч:-киг, что техкслогическлм траютром, с помощью которого контролируемо vnp:iBMi;:ca электрсфизиче'чи* свойства пленок тел-V{S К.1ДМНЯ, лв woti'-í температура по,.лолки. Удельная темповая проводимость" от ЭО р-С^.Г'.' немоно'.онно изменяется с изменением тс лперату,' J 'кристаллизации. С увеличением Тп от 700 К до 7S0 К бт возрастает. Матаим.-а j ic е гначение Ст-1,3.10"3С'м"1с Г1 принимает при темлер! туре кристаллизации -790 К. Дальнейшее увеличена теуг.е;;зту и кристаллизации ..ривсдит к уменыпнию удельной элоктропрс водности н при Тп-320 К Ст-1,5. :D"7Cm"1cm"1. Е интервал темпера-.j ; i7?0-7S0 К), где Ст монотонно возрастает, стехи-д-.-трия пленок р- СзТе п^м-.-няетсл в сторону увеличение концентга-ц;:;. вакэнеш к-с,!■:;:>), либо >.:с-лузг льнсго теллура.

Умены>.'шк* прс-с0,-;я.0:ти пл> нок p-CdT¿ при увеличении температура криеталлизаииг, нпьернсе ,может Сыть сСусловленс двумя причинили. •'■с- первых.с ув^дич-.-нием темп рз уры кристаллизации улучшает', я crn^puif-io •%•«:• структуры пленок, значит ум--ныв:»ется коиц-центрацнн т -ugu.iKX дефектов. Во-вторых, при температурах высипч г.о отягчению с оптимальной температурой кристаллизации,может ин-T-.-hCiiF'HO прсио D^irrt ьрсцесс самокомпенсации дефекте з, посредством образования нейтральных комплексов типь (v"cd*VTTe)° ил к

Ь четвертой гл? прив-дг.кы результаты исследования процессов оСраг^л-ания и гардденкя адсорСц :оннья состояний на поверхности »литаксиалг'.кх слоев С1Те с различной "Оиографи- V к c.npá-ДгЛ "/я уа| ак ••.'ристич«ски>: пас-Л'.-тров этих состояний.

.lîpcuecï образования аде : З.рганных состояний на лоьер : ости ЭС CdT« изучалм »a ochcbí анализа результатов измерения юмнткк ■'Тггмногой" и фотоэдеер ;ц>;и ; кцепгорних молекул (Оо, N¿0, НС/: й №т<.-рыле темп-ратур 2àv.i-3?3 К которые могут быть регимироьш ы : помогаю эклир тг ск > ' формулы:

dNA-dt - м?Сic ex H -а'кТ) С)

Здесь Oso-коэффициент п зилнпаним в начал-ной стыни адсорбции, Ец-энергия .чктивацим а/сорбции, u-const, для данного гава, при T-coi',3t и P-const.

<ía Kl " тичеслих кривы адсорбции с г.омощьв уравнения (.1) 01";еделял1.-£ значения Е.\, а такле эффективн ч сечение зах-

вата поь '¡очкостным центра: ' адсорбированной молекулы Сца-("Са.и.Р)"1 (ift-характеристическое вр-еия леербции). В стадии

малых заполнений (tK 0,001) Ед, С.-0, Оцд для "тс-мновой" ции Оо на CdTe принимает соответстве шо значение 0,30 зР 1,2.10 "' ; 3,6.10"3,2mz а в случае фотоадсор<'цни эти riaoaj-d т-ры принимаю" значения J.18 ?В; 1,5.10""*; 2, 3. 10~22м2. ( го .t значительны» различия в этих параметрах могут быть с/ чсненг по из следующих предпосылок. Остоздсорбци?, так же кг., и "^мнсв.чя" адсорбция, протекает в д?,: ст;дии. За первую стадию фстоагссрб-ции ответственны '.'рсчесси захвата мо: экул airopf па на п ¡верх-костные центры, а за втс рую -процесс.; захвата фото еле", р j.ice которые являются Н" 1ктпвационш--чи. поэтому з! гоги» активах:!: фотоадсорбции Едф-Ед-0,1? эВ следует отнеси, к сга;и1. захвата молекул кислорода поверхностными централ! Cd',e, а имег ю. .энергии активации нейтральной формь* адсорбции. Б случае же " емновой" адсорбции обе еб стддпи процесс образования адсорб'ук-кнкх пс-верхносных состояний и процесс захвата на ни; электронов), нс--сят жгл вацисннки характер и поэтому Едт-Ед+Еа-. Поскольку Ед-0,18 эВ, то Eas-Eat-Ha-0,12 эВ, по-видимому, стед/ет прира:ч-1ять к величине потеныа. ьного барьера, с'браэ.ющегося на повес -ности CdTe после "темновсй" адсорбции кислорода.

