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

Описано процес ізотермічного відпалу дефектів для різних співвідношень реагуючих компонент у молекулярних і бімолекулярних реакціях. Одержано формули для ізохронного відпалу та проаналізовано вплив зміни кроку по температурі і часу.

На основі експериментальних даних (рис. 3) ізохронного відпалу епітаксійних плівок PbSe, опромінених альфа-частинками, одержано параметри дифузії халькогену і металу. Для дифузії селену –   см2с-1,   еВ; для дифузії свинцю –   см2с-1,   еВ.

П'ятий розділ присвячений питанням формування і аналізу властивостей діодів Шотткі на основі епітаксійних плівок селеніду свинцю.

На основі вимірювань вольт-фарадних характеристик діодних структур Pb (ln) -p-PbSe-Sn встановлено існування інверсійного шару n-типу біля поверхні p-PbSe. Проведено теоретичний розрахунок вольт-фарадних характеристик діодів Шотткі Pb (ln) -p-PbSe~Sn з інверсійною n-областю для випадку двозонної моделі Кейна. Аналіз одержаного виразу дає можливість стверджувати, що величина напруги відсічки суттєво залежить від зонної структури (непараболічності зон). Крім того, напруга відсічки визначається густиною об'ємного заряду, значенням ефективної маси на краю зони провідності і температурою. При значному впливу інверсійної області залежність C-2 від U – нелінійна.

Виконано розрахунок диференціального опору діодів Шотткі

Pb (ln) -p-PbSe~Sn при нульовому зміщенні для моделі паралельного з'єднання диференціальних опорів, обумовлених різними механізмами протікання струму: дифузійного ІД, генераційно-рекомбінаційного ІГ-Р і тунельного ІТ. На основі цих даних встановлено, що для діодів з концентрацією акцепторної домішки   см-3 в діапазоні температур   K основним механізмом проходження струму є генерація і рекомбінація носіїв заряду в області збіднення. При температурах вищих 170 К струм через діод визначається дифузійним механізмом. При   см-3 і температурах менших за 120 К зростає вплив тунельної складової на величину загального струму через діод.

Кращі діоди на основі епітаксійних плівок p-PbSe при Т=80 К мають величину R0A рівну 60 Ом. см2. При цьому величина виявної здатності для них складала   см. Гц1/2/Вт.

 

 

1. Вперше методами математичного планування багатофакторного експерименту одержані поліномінальні рівняння другого порядку, 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 операційних технологічних факторів (температур випаровування (ТВ=760-880 К), осадження (ТП=420-620 К), стінок камери (ТС=830-980 К), парціального тиску парів халькогену (  Па) та хімічного складу (х=0, 0 1, 0) при вирощуванні з парової фази методом гарячої стінки. Оптимізована технологія і визначені умови вирощування структурно досконалого тонкоплівкового матеріалу із високими електричними параметрами, р- та n-типу провідності.

2. Встановлені загальні закономірності зміни фізичних властивостей епітаксійних плівок твердих розчинів. Показано, що плівки PbSe1-XTeX ( ), (PbSe) Х (SnTe) 1-Х і Pb1-ХSnХTe ( ) при ТП=420-580К мають електронний тип провідності. Підвищення температури осадження веде до конверсії типу провідності і подальшого росту концентрації електронів. Епітаксійні плівки (PbSe) 1-Х (SnTe) Х і

Pb1-ХSnХTe складу мають тільки р-тип провідності. Підвищення температури осадження веде до зменшення концентрації дірок і росту їх холлівської рухливості. Плівки твердих розчинів (PbTe) 1 (SnSe) 1-Х і Pb1-ХSnХSe однофазні для складів  . При   в залежності від температури осадження, плівки можуть мати як n-, так і р-тип провідності, а при   – тільки р-тип.

3. Вперше запропоновані і побудовані технологічні діаграми типу «електричні властивості (n,  ) – температура випаровування (ТВ) – температура підкладок (ТП) – температура стінок камери (ТС) « – для монохалькогенідів свинцю і олова та «електричні властивості (n,  ) – хімічний склад (х) – температура підкладок (ТП) « – для твердих розчинів на їх основі, які дають можливість визначити умови вирощування тонкоплівкового матеріалу із наперед заданими властивостями.

4. 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, вперше визначені значення констант рівноваги утворення власних атомних дефектів у тонких плівках халькогенідів свинцю для температур 470-620 К. Одержані константи дають можливість прогнозувати умови синтезу тонкоплівкового матеріалу з низькою концентрацією носіїв заряду.

5. Змодельовано дифузійно-рекомбінаційний механізм ізохронного та ізотермічного відпалів власних атомних дефектів у бінарних сполуках. Проаналізовано вплив як внутрішніх (концентрація основних носіїв, енергія активації дифузії), так і зовнішніх (крок по температурі і по часу) параметрів процесу відпалу на зміну концентрації дефектів. Порівнюючи експериментальні дані з результатами розрахунків, визначено енергії активації процесів відпалу дефектів у плівках халькогенідів свинцю.

6. Враховуючи генераційно-рекомбінаційний механізм утворення радіаційних дефектів у тонких плівках АIVВVI при опроміненні їх альфа-частинками, одержано аналітичні вирази для опису залежності концентрації носіїв заряду від потоку опромінення, визначено значення коефіцієнтів генерації і розміри областей рекомбінації радіаційних дефектів.

7. Виконано розрахунок вольт-фарадних характеристик діодів Шотткі на основі епітаксійних плівок PbSe діркової провідності для моделі існування інверсійної n-області.

8. На основі моделі паралельного з'єднання диференціальних опорів, обумовлених різними механізмами протікання струму (дифузійного ІД, генераційно-рекомбінаційного ІГ-Р і тунельного ІТ) для діодів Шотткі Pb-p-PbSe-Sn, розраховано значення диференціального опору при нульовому зміщенні. Показано, що для концентрації акцепторноі домішки   см-3 при Т=  К основним механізмом проходження струму є генерація і