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

- провести експериментальні дослідження структури і електричних властивостей тонких плівок при різних значеннях операційних технологічних факторів та їх хімічного і фазового складу;

- здійснити теоретичний аналіз і моделювання фізико-хімічних процесів вирощування плівок за квазірівноважних умов;

- змоделювати процеси генерації і рекомбінації власних дефектів та проідентифікувати їх тип у тонких плівках АIVВVI при їх вирощуванні і радіаційному опроміненні;

- провести теоретичні розрахунки і аналіз результатів досліджень електричних характеристик діодів Шотткі на основі епітаксійних плівок в залежності від операційних технологічних факторів, параметрів базового матеріалу і температури.

Об'єктом дисертаційного дослідження були епітаксійні та полікристалічні плівки монохалькогенідів свинцю, телуриду олова та твердих розчинів на їх основі PbSe1-XTeX, PbXSn1-XTe, (SnSe) 1-X (PbTe) X, (SnTe) 1-X (PbSe) X, вирощені із парової фази методом гарячої стінки і осаджені на сколи (111) монокристалів BaF2 та аморфну поліамідну стрічку типу ПМ-І; діодні структури на основі епітаксійних плівок p-PbSe.

Відповідно до поставленої мети використовувалися такі методи дослідження:

- мікрорентгенівський спектральний аналіз, електронна Оже-спектроскопія, рентгенівська дифрактометрія;

- рентгенівська двокристальна спектрометрія і топографія;

- компенсаційний метод визначення електричних параметрів у постійних електричних і магнітних полях;

- радіаційне опромінення альфа-частинками у вакуумі від джерела Pu238 густиною потоку 6. 107 см-2. с-1 і енергією ~5 МеВ;

- ізотермічний (до 1 року) і ізохронний (в інтервалі температур 300-450К) відпал у вакуумі і на повітрі;

- статистична обробка результатів експериментів з використанням персональних комп'ютерів і програмного забезпечення.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше методами математичного планування багатофакторного експерименту одержано рівняння, які описують залежність електричних параметрів тонких плівок монохалькогенідів свинцю і олова та твердих розчинів PbSe1-XTeX, PbXSn1-XTe, (SnSe) 1-X (PbTe) X, (SnTe) 1-X (PbSe) X від температур випаровування (ТВ) і конденсації (ТП), парціального тиску парів халькогену   та хімічного складу наважки (х) при вирощуванні у квазірівноважних умовах з парової фази методом гарячої стінки. Встановлено закономірності зміни фізичних властивостей плівок від операційних технологічних факторів та хімічного складу.

2. Запропонований новий метод визначення констант рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів на основі мінімізації аналітичних виразів залежності концентрації носіїв заряду від технологічних факторів, одержаних з використанням методів математичного планування експерименту з однієї сторони, і результатів кристалохімічних розрахунків – з другої.

3. Змодельовано двопроцесовий механізм ізохронного та ізотермічного відпалів дефектів у бінарних сполуках. На основі рівняння неперервності для концентрації дефектів, описано зміни в часі електричних параметрів плівок PbТе, PbSe, SnTe як при радіаційному, так і при термічному впливах.

4. На основі моделі існування виродженоі області з n-типом на поверхні тонких плівок селеніду свинцю діркової провідності проведено розрахунок вольт-фарадних характеристик діодів Шотткі.

Практичне значення одержаних результатів

1. Методами математичного планування і фізичного моделювання оптимізовано спосіб вирощування тонких плівок халькогенідів свинцю із парової фази методом гарячої стінки з високими структурними (розміри блоків мозаїки   мкм при кутових розорієнтаціях   і густині дислокацій   см-2) і електричними параметрами (концентрація носіїв   см-3, рухливість носіїв   см2В-1с-1 при 77 К) ; заданим типом провідності для виготовлення на їх основі стабільних тонкоплівкових структур.

2. Побудовані технологічні діаграми, що визначають умови вирощування тонкоплівкого матеріалу з наперед заданими параметрами.

3. Розроблена технологія виготовлення діодів Шотткі на основі епітаксійних плівок p-PbSe із керованими характеристиками.

4. Розроблені моделі, матриці планування, алгоритми і пакети прикладних програм для ЕОМ, які дають можливість прогнозувати стан технологічних процесів та властивості тонких плівок на основі проведення комп'ютерних експериментів і можуть ввійти як складова частина в експертну систему для напівпровідникового тонкоплівкого матеріалознавства.

5. Результати теоретичних і експериментальних досліджень роботи з використанням методів математичного планування та оптимізаціі багатофакторного експерименту ввійшли до монографії «Физика и технология полупроводниковых пленок». – Львов: Вища школа, 1988. – 156 с., яка є основою для читання спецкурсів магістрам і аспірантам Прикарпатського університету імені Василя Стефаника.

Результати роботи використані при проведені наукових досліджень та експериментів на ВАТ «Родон» (м. Івано-Франківськ), що підтверджено відповідним актом.

Наукові положення, що виноситься на захист

1. Метод математичного планування і оптимізації багатофакторного експерименту у застосуванні до технології вирощування тонких плівок на основі халькогенідів свинцю і олова із парової фази методом гарячої стінки.

2. Математичні моделі для залежностей електричних властивостей монохалькогенідів свинцю, олова і твердих розчинів на їх основі від технологічних факторів та хімічного складу.

3. Моделі ізотермічного та ізохронного відпалів дефектів у тонких плівках халькогенідів свинцю та олова.

4. Фізична модель і кількісна теорія розрахунку характеристик діодних структур на основі тонких плівок p-PbSe з інверсійною n-областю на поверхні.

Особистий внесок здобувача

Результати, подані у дисертаційній роботі, є підсумком багаторічних досліджень виконаних автором у співпраці з науковим керівником, співробітниками та студентами. Дисертантом освоєна теорія математичного планування і оптимізації багатофакторного експерименту та розроблена методологія її використання у технології вирощування тонких плівок з парової фази методом гарячої стінки. Автором особисто сформульовано задачі і виконано всі розрахунки та значна частина експериментальних досліджень, що відносяться до математичного планування. Ним запропонований і реалізований