Для сопоставления кинетических параметров образования л jb-ряжения адсорС цюш sx П?С параллельно проводились измерени." кинетики электропроводное^! &6(t) ленок n-CdTe в прщессе адсорл-ции. Опыт показал, что форма кинетических кривых изы>.ен.ш электропроводности A6(t) пленок CdTe в процессе адсорбции определяется технологические параметрами выращивания, ориентацией поверхности пленок и ж. пр-язарительной обработкой. Тпя пле «ж CdTe, подвергнутых термообработке в вшсууме -1,3.и_5Па пр-[ ,00 К в течение 4 часов, кинетика об- т вания Na(U и заряжен! я &G(t) ад:орбционных состоянии носит монотонный характер Начальные участки кинетических кривых HA(t) и Лб( ) хорсхо описываю: е.. в координатах уравнениг РстинскоГо-Зельдовича y-f(lft), и процессы обрагзвануч и заряжения адсорбционных ПЭС происходят с возрастающей по мере заполнения энергией активации Ea-E0TNa. Это является свидетельств jm того, ч;о заряжен ie адсорбционное СС начинается одновременно их образованием к основная часть с jp попавшихся на поверхности адсорбционных состояний находится в эа-ргженной форме. Для пленок CdTe, вакуумпрованных три 298 К после выдерживания в воздухе в течение нескольких суток,• кинетика а -

ряжения Лб(и описывается кривой с экстремумом. Естественно « 'предположить, основываясь на ранее известных литературных } ных, что такой вид кинетической кривой йб(1) с экстремумом рактс-рен для конкуренции двух процессов: заряжения адсорбщо ПЭС и переэаряд'кк биографических медленных ПЭС, выведенными равновесия с раэресекными зонами в результате первого процэе<

На основании анализа кинетической кривой Лб(1) с экстр* мои сделана оценка сечений захвата электрона на образующиеся сорбционные ПЭС (3^) и биографические медленные ПЭС ^в) рактерйстические времена заряжения адсорбционных ПЗС 1:а и л. зарядки биографических медленных состояний те в случае адсор! Ог принимают соответственно значения 130 и 785 с. Т 51а-(\'1.ц3.Тй)~1_7,7.10~2^смг (Ут-средняя тепловая скор электрона, п^Ю^см-3-концентрация электронов в области пр ранственного заряда), Ю"2-1™2. Такие величины Бьпвл

ся типичными,для поверхности полупроводников.

Определенная из экспериментальных данных величина Ебд ная 0,33 эВ есть энергия активации перезарядки биографиче иедленнш; ПЭС. Существенно, что Еад-0,29 эВ -энергия актив образования и варяления адсорбционных ПЭС, почти совпадая энергией активации адсорбции Ог на тгСс!Те (Ед-0,30 эВ), поду ная иэ прямых адсорбционных измерений. Ото лаляется независ подтверждением того, что заражение адесн'-'^.п-м ПЭС на пов ноетк СЛТе начинается одновременно с их сср зеванием.

Сводка основных характеристически:- параметров образован заряжения адсорбционных состояний систем ::1е+С2 и п-СйГе приведены в табл.1. Таблш

Параметры

СйТе + Ог

СйТе + N02

| Ед, кД«/моль I Сао

32,4

1.2.10"13 2,6.10-32 0,29

8,6.10'9 2,25.10 25 0,166

и,2 .

I СНА. К2

I Еад, ЭВ

I ЕвА, ЭВ

I Н2

0,33

2,5.10 32 4,6. Ю-30

0,27

7,7.10"30

1,ело-30

. I 316, м'

Результаты исследования зависимостей -са и. тб от давления здсорбата, толщины и природы окисного слоя объясняются на основе комбинированного туннельно-барьерного механизма, ранее предложенного Литовченко.'

