автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Физико-химические особенности жидкой эпитаксии твердых растворов в системе Pb-Sn-Te-Se на диэлектрических подкладках

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РЯБЕЦЬ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ

УДК 621.315.592.2:546.81’23’24

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ РІДИННОЇ ЕПІТАКСІЇ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ В СИСТЕМІ РЬ-Зп-Те-ве НА ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ПІДКЛАДКАХ

05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ХЕРСОН - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кіровоградському державному педагогічному університеті імені Володимира Вшшичеііка, Міністерство освіти Україні

Науковий керівник: кандидат технічних наук Царенко Олег Миколайович, доцент кафедри фізики Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Вшпшченка;

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Левінзон Давид Ідельович, Запорізьк державна інженерна академія, кафедра компонентів і матеріалі електронної техніки, завідувач кафедри;

доктор фізико-математичних наук, професор Одинцов Валенти Володимирович, Херсонський педагогічний інститут, проректор наукової роботи.

Провідна установа Чернівецький державний університет, кафедр напівпровідникового матеріалознавства, Міністерство освіти Україш м. Чернівці

Захист відбудеться "22" травня 1998 р. о ІЗ годині на засідань спеціалізованої вченої ради Д 19.01.07. при Херсонському державном технічному університеті за адресою: 325008 м. Херсон, Бериславсы шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонської державного технічного університету (325008 м. Херсон, Бериславсы шосе, 24)

Автореферат розісланий "2.0 " квітня 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена експериментальному та теоретичному дослідженню процесів рідинної епітаксії твердих розчинів сполук А4В6 на діелектричних підладках КС1 і ВаР2.

Актуальність теми. Вузькощілинні напівпровідники на основі твердих розчинів сполук А4Вб мають широке застосування в швидкодіючих спектрометрах високої роздільної здатності для контролю складу атмосфери, в молекулярній спектроскопії, системах космічного зв’язку та інші, як твердотільні джерела когерентного випромінювання в діапазоні довжин хвиль 2-50 мкм [1]. Фотоприймачі ж на їх основі володіють високою чутливістю, мають велику швидкодію відносно приймачів з домішковою провідністю, володіють значною радіаційною та термічною стійкістю, спектральною однорідністю та низьким рівнем шумів, що робить їх конкурентноспроможними поряд з аналогічними на основі сполук А2В6 [2]. Серед халькогенідів свинця-олова важлива роль належить чотирьохкомпонентним твердим розчинам (ЧТР) РЬі.х8пхТеі.у8еу, в яких зміна складу дозволяє регулювати величину ширини забороненої зони та параметру кристалічної решітки, і, отже, керувати властивостями напівпровідникових матеріалів. Крім цього, використання чотирьохкомпонентної системи РЬ-вп-Те-Зе дає можливість в певних межах максимально узгоджувати параметри кристалічних решіток підкладки та нарощуваного шару.

Обмеженість в застосуванні напівпровідникових халькогенідних матеріалів - підкладок, як правило, пов’язана зі структурною недосконалістю об’ємних монокристалів. А різниця в параметрах решіток між підкладкою та шарами вимагає застосування додаткових заходів: нарощування

буферних шарів та шарів із зміною складу для забезпечення ізоперіодності з епітаксійним шаром. Методи молекулярно-променевої, газофазної епітаксій та інші дозволяють уникати певних недосконалостей вирощування вищевказаних шарів, але їх велика собівартість та тривалість процесів обмежують широке використання при одержанні приладних структур в промислових умовах. Тому, досить перспективним є

застосування дешевих діелектричних підкладок типу КаСІ, КС1, ВаЕг, СаГ2 та ін. Останні вже мають широке застосування при одержанні напівпровідникових сполук А4В6 вищевказаними методами. Крім меншої собівартості діелектричних підкладок, в порівнянні з напівпровідниковими, перші оптично прозорі в діапазоні довжин хвиль 0,3-13 мкм, що дозволяє в приймальних пристроях використовувати освітлення зі сторони підкладки. Діелектрики відіграють і роль елементів електричної розв’язки, а деякі можуть бути відокремленими. Це також полегшує дослідження електрофізичних властивостей.

Одним з методів одержання приладних структур, який має досить широке застосування [3] та характеризується великими швидкостями росту епітаксійних шарів, керованістю, порівняно невисокими температурами процесів та меншою собівартістю обладнання при задовільній якості, є рідинна епітаксія (РЕ).

