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

  (2)

 

де x1 та x2 – приведені значення температури осадження ТП та хімічного складу х відповідно. Як ілюстрація на рисунку 1 зображені поверхні відгуку для рухливості і концентрації носіїв заряду епітаксійних плівок твердого розчину PbTe-PbSe. Cпостережувані мінімуми рухливості і максимуми концентрації носіїв заряду на ізотермах осадження при ТП = const) для епітаксійних плівок PbTeХSe1-Х (рис. 1) пов'язані з розпорядкуванням атомної і кристалічної структури при взаємному заміщенні атомів в аніонній підгратці твердого розчину.

Для епітаксійних плівок PbХSn1-ХTe зміна складу х більш вагомо впливає на параметри оптимізації, ніж температура осадження ТП (коефіцієнти b2 за модулем у всіх моделях набагато перевищують значення b1). Для концентрації і рухливості ефект взаємодії факторів відсутній (  де   – похибки експерименту). Для складів   і   підвищення ТП приводить до зменшення концентрації електронів і дірок, відповідно, та збільшення їх рухливості. Значні зменшення рухливості носіїв при збільшенні мольної долі SnTe (ТП = const) пов'язані з ростом дефектності структури за рахунок зміщення області гомогенності в бік телуру, а також участі у явищах переносу дірок з великою ефективною масою.

Епітаксійні плівки (PbTe) Х (SnSe) 1-Х складу   при всіх досліджуваних температурах осадження характеризуються n-типом провідності, а   – тільки p-типом.

Епітаксійні плівки системи (SnTe) 1-X (PbSe) X для всіх досліджуваних складів і температур осадження   утворюють неперервний ряд твердих розчинів із структурою типу NaCI. Для   при ТП =   К тонкі плівки мають електронну провідність. При ТП > 573 К зменшується не тільки концентрація електронів, але відбувається конверсія типу провідності з n-типу на р-тип і дальший ріст концентрації дірок. Тонкі плівки   мають тільки р-тип провідності.

Одержані рівняння регресії для епітаксійних плівок твердих розчинів на основі монохалькогенідів олова і свинцю дають можливість визначити технологічні умови, які забезпечують їх вирощування із оптимальними електричними параметрами. Побудовані технологічні діаграми «електричні властивості (n,  ) – температура випаровування (ТВ) – температура підкладок (ТП) – температура стінок камери (ТС) « – для монохалькогенідів свинцю, олова, та «електричні властивості (n,  ) – хімічний склад (х) – температура підкладок (ТП) « – для твердих розчинів на їх основі.

Третій розділ дисертації присвячений опису фізико-хімічних процесів при вирощуванні тонких плівок з парової фази. На основі кристалохімічного підходу виконано аналіз процесів випаровування та осадження сполук АIVВVI. У вибраній моделі процес випаровування здійснюється при температурі ТВ і враховує розклад сполук на компоненти. Температура осадження (підкладки) ТП визначає рівноважну концентрацію власних атомних дефектів у тонкоплівкому матеріалі. Через константи квазіхімічних реакцій і парціальні тиски парів халькогену знайдено аналітичні вирази для концентрації носіїв заряду у тонкоплівкому матеріалі АIVВVI, вирощеного з парової фази методом гарячої стінки. Так, у випадку плівок телуриду свинцю

 

 , (3)

 

де   – константа рівноваги, яка визначає процес розкладу сполуки на компоненти при температурі випаровування;

–   константа рівноваги, яка визначає утворення атомів свинцю у міжвузлях при температурі конденсації;

–   константа рівноваги, яка визначає процес утворення рівноважних дефектів – атомів телуру у міжвузлях і вакансій свинцю – при температурі підкладок;

–  - константа іонізації власної провідності.

Показано, що підвищення як температури підкладки ТП, так і парціального тиску парів халькогену   обумовлюють зменшення концентрації електронів у тонких плівках n-типу, конверсії типу провідності (з n-типу на р-тип) і подальше зростання концентрації дірок (рис. 2). Підвищення температури випаровування наважки ТВ приводить до зростання ступеня дисоціації молекул сполук на окремі компоненти (атоми металу і молекули халькогену) і більш ефективного індукування міжвузлових атомів, у порівнянні з його вакансіями, у катіонній підгратці. Останнє приводить до зменшення концентрації дірок з підвищенням ТВ. Одержані теоретичні розрахунки задовільно пояснюють експериментальні результати.

На основі апроксимації виразів для концентрації носіїв заряду, відображених поліноміальними рівняннями (1), (2), що одержані на основі математичного планування і фізико-хімічного опису процесу вирощування тонких плівок (3), знайдено константи квазіхімічних реакцій: утворення атомів металу у міжвузлях, утворення рівноважних атомів халькогену у міжвузлях і вакансій атомів металу, іонізації власної провідності. Знайдені значення дають можливість прогнозувати властивості тонкоплівкового матеріалу, вирощеного з парової фази.

В четвертому розділі проаналізовано механізми дефектоутворення в тонких плівках халькогенідів свинцю і олова під впливом радіаційного опромінення. Розраховано положення атомів у ГЦК кристалах з точковими дефектами, що дало можливість задовільно описати зміну сталої ґратки у плівках халькогенідів свинцю і олова в процесах вирощування, радіаційної і термічної обробок. Модель передбачала появу додаткових піків на дифракційних кривих з обох сторін від основного максимуму при значній концентрації дефектів. На основі розрахунків встановлено зменшення сталої ґратки в ГЦК кристалах при зростанні концентрації вакансій і пар Френкеля, що і було експериментально виявлено в епітаксійних плівках АIVВVI із збільщенням потоку альфа-частинок.

Запропоновано модель генераційно-рекомбінаційного механізму утворення радіаційних дефектів у процесі опромінення напівпровідників. Вважалось, що зміна концентрації носіїв заряду є лінійною комбінацію зміни концентрації френкелівських пар у підгратках халькогену і металу, а різниця концентрації дефектів френкелівських пар не змінюється. Виведена формула для опису залежності концентрації носіїв заряду від потоку опромінення. В результаті апроксимації експериментальних даних цією залежністю одержано