На основе измерения при разных температурах кинетики термо и фотодесорбции адсорбированных частиц установлено, что как чисто термическая, так и фотостимулированная десорбция Оа и N20 с поверхности и-СбТе протекает по экспоненциальному закону N3,н~ехр(-1./Та,н)• Бремена жизни адсорбированных частиц в заряженном и нейтральном состоянии тэ - т0аехр (Еа/кТ) и ■Еи-Тонехр(Ен/'кТ). Наклоны'кривых 1еТэ^(1/Т)-и (1/Т), ко-

торые определяют соответственно энергии активации десорбции заряженных Еэ и нейтральных Ен молекул приводят к следующим значениям Еа-0,72 эВ и Ец-0,11 эВ для системы саТе+Ог и Еа-0,в3 эВ, Ен-0,08 эВ для СйТе+ЫгО.

Наблюдаемое увеличение тн и уменьшение энергии активации десорбции нейтральных молекул кислорода от Ец-0,11 эВ до Ен-0,04 эВ при снижении уровня фотовозбуждения■(или, что то же самое, роста изгиба зон) объясняется ростом числа заряженных адсорбированных молекул, . вследствие термических забросов через потенциальный барьер электронов из объема на поверхностные зрбцион-ше состояния. Переход системы ц-СйТе+О?. в области высоких уровней фотовозбуждения в состояние, когда величина Еи слабо зависит от этого уровня, обусловлен практически полным спрямлением зон.

3 заключений • четвертой главы приводятся развитые нами представления по рпре'делению глубин залегания Е^ адсорбционных ПЭС и объемных электронные состояний (0Э0) системы полупроводниковая пленка плюс адсорбированные молекулы и полученные на основе этих представлений экспериментальные результаты для систем полярные грани (111)03 и (111)Те монокристаллических пленок и-СЗТе раздельно адсорбированные-молекулы Ог и N20.

Кривые зависимости Ег(Р), которые следуют из измерений 6(1) при разных давлениях адсорбата, имеют две энергетические ступе-яи. Наличие двух кривых Е^Р). соответствующих полярным граням адсорбента (111)04 и (111)Т^, -следствие различия их адсорбционной активности. В власти малых давлений (Р<1,3.10"4Па) эффект адсорбционного погружения уровня Ферми и компенсация ОЭС мал.

Зто обстоятельство объясняет низкоэнергетическую ступень на зависимости Еь(Р). Насыщение роста кривых Еь(Р) в области высоких даимнкй -результат, наоборот, сильного адсорбционного погруже-шш уровня Ферда до уровня ПЭС и повторения на атом этапе адсорбции в измерениях 6(1) одних и тех же энергии Еь отвечающих глубине ПЭС Е^.

Значения энергии ионизации Е^, соответствующие подоженим . верхних "полочек" зависимостей Е^Р) системы СИТе+Оа представле-ш £ табл.2. Здесь же для сравнения приведены также значения № систем СИТе+ЫгО, СсЕе+Ог, СаБе^гО, определенные ккги ранее. _ '

Таблица 2

I-1-!--1--:-*-1-1

1 • | сате + ог I сйТе + н^ог сазо + о2 I сане + ИгО I

I | „ ,-1 ,—I-.-1 '. .—-н

I 1(^03 |(«У те |Ш0Ос1|(0С01) 2е\(с<ю1)Сй\1О(>Ы)$6%оо01)с<1\

I-ц-н-1——н-1-1-1-1-1

¡£18.381 0,8 | 0,681 0,б8| 0,Б9| 0,84 | 0,71 | 0,68 | 0,0 | ,

I__I_:_I-)_1-.-1--1__1_I

1 Подтверждением того, что сравнительно неглубокие электрон-ныо состояния Еа - (0,14*0,65) эВ, обнаруженные в данной работе в Сс1?й й процессе адсорбции, принадлежат оэо, яеляыоя не?■1виои-исхзуа зыергетического распределения этих состояний от полярности грааей Сс1То и природы адсорбата, яаблядение их не толь из . Е но и С<35е и МБ независимо от природа хаяькогенида.