Крім того, вирощування на діелектричних підкладках приладних структур в системі РЬ-Зп-Те-Бе методом рідинної епітаксії дозволить покращити експлуатаційні характеристики існуючих гетероструктур. Аналіз технічної літератури свідчить, що проблеми росту методом РЕ твердих розчинів сполук А4Вб на діелектричних підкладках МаСІ, КС1 висвітлені не досить повно, а росту на ВаГ2 з рідкої фази майже не приділено уваги. Використання ж можливостей чотирьохкомпонентної системи в застосуванні до діелектричних підкладок обмежені тільки дослідженнями рідинної епітаксії на КС1.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дослідження пов’язана з науковим планом кафедри фізики Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка “Дослідження складних напівпроводникових та інших речовин” та мала зв’язок з науковими планами Інституту фізики напівпровідників НАН України, зокрема по темі 1.3.7.8. “Дослідження фізико-хімічних процесів в системі напівпровідник-активне середовище з метою створення наукових основ бездефектної технології одержання, обробки та контролю фотонапівпровідникових матеріалів”, була часткова фінансована Міжнародною Соросівською Програмою підтримки освіти в галузі точних наук.

з

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - фізико-хімічні дослідження процесів росту та розробка лабораторної методики одержання ізоперіодних малонапружених епітаксійних гетероструктур в системі РЬ-Зп-Те-Бе методами рідинної епітаксії. Для досягнення цієї мети необхідно було виконати такий комплекс задач:

- експериментальне дослідження процесів взаємодії розчинів-розплавів РЬ-Зп-Те-Бе з поверхнями підкладок КС1 і ВаР2 ;

- вирощування тонких буферних шарів ЧТР сполук Pbi.xSnxTej.ySey з пересичених ростових розплавів;

- пошук технологічних режимів одержання структурно-

досконалих твердих розчинів халькогенідів свинця-олова як з розчинів на основі РЬ і Єп, так і з альтернативних розчинників;

- розробка лабораторної методики вирощування приладних

гетероструктур на підкладках ВаР2 та дослідження їх робочих параметрів.

Наукова новизна одержуваних результатів

1. Вперше виконано систематичне дослідження взаємодії

розчинів-розплавів у системі РЬ-Єп-Те-Зе з діелектричними підкладками ВаР2 в процесі рідинної епітаксії.

2. Для одерження якісних р-п-гетеропереходів визначені технологічні режими вирощування тонких буферних шарів ЧТР РЬ1.х8пхТеі.у8еу на ВаР2.

3.Вперше розроблена лабораторна методика вирощування

методом рідинної епітаксії приладних структур на основі гетеросполук РЬ8пТе8е/ВаГ2.

4.Показано, що вирощування п-шару з альтернативного розчинника Те+Ві значно покращує робочі характеристики гетеродіодів.

Практичне значення одержаних результатів. Вперше вирощені ізоперіодні р-п-гетеропереходи в єдиному технологічному процесі з високопланарними границями розділу, які можуть бути використані, як матеріал для гетеродіодів ІЧ-діапазону. Вибір діелектричних підкладок ВаР2 обумовлений більшою міцністю та хімічною стійкістю, в порівнянні з КС1. Крім цього, використання підкладок ВаР2 дозволяє одержувати ненапружені епітаксійні шари за рахунок

близькості коефіцієнтів термічного розширення з матеріалами сполук А4В6 від температур росту до кімнатних включно.

Переваги розробленої технології полягають в:

- застосуванні стандартного обладнання для процесів РЕ, яке використовується в промисловості;

- порівнянно низької собівартості та структурної досконалості монокристалів діелектриків, використовуємих в якості підкладок;

- структурній досконалості та ізоперіодності епітаксійних шарів системи РЬ-Зп-Те-Бе, що досягається як застосуванням розчинника з вмістом Ві, так і узгодженням параметрів кристалічних решіток шарів та підкладки за допомогою нарощування тонких буферних шарів ЧТР на основі халькогенідів свинця-олова.

Результати роботи частково передані до ІФН НАН України та до Інституту прикладної фізики АН Молдови для виготовлення фотоприймачів. Акти використання результатів додаються.

Робота двічі відмічалась грантами (№Р8и052108, №Р8и072122) Міжнародної Соросівської Програми підтримки освіти в галузі точних наук (ІББЕР).

За проведений комплекс досліджень в 1997 р. присуджено стипендію Кабінету Міністрів України для молодих вчених (Постанова КМУ №1014).

Особистий внесок здобувача полягає:

- вперше для методу РЕ ЧТР системи РЬ-Бп-Те-Зе використано підкладки ВаР2 та запропоновано методику вирощування буферних шарів;

- апробовано ряд альтернативних розчинників та показано, що використання теллурового розчину-розплаву з визначенним вмістом Ві значно покращує експлуатаційні характеристики напівпровідникового матеріалу;

- уточнено склади ЧТР РЬі.хЗпхТеі.уЗеу, які відповідають р- та

0

п- типам провідності вздовж ізоперіодної лінії а=6,20 А, виключаючи легування;

- з використанням відомих методик [4] проведено вивчення можливостей росту малонапружених багатошарових епітаксійних гетероструктур твердих розчинів системи РЬ-Бп-Те-Бе;

- розроблено лабораторну методику вирощування р-п-

гетероструктур РЬ-Бп-Те-Бе , які є основою для діодів ГЧ-області спектру. ,

Основні положення, які виносяться на захист

1.На підкладках ВаЕ2 можливо одержувати малонапружені ізоперіодні р- та п- гетерошари ЧТР РЬЬхЗпхТеі.уЗеу, які є основою для приладних структур ІЧ-оптоелектроніки.

2.Висока якість гетероструктур забезпечується нарощуванням при ізотермічних умовах тонких буферних ізоперіодних шарів РЬх.хЗпхТе1уЗеу, в яких повинно міститись ве більше ніж в наступному епітаксійному шарі.

3.Добавка в теллуровий ростовий розчин Ві в співвідношенні 60:40 ваг.% в температурному діапазоні 860-873 К дозволяє вирощувати шари з густиною дислокацій до (5-8) • 104см'2 , концентрацією носіїв заряду -5 • 1017 см‘3 та рухливістю -103 см2/В-с (77 К).

4.Використання спеціальної технологічної оснастки дозволяє вирощувати в єдиному процесі ізоперіодні р-п-гетеропереходи на діелектричних підкладках ВаР2 , які є матеріалом для мезадіодів р-РЬБпТеБе/п-РЬБпТеБе/РЬБпТеБе (буферний шар)/ /ВаГ2, чутливих при 300 К до довжини хвиль -10 мкм.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на:

• І Міжвузівській конференції з матеріалознавства та фізики напівпровідникових фаз змінного складу (Ніжин,1991р.),

• 8 Всесоюзній конференції з росту кристалів (Харків, 1992р.),

• 10 Міжнародній конференції з росту кристалів (Сан-Дієго,СІНА, 1992р.),

• І Українській конференції молодих вчених і спеціалістів “Фізика і хімія складних напівпровідникових матеріалів” (Ужгород, 1992р.),

• 4 Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ 1993р.),

• 2 Українській конференції “Матеріалознавство та фізика напівпровідникових фаз змінного складу” (НіжинД993 р.),

• Міжнародній конференції, присвяченій 150-річчю з дня народження видатного українського фізика та електротехніка Івана Пулюя (Львів,1995 р.),

• 5 Міжнародній конференції з фізики та технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1995 р.),

• 23 Європейському конгресі з молекулярної спектроскопії (Балатонфюред, Угорщина^, 1996р.},

• Міжнародному семінарі з передових технологій багатокомпонентних твердих плівок та структур і їх застосування в фотоніці (Ужгород, 1996р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 11 наукових робіт. З них 7 статей, 1 огляд технічної літератури (препринт), 1 депонована робота та 2 тез доповідей на конференціях.

В роботах, які надруковані в співавторстві, Рябцю С.І. належить проведення експериментів з вирощування епітаксійних шарів [1-4, 6,7,9-11]; дослідження та аналіз температурних залежностей ефекту Холла [2,7,11]; аналітичний огляд про одержання напівпровідникових сполук А4В6 методом рідинної епітаксії [8]; теоретична та математична обробка даних процесів росту з рідкої фази [1-4,6,10,11] та обговорення результатів всіх праць.

Структура та об’єм роботи. Дисертація загальним об’ємом 163 сторінок наскрізної нумерації складається з вступу, чотирьох розділів, заключения, списку використаннях джерел, в тому числі 102 сторінок машинописного тексту, 56 рисунків,20 таблиць, 129 найменувань цитуємої літератури.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульована мета роботи, дана стисла характеристика дисертації, а також основні положення, які виносяться на захист.

В першому розділі приведено огляд технічної літератури по темі дисертації, описані загальні відомості про монокристали твердих розчинів халькогенідів свинця-олова, що включають

основні властивості сполук А4В0, особливості фазових рівноваг в системі РЬ-Бп-Те-Зе, загальні закономірності легування твердих розчинів цієї системи. Особливу увагу приділено технологічним, електрофізичним характеристикам, дослідженні структурної досконалості гомо- та гетероструктур твердих розчинів на основі А4В6, вирощених, методом рідинної епітаксії та які використовуються як приладні ( фотодіоди, інжекційні лазери та ін. ).

Наведений аналіз дає змогу зробити такі висновки:

• технологічні можливості методу РЕ для одержання малонапружених ЧТР РЬі.хЗпхТеЬу8еу на діелектричних підкладках відпрацьовані не досить повно, дані по РЕ на підкладках ВаР2 обмежуються двома роботами;

• значна різниця в параметрах кристалічних решіток твердих розчинів РЬі.хвПхТе та монокристалів ВаЕ2 не дозволяє одержувати методом РЕ суцільні структурно досконалі епітаксійні композиції РЬі.хЗпхТе/ВаГ2;

• не розглянута можливість використання альтернативних розчинників при РЕ твердих розчинів в системі РЬ-Бп-Те-Бе;

• відсутні відомості з технологічних умов одержання приладних напівпровідникових структур типу А4В6 на діелектричних підкладках ВаР2 при вирощуванні з рідкої фази.

За висновками визначені основні напрямки досліджень та сформульовані задачі роботи.

В другому розділі описується технологічне обладнання, оснастка, матеріали та приведено термограми процесів РЕ. