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

Zagoruiko Yu. A., Kovalenko N. O., Chugai O. N., Rom M. A., Mateichenko P. V. Structure and physical properties of ZnMgSe single crystals//Part of Proceedings of SPIE «Materials and Electronics for High-Speed and Infrared Detectors». -1999. -Vol. 3794. -Р. 96-104.

Kovalenko N. O., Zagoruiko Yu. A., Mateychenko P. V. Obtaining and Investigation of MOS Structures Based on ZnSe-ZnO Heterostructures//Вook of abstracts International Conference Functional Materials, ICFM-2001, Ukraine, Crimea, Partenit. -2001. – DP-6/3. – Р. 132.

Коваленко Н. О. Газовий сенсор на основі полікристалічних плівок ZnO//Програма та тези доповідей ювілейної конференції молодих вчених та аспірантів ІЕФ'2001, Ужгород. -2001. -С. 25.

Коваленко Н. О., Володченко Є. В. Исследование возможностей нелинейного взаимодействия излучений среднего и ближнего ИК-диапазона в монокристаллах твердого раствора ZnMgSe//Тези доповідей першої регіональної конференції молодих вчених “Сучасні проблеми матеріалознавства”. – Харків. -2002. -С. 38.

Пузіков В. М., Загоруйко Ю. А., Федоренко О. О., Коваленко Н. О. Оптические и электрооптические свойства монокристаллов ZnMgSe//Тези доповідей X Національної конференції по росту кристалів. -Москва. -2002.

Пат. 46429 А, Україна, МКІ C30B11/00, C30B11/08 Оптичний матеріал на основі монокристалічного твердого розчину Zn1-xMgxSe / Загоруйко Ю. А., Коваленко Н. О., Федоренко О. О. (Укр.) ; НДВ ОКК НТК «Інститут Монокристалів»; заявлено 16. 07. 01; опубл. 15. 05. 02; Бюл. №5 2002 р.

Пат. 38693 А, Україна, МКІ G01J5/10, G01J5/16. Вимірювач потужності лазерного випромінювання / Загоруйко Ю. А., Коваленко Н. О., Федоренко О. О. (Укр.) ; НДВ ОКК НТК «Інститут Монокристалів»; заявлено 22. 08. 00; опубл. 15. 05. 01; Бюл. №4 2001 р.

 

Коваленко Н. О. Формування оксидних плівок на поверхні монокристалів напівпровідникових сполук АIIBVI та їх твердих розчинів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 04. 10 – фізика напівпровідників та діелектриків. – Інститут монокристалів Національної Академії Наук України, Харків, 2002.

Робота присвячена вивченню процесів термічного та фототермічного окислення сполук АIIBVI; вивченню фізичних властивостей отриманих оксидних шарів, а також вивченню оптичних, механічних, електрооптичних властивостей монокристалів твердого розчину Zn1-xMgxSe.

Методами термодинамічного аналізу встановлено прискорюючий фактор утворення оксидних шарів при фототермічному окисленні сполук АIIBVI. Приведені дані про швидкість окислення та відмінності в кінетиці окислення кристалів ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, Zn1-хMgхSe, Cd1-хZnхTe. Показано можливості практичного застосування оксидних шарів.

Визначені: коефіцієнти заломлення твердого розчину Zn1-xMgxSe; напрями скалярного фазового синхронізму для нелінійної взаємодії випромінювань з різними довжинами хвиль у середовищі Zn0. 48Mg0. 52Se; значення електрооптичного параметра r13-r33 (x0, 5, =0, 63мкм). Виявлено особливості фізичних властивостей Zn1-хMgхSe при x~0, 14 та встановлено, що вони пов’язані з фазовим переходом сфалерит-вюрцит та існуванням політипу 4Н.

 

Коваленко Н. О. Формирование оксидных пленок на поверхности монокристаллов полупроводниковых соединений АIIBVI и их твердых растворов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 04. 10 – физика полупроводников и диэлектриков. – Институт монокристаллов Национальной Академии Наук Украины, Харьков, 2002.

Работа посвящена изучению процессов термического и фототермического окисления соединений АІІВVI в воздушной атмосфере при различных температурах, изучению структурных, оптических, механических свойств получаемых оксидных пленок, а также изучению структурных, оптических, электрооптических и механических свойств монокристаллов твердых растворов Zn1-хMgхSe.