Основные резуататы и ьыы.ды

1. Разработала лабораторная .технология выращивания из па- . ре-тагосой фагы соузрсэаных по структуре эпитаксиадьних слоев •«миутща ¡идади «а подломах А1г0з и (ЗаАз в квазизамкыутом обг-<ш и горячим«- Изучено.влияние ориентации подложки на

расуоаыэ, я электрофизические свойства пленок теллу-

■рздаа кзд.и'. < Определены диалазони температур и скоростей роста МТа, б которая с хорошей воспроизводимостью реализуются те шж таю ориавтавдокние соотношения. Установлено, что реали-гг.^1--' тег шш иных оршвтацяонных состкоаений определяется коку:-

ретными условиями прбцесса роста.

Z. Исследована кинетика роста элитаксиалышх слоев CdTa на подлодках Al2O3 ориентации (1120), (1010), (0001) п ВаАз -(111), (Ш), (110), (100). Установлено, что скорость роста по всем изученном интервале температур зависит от ориентации тк изолирующей, так и . полупроводниковой подложки и имеет акд! V(0001)<V(1120)<V(Í010) для AI2O3 и V(100)>V(Í10)>V(111). дано качественное объяснение такого соотношения скоростей роста и характера хода зависимости У(ТП), на основе данных о структуре и химическом составе граней теллурида кадмия, а также»процессов происходящих за них.

3. Исследована зависимость электрофизических параметров пленок CdTa от ?п» Тт Рнг. Показана возможность управления типом проводимости эпитаксиальных Слоев CdTe вариацией технологических. параметров выраищванин и дано ей качественное объпскенш на основе механизма самокомпенсации собственных точечных дефектов. Сделано предположение, что наблюдаемая немонотонная зависимость электропроводности пленок CdTe от температуры кристаллизации, обусловлена - образованием нейтральных комплексов кша (V~cd -Н+)° или типа (V"cd -V+Ta)°.

4. На основе прямых измерений величин "темповой" и фотоадсорбции кислорода за CdTe при различных температурах определены значения коэффициента прилипания; эффективного сечения захвата поверхностная центром адсорбированной молекулы и анергии активации адсорбции в нейтральной и заряженной форме.

В. Форма магнетических кривых изменения электропроводности 6(t) ai CdTe в пррцессе адсорбции определяется • технологическими параметрами выращивания, ориентацией поверхности пленки и их предварительной обработкой, причем ответственным за кинетически кривую &6(t) с экстремумом является конкуренция между заряленжи адсорбционных ПЭС и перезарядкой биографических медленных ПЭС. Определены сечения'захвата электрона на образующиеся адсорбционные ПЭС и биографические медленные ПЭС,

8. Ка ослсЕэ.исследования влияния толщины скисшэй пленки на кинетику заряжения поверхности пленок CdTe показано,- что биографические медленные состояния, в образовании которых бо;:.ьсуг? роль способны играть компоненты "сксителлур'мкой" фазы располталг j э сильно текстурированном поверхностном слое CdTe. Установлено,

что кинетика заряжения адсорбцисшых ПЭС окисленных пленок Cd контролируется комбинированный туннельно-барьерным механизмом.

7. Проведены прямые измерения чистотермической и фотостим лироаанной десорбции кислорода с поверхности ЭС CdTe, ©пределе энергетическое положение адсорбционных кислородных состояний реальной поверхности CdTe (Et-0,72 эЕ), сечение захвата электр на (3t-(l-5). 10~19C!.iz) этими состояниями, а также энергии акт вации нейтральных молекул кислорода (Ец-0,11 эВ).

8. Развит подход, позволяющий достичь измерения энергет ческого положения поверхностных состояний, обусловленных адсс бированными частицами любой природы гак на естественной, Tai' на различных полярных гранях полупроь :;дникоьых пленок. На оснс этого подхода определены энергетические положения поверхносп адсорбционных состояний. полярных граней систем CdTeK CdTe+N^Ö. Для анионной грани глубина залегания уровней оказал; больше, чем для катионкой, что является следствием ее болы адсорбци«ной активности. Установлено, что сравнительно неглу! кие электронные состояния Е0-(О,14*0,55 эВ), наблюдаемые в С< в процессе адсорбции, принадлежат, объемным электронным состоя! ям.

