Формування оксидних плівок на поверхні монокристалів напівпровідникових сполук АIIBVI та їх твердих розчинів

При окисленні монокристалів твердих розчинів Zn1-xMgxSe утворюється щільний шар оксиду оптичної якості, що дозволяє використовувати інтерференційні методи контролю за утворенням оксидних шарів та отримувати міцні оксидні плівки на поверхні цих монокристалів. Кінетика окислення ТР подібна до кінетики окислення ZnSe. Відмінністю є менші температури початку процесу утворення оксидної плівки на 30-40 К та більш розмитий температурний поріг початку окислення.

Високий питомий опір оксидних плівок, утворених на поверхні монокристалічного ZnSe, дозволяє використовувати їх в якості діелектричних шарів. На основі гетеропереходів ZnSe-ZnO були виготовлені МОН-структури Au-ZnO-ZnSe-In та досліджено температурні залежності вольт-амперних характеристик. Температурна стабільність виготовлених структур перевищує стабільність структури на основі Si-SiO2. При оптимальних технологічних умовах несиметричність вольт-амперної характеристики зразків сягала 5 порядків.

Встановлено, що поверхневий електричний опір оксидних плівок ZnO, отриманих методом окислення монокристалів ZnSe, залежить від складу газового середовища. Виявлено чутливість оксидних плівок до газів H2, CH4, що свідчить про можливість використання оксидних плівок ZnO в якості чутливого елемента газового сенсора.

Показано також, що оксидні шари ZnO, які утворені на поверхні кристалічних зразків ZnS, ZnSe, Zn1-хMgхSe, мають і таке важливе практичне значення, як можливість використання їх в якості інтерференційних та захисних покриттів для оптичних елементів. Оптичні елементи з такими покриттями можуть використовуватись в інтервалі температур від 200 до 450 К, відрізняються високою оптичною та механічною міцністю покриттів та здатні працювати з інтенсивними потоками лазерного випромінювання.

В результаті досліджень процесів окислення сполук AIIBVI встановлено, що УФ-опромінення впливає на утворення оксидних шарів практично всих досліджених сполук. Для сполук ZnS, ZnSe це виражено у збільшенні швидкості утворення оксидних шарів, підвищенні оптичної якості та адгезії, для твердого розчину УФ-опромінення Cd1-хZnхTe приводило до якісних змін у складі оксидних шарів на відміну від чисто термічного окислення.

В четвертій главі приведено результати досліджень оптичних, електрооптичних та механічних властивостей монокристалів твердих розчинів Zn1-xMgxSe.

Оптичні властивості твердих розчинів досліджувались при низьких концентраціях Mg (x<0, 12), коли ще не зформувалась структура вюрцита і кристалічна структура є політипом, та при високих концентраціях Mg (x~0, 5), коли кристалічна структура є остаточно зформованим вюрцитом. При входженні в гратку ZnSe магній може бути домішкою заміщення або домішкою проникання. Для з'ясування типу входження домішки використовувались дані про розподіл хімічних елементів в отриманих кристалах, які показали, що сумарна концентрація цинку та магнію, в межах похибки, близька до 50 ат. %. Такі результати вказують на отримання твердого розчину типу Zn1-xMgxSe. Дослідження фоточутливості зразків з концентраціями Mg 0<x<0, 14 показали, що відмінність фоточутливості при різних концентраціях магнію лежить в межах похибки, це підтверджує, що Mg є домішкою заміщення.

Виміри подвійного променезаломлення (n) на довжині хвилі =10, 6 мкм при низьких концентраціях Mg показали, що з ростом концентрації домішки n збільшується. Оптичні виміри на зразках з високою концентрацією Mg (x~0, 5) включають: виміри коефіцієнтів променезаломлення звичайної хвилі (ne), незвичайної хвилі (no) та їх різницю n=ne-no, як у видимому, так і у ближньому та середньому ІЧ-діапазоні; побудову дисперсійних кривих. Результати досліджень показують, що хоча для монокристалів Zn0. 48Mg0. 52Se величини ne та no менші за відповідні показники CdS та CdSe, але n більше ніж у CdS та майже співпадає з CdSe. На підставі цих експериментальних даних проведені теоретичні дослідження можливості нелінійної взаємодії випромінювань ближнього та середнього ІЧ діапазонів, в результаті яких розраховано напрямки скалярного фазового синхронізму для взаємодії випромінювань (10, 6 мкм + 1, 064 мкм та 10, 6 мкм + 0, 89 мкм). Ці результати свідчать про можливість використання монокристалів твердого розчину Zn0. 48Mg0. 52Se в якості нелінійного середовища для виготовлення детекторів випромінювання середнього ІЧ діапазону.

Спектри оптичного пропускання, отримані для видимого та середнього ІЧ діапазонів, показують прозорість твердих розчинів Zn1-хMgхSe у широкому діапазоні довжин хвиль, від 0, 45мкм до 14 мкм. У діапазоні 0, 45-1, 1 мкм існує полоса поглинання в області 1, 05 мкм, це пов'язується з дефектною структурою, що викликано відмінностями іонних радіусів цинку та магнію. Спектри в середньому ІЧ діапазоні мають широку полосу поглинання з максимумом на 3, 5 мкм, літературні дані дозволяють пов’язати існування цієї полоси з присутністю в кристалічній гратці води та гідроксильних груп. Прозорість досліджуваного матеріала в широкому спектральному діапазоні дозволяє використовувати даний матеріал в оптиці ближнього та середнього ІЧ діапазонів.

Відсутність літературних даних по електрооптичним властивостям твердого розчину Zn1-хMgхSe робить важливим їх визначення. При концентраціях магнію x~0, 5 визначено електрооптичний параметр r13-r33, який дорівнює 1, 210-12 м/В. Ця величина за порядком співпадає із значеннями для сполук АIIBVI, таких як CdS, CdSe. Отриманий результат та високий електричний опір монокристалів твердого розчину Zn1-хMgхSe вказують на можливість застосування монокристалів даного твердого розчину в якості матеріалу для виготовлення електрооптичних модуляторів для широкого діапазона довжин хвиль, від видимого до середнього ІЧ діапазону.

Дослідження мікротвердості твердих розчинів Zn1-хMgхSe показали особливість у залежності параметру dc /da від