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

Структура дисертації. Дисертація викладена на 124 сторінках тексту, містить 49 рисунків та 8 таблиць, складається з вступу, чотирьох глав, висновків, списку цитованої літератури із 171 найменування.

 

 

В першій главі проведено літературний огляд по основним напрямкам дисертаційної роботи. Розглядаються методи отримання ZnO як у монокристалічному, так і полікристалічному стані. Для отримання монокристалів використовують гідротермальний метод вирощування, який дозволяє отримувати кристали значних розмірів (кілька кубічних сантиметрів), до недоліків цього метода відноситься великий тиск в робочій зоні. Для отримання полікристалічних плівок використовують методи осадження з парової фази, розпил імпульсним лазером, радіочастотний розпил. Порівняно основні фізичні властивості та приведено області застосування оксиду цинка (п'єзоелектричні перетворювачі, варистори, хімічні сенсори, захисні та інтерференційні покриття), отриманого різними методами.

Приведено огляд робіт, присвячених вивченню процесів окислення деяких напівпровідникових сполук AIIBVI. На підставі огляду встановлено, що в літературі недостатньо розглянуто кінетику окислення напівпровідникових сполук ZnS, ZnSe, ZnTe, а дані про окислення сполук CdS, Zn1-хMgхSe, Cd1-хZnхTe відсутні.

Наведено літературні дані досліджень твердого розчину Zn1-хMgхSe, і визначено що до останнього часу приділялось недостатньо уваги дослідженню цього матеріалу. На підставі порівняння літературних даних про фізичні властивості Zn1-хMgхSe та даних по матеріалам оптики ІЧ діапазону, зроблено висновок про перспективність Zn1-хMgхSe як матеріалу оптики ІЧ діапазону та важливість подальших досліджень цього матеріалу.

На підставі літературного огляду зформульована основна мета дисертаційної роботи та визначені конкретні задачі, вирішення яких необхідне для досягнення основної мети.

В другій главі викладено методики досліджень, що використовувались під час виконання дисертаційної роботи. Дослідження кінетики окислення напівпровідникових кристалевих зразків сполук АІІВVI проводили як традиційними методами (ІЧ спектрометрія), так і за допомогою оригінальної установки, створеної за розробленою методикою. Така автоматизована окислювальна установка дозволяє неруйнівним методом досліджувати кінетику утворення інтерферуючого оксидного шару під час термообробки в інтервалі температур, від кімнатних до 950 К та під впливом різноманітних зовнішніх чинників.

Досконалість кристалічної структури та фазовий склад зразків досліджувались за допомогою рентгеноструктурного та рентгенофазного аналізу на дифрактометрі D 500 фірми Siemens. Елементний склад та морфологія поверхні зразків досліджувалися за допомогою скануючого електронного мікроскопа JSM-820 з системою енергодисперсійного мікроаналізу Link AN10/85S. Спектри пропускання зразків у видимому діапазоні та середньому ІЧ діапазоні отримані за допомогою спектрофотометрів СФ-56 та ИКС-29. Мікрокрихкість, мікротвердість та склерометричні дослідження проводились на мікротвердомері ПМТ-3. Коефіцієнти оптичного поглинання та променева міцність в ІЧ діапазоні, фоточутливість, вольт-амперні характеристики та температурні залежності електричного опору та вольт-амперних характеристик зразків досліджувались за стандартними методиками.

В третій главі викладено основні результати досліджень процесів окислення напівпровідникових сполук ZnS, ZnSe, CdS, ZnTe, Cd1-хZnхTe, Zn1-хMgхSe.

Відомо, що опромінення поверхні монокристалів ZnSe призводить до збільшення швидкості утворення оксидних шарів [4], при цьому одним з можливих механізмів впливу опромінення є утворення озону, який має більшу окислювальну здатність, ніж кисень. Для обгрунтування цього припущення в даній роботі вперше проведено термодинамічний аналіз реакцій окислення напівпровідникових сполук AIIBVI в атмосфері озону. Розраховано константи рівноваги окислювальних реакцій. В таблиці 1 наведено можливі реакції окислення селенідів цинку та кадмію, коефіцієнти для визначення констант рівноваги за формулою lg Kp=A-B/T в залежності від температури для реакцій окислення селенідів кадмію та цинка, та приведено значення констант рівноваги для реакцій окислення в атмосфері озону у порівнянні з літературними даними для окислення в атмосфері кисню при однаковій температурі 733 К. Як видно з таблиці, окислення сполук AIIBVI в атмосфері озону має значно більшу вірогідність протікання реакцій, що підтверджує припущення про прискорюючу дію озону.

 

Таблиця 1

Реакції окислення селенідів цинку та кадмію в атмосфері озону та коефіцієнти для находження констант рівноваги відповідних реакцій

 

Як видно на рис. 1, константи рівноваги реакцій окислення в атмосфері озону значно перевищують константи рівноваги реакцій окислення в атмосфері кисню в широкому інтервалі температур.

Для можливості проведення більш детальних досліджень процесів утворення оксидних плівок та на підставі аналізу існуючих методів контролю окислення створено модернізований спосіб контролю та автоматизована установка, за допомогою якої досліджувалась кінетика утворення оксидних шарів. При дослідженні контролювалося відбите лазерне випромінювання та випромінювання, що пройшло крізь зразок. При утворенні оксидного шару криві відбиття та пропускання коливаються в протифазі. Встановлено, що в деяких випадках криві відбиття мають особливості: зменшення амплітуди коливань та биття.

За допомогою математичного моделювання теоретично розглянуто інтерференційні процеси в зразках, що окислюються. Проаналізовано моделі для двох випадків: з врахуванням розсіювання контролюючого лазерного випромінювання в оксидних плівках та з врахуванням неоднорідності товщини (рис. 3), при цьому вважалося, що товщина нормально розподілена навколо середнього значення з певним середньоквадратичним відхиленням