Основные результаты диссертации опубликованы в следую! работах:

1. Магомедов Х.А., Гасанов Н.Г., Гаеаи'лг. ?.Н. Зыраашвание С методом транспортных реакций в кваэкзаиу /три системе. Язв СССР, Неорган.матер., 1976, 7, с ЛЮе-ИЗЭ.

2. Магомедов X.А..Магомедов U.A., Гасаадр-. ..Л. Совместные из рения кинетики электропроводности и iuoorf l.;;h на поЕерхнс ЗС селенида кадмия. .Тез, докл..XY1 Бсесо.о^н. конф. по эмис онной электр., Махачкала,197в,ч.1, с.92-93.

3. Магомедов Х.А., Магомедов М. А., Анваров М.А., Гасанова I Адсорбционные и зарядовые характеристики эпитаксиалькых г нок CdSxSei_x. Тез.докл.Y Всесоюзн.совещ. по физике и те примен. полупроводников А^В6, £;:льнюс, 1983, ч.З, с. 193-Ii

4. Магомедов Х.А., Гасанов Н.Г., ¿гагомедов М.А., Буттаев М. Анваров М.А., Гасанова Р.Н. Выращивание эпитаксиальных пле полупроводниковых соединений типа А2Вб и исследование их сорбционно-десорбчцион,цух. характеристик. Тез.докл.научной < сии Дат. филиала .АН .'СССР., Махачкала, 1985, е. 41-42.

БуттаевМ.С., Магомедов X.А., ГасановН.Г., Гасакова Р.Н.-Осажд~ние гетероэп-.глтг'сиалъных слоев селекила и теллурида кадмих на арсениде пкдпл. Изв. АН СССР. Кеорг.матер., 1935, 11, с.1953-1965.

Магомедов М.А., Магомедов X.А., Гасанова Р.Н. Глнетика эаря-жения полярных граней эпитасиэлъных пленок CdS при адсорбции акцепторных молекул. Тез.В сесоюзн.совец.ло кирокозонным по-лупр., Махачкала, 1985, с.129-130.

Гасаков Н.Г., Магомедов X.А., БуттаевМ.С., Гасаксва Р.К. Способ идентификации полярных граней кристаллов полупр.со-ед.типа АгЗб. Тез.Есесоюзн.совещ.по гнрокозонным полупр. Махачкала 1986, с.109.

Магомедов М.А., Магомедов Х.А., Ризахзнов М.А.. Гасакова Р.Н. Об оценке энергии ионизации поверхностных состояний полупроводника с адсорбированная! молекулами. Ж.Сиз.химии, 1G87, Т.61, N 8, С.1216-1219.

Гасанова Р.Н., Магомедов М.А., Магомедов Х.А. Характеристические параметры кинетики адсорбции кислорода и диоксида азота поверхности эпитаксиалъках пленок теллурида кадмия. Ж.виз.химии, 1933, т.62, N 1, с.139-142. ).Гасанова Р.Но Гасанов Н.Г., Магомедов Х.А. Вмгснг--- -.г.рмооб-работки в атмосфере водорода на электропроводксс- _ ..итакси-альных слоев селекада кадмия. Тез. Есессюэн.совес. по широкозонным пох/пр. Махачкала 1988, с.138-140. ..Гасанова Р.Н.-; ' Магомедов М.А., Магомедов Х.А.. Нурмагомедов М.С., ГасановН.Г.- Исследование зависимости кинетики роста эпитаксиальных слоев CdTe от ориентации сапфировых подложзк. ОТ Зсесоюзн.конф.по росту кристаллов. Москва, 1988, т.1, с.108-109.

!.Магомедов М.А., Магомедов Х.А., Ризаханов М.А., Гасакова Р.Н. Характерном ческие параметрн^кинетикк термо- и фотостимули-рсаанной десорбции МгО поверхности эпитакскальных пленок CdSe. Изв.АН 'СССР Неоргэн.матер., 1989, т.25, N1, с.149-150. ¡.Гасачовп Р.Н., Магомедов М.А., Магомедов Х.А. Управление типом прсяодимости пленок Аг Be. Тез. Всероссийского совец. по пирокоэонным полупроводникам. Махачкала, 1993, с.68.

Соискатель Гасанова Р.Н.