Оптимізація технології і моделювання фізичних процесів у тонких плівках aivbvi та структурах на їх основі

Міністерство освіти України

Прикарпатський університет імені Василя Стефаника

 

Лоп'янка Михайло Антонович

 

УДК 539. 216. 2: 621. 315. 592

 

 

Спеціальність 01. 04. 18 – фізика і хімія поверхні

 

 

Івано-Франківськ – 1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізики твердого тіла Прикарпатського університету імені Василя Стефаника Міністерства освіти України.

Науковий керівник: заслужений діяч науки і техніки України, доктор хімічних наук, професор Фреїк Дмитро Михайлович, Прикарпатський університет імені Василя Стефаника, директор Фізико-хімічного інституту, завідувач кафедри фізики твердого тіла, м. Івано-Франківськ.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Раренко Іларій Михайлович, Чернівецький державний університет імені Юрія Федьковича, завідувач кафедри напівпровідникової мікроелектроніки, м. Чернівці; доктор фізико-математичних наук, професор Панченко Олег Антонович, Інститут фізики НАН України, завідувач лабораторією розмірних електронних явищ, м. Київ.

Провідна організація: Інститут фізики напівпровідників Національної Академії Наук України, відділ фізики поверхні та мікроелектроніки, м. Київ.

Захист відбудеться «9» жовтня 1999 р. о 1000 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 20. 051. 03 при Прикарпатському університеті імені Василя Стефаника (76000 м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57)

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці університету (76000 м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57)

 

 

Актуальність теми. Успіхи мікроелектроніки на сучасному етапі її розвитку визначаються досягненнями в області напівпровідникового тонкоплівкового матеріалознавства. Можливість плавної зміни ширини забороненої зони у напівпровідниках АIVВVI та їх твердих розчинах від температури, тиску, магнітного поля і складу обумовлюють перспективність цих матеріалів для створення фотоприймачів і лазерів у довгохвильовій області інфрачервоного спектру, а також термоелектричних пристроїв. Високі значення діелектричної проникності   та коефіцієнта поглинання (  см-3) дають можливість використовувати епітаксійні плівки для багатоелементних матриць. При цьому найважливішою проблемою є дослідження природи атомних дефектів, керування їх типом і концентрацією, визначення впливу дефектів на характер протікання електронних процесів, їх зв'язку з технологічними параметрами, що визначають умови вирощування тонкоплівкового матеріалу з наперед заданими властивостями.

Не дивлячись на те, що вивчення плівок халькогенідів свинцю ведеться на протязі тривалого часу, огляд існуючих робіт з цієї тематики вказує на ряд проблем, які ще не були з'ясовані. Так, зокрема, на час постановки задачі даної роботи (80-ті роки) залишались не вивченими питання комплексних досліджень впливу технологічних операційних факторів вирощування плівок з парової фази методом гарячої стінки (температури випаровування ТВ, осадження ТП, стінок камери ТС; парціальний тиск компонентів у зоні конденсації) на фізичні властивості тонкоплівкового матеріалу.

Зауважимо, що вивчення таких об'єктів і процесів вимагає значних матеріальних і часових затрат. В ряді випадків простими підходами неможливо виконати всестороннє дослідження цих процесів. Методи математичного планування і оптимізації багатофакторного експерименту і використання ЕОМ при розв'язанні складних задач напівпровідникового матеріалознавства дозволяють розв'язати поставлені проблеми, значно скоротити необхідні час і затрати при розробці нових технологій і матеріалів.

Крім того, відомі експериментальні дані не дозволяли дати узагальнених висновків відносно закономірностей у зміні електричних властивостей тонких плівок твердих розчинів на основі сполук АIVВVI. Такий стан не зміг забезпечити оптимізації технології вирощування тонкоплівкового матеріалу для потреб оптоелектроніки.

Результати багаточисельних досліджень вказують на те, що при зміні умов вирощування можна ефективно керувати хімічним складом, структурою і іншими фізичними властивостями осаджених плівок. На даний час до кінця не вияснені механізми генерації дефектної підсистеми в тонких плівках, та їх роль у формуванні електричних параметрів матеріалу і активних елементів на його основі. Цінним з точки зору фундаментальних досліджень є вивчення впливу зовнішніх факторів на електронні процеси в тонких напівпровідникових плівках халькогенідів свинцю. У зв'язку із вищезазначеним випливає доцільність проведення експериментальних і теоретичних досліджень у названих напрямках та актуальність теми дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами Дисертаційна робота була виконана відповідно до плану наукових досліджень кафедри фізики твердого тіла Прикарпатського університету імені Василя Стефаника в рамках науково-технічної програми Міннауки України «Розробка прогресивних технологій складних напівпровідникових плівок на основі сполук АIVВVI для пристроїв електроніки» (проект 05. 44. 06/27-93) та тематичних планів НДДКР Міносвіти України «Розробка технології кристалів і тонких плівок сполук АIVВVI з ізовалентним заміщенням для активних елементів інфрачервоної техніки» (додаток № 13 до наказу № 340 від 02. 12. 1994 р), «Вплив зовнішніх факторів на електронні процеси в тонких напівпровідникових плівках халькогенідів свинцю і олова» (додаток № 2 до наказу № 330 від 13. 12. 1996 р).

Робота координувалася науковою Радою з фізики напівпровідників Національної Академії Наук України.

Мета і задачі дослідження полягають у вивченні впливу технологічних операційних факторів та хімічного складу на властивості плівок халькогенідів свинцю, твердих розчинів на їх основі; фізичному моделюванні процесів формування дефектної підсистеми в тонкоплівковому матеріалі при вирощуванні з парової фази, радіаційному опроміненні та розрахунку параметрів діодних структур. При цьому були поставлені такі задачі:

- розробити теоретичні моделі для реалізації методу математичного планування і оптимізації багатофакторного експерименту у