Известно, что при окислении ZnSe ультрафиолетовое излучение увеличивает скорость образования оксидного слоя. Как один из механизмов увеличения скорости рассмотрено влияние озона, образующегося под действием ультрафиолетового излучения, применяемого при фототермическом окислении. Проведены термодинамические расчеты констант равновесия окислительных реакций с различными продуктами в атмосфере озона при прочих равных условиях. Результаты сведены в таблицу и указывают на бóльшую вероятность протекания реакции с участием озона, по сравнению с окислением в атмосфере кислорода, что подтверждает ускоряющее действие озона. Приведены результаты окисления кристаллов ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, Cd1-хZnхTe, Zn1-хMgхSe. Показаны различия в кинетике окисления различных соединений и в качестве получаемых оксидных слоев. На временных зависимостях кривых оптического отражения образцов в процессе фототермического окисления обнаружены биения и падение амплитуды колебаний. С помощью математического моделирования установлено, что биения связаны с различными скоростями образования оксидного слоя на противоположных гранях кристалла а падение амплитуды характеризует однородность толщины образованного оксидного слоя в пределах пучка контролирующего лазера. Рассмотрены механизмы переноса кислорода к границе раздела ZnO-ZnSe. Для расчетов коэффициента объемной диффузии использовались литературные данные по диффузии кислорода в ZnO. Полученная скорость объемной диффузии кислорода не соответствует экспериментальным скоростям образования оксидных слоев, что позволяет считать механизм диффузии по межблочным границам доминирующим. Такие результаты указывают на невозможность образования монокристаллического слоя ZnO толщиной 1 мкм при чисто термическом окислении.

Рассмотрено практическое применение оксидных пленок и показано, что пленки ZnO могут применяться в качестве интерференционных покрытий (просветляющих и как подложка для отражающих) ; защитных покрытий, что обусловлено механическими свойствами оксидных пленок; изолирующего слоя при изготовлении МОП-структуры; чувствительных элементов газовых сенсоров. Такие покрытия термостабильны, выдерживают существенные перепады температур, обладают высокой адгезионной и когезионной прочностью.

В работе приведены исследования монокристаллов твердых растворов Zn1-xMgxSe в диапазоне концентраций 0, 03<x<0, 6. Исследование коэффициентов преломления при высоких концентрациях Mg (x~0, 5) показывают, что величины ne, no меньше, чем у CdS, CdSe, а n-больше, чем в CdS и сравнимо c CdSe, что ставит данный материал отдельно от упомянутых соединений в ряду АІІВVI. На основе полученных результатов измерений коэффициентов преломления рассматривалась возможность применения монокристаллов Zn1-хMgхSe в качестве нелинейной среды для взаимодействия излучений ближнего и среднего ИК диапазонов, рассчитаны направления скалярного фазового синхронизма для взаимодействия излучений 10, 6 мкм+1, 064 мкм и 10, 6 мкм+0, 89 мкм. Исследовались электрооптические свойства кристаллов при высоких концентрациях Mg x~0, 5. Для применения материала в качестве электрооптического модулятора важна величина │r13- r33│. Измерения показали, что данная величина сравнима по порядку с аналогичными величинами для CdS, CdSe и составляет 1, 210-12 м/В. Исследовались механические свойства монокристаллов Zn1-хMgхSe при различных концентрациях Mg. На основе рентгеновских исследований и механических свойств твердого раствора при различных концентрациях магния установлено, что при малых концентрациях Mg x<0, 12-кристаллическая структура имеет структуру сфалерит, при x>0, 14 – структуру вюрцит. При приближении концентрации Mg к x≈0, 12 кристаллическая структура представляет собой политип 4H, и при концентрации x≈0, 14 происходит окончательное формирование структуры вюрцит. Это подтверждается измерениями двулучепреломления и микротвердости; наблюдается резкое увеличение n при концентрации x≈0, 12 и минимальное значение параметра dc /da при той же концентрации.

Прозрачность в широком диапазоне (от 0, 45 до 14 мкм), высокие значения n и возможность просветления окислением позволяют изготавливать на основе данного материала просветленные термостабильные фазовращающие элементы для ближнего и среднего ИК-диапазона.

 

Kovalenko N. O. Formation of oxide films on the surface of AIIBVI single-crystal semiconductor compounds and their solid solutions. – Manuscript.

Thesis for the candidate of science degree in physics and mathematics by the speciality 01. 04. 10 – Physics of semiconductors and dielectrics. – Institute for Single Crystals National Academy of Science of Ukraine, Kharkov, 2002.

The work is devoted to study of the processes of thermal and photothermal oxidation of AIIBVI-type compounds in air; investigation of physical properties of oxide coatings and single crystal of Zn1-xMgxSe solid solutions (0. 03<x<0. 6).

Establishes the factor which promotes the formation of oxide layers at photothermal oxidation using thermodynamical analysis. Causes of some peculiarities of optical reflection time dependences, obtained during oxidation, are found. Presented are the oxidation kinetics data for ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, Zn1-хMgхSe, Cd1-хZnхTe crystals, and the causes of the distinctions are considered. Shown is the scope of practical use for oxide layers.

The refraction coefficients of Zn1-xMgxSe; the value of electrooptical parameter │r13-r33│ are measured. Calculated are the directions of scalar phase synchronism for IR range radiation interactions. Revealed are peculiarities of the physical properties of Zn1-хMgхSe (x~0. 12) which are found to be connected with phase transition and the existence of 4H polytype.

Key words: АІІВVI, oxidation, IR range, ZnO, solid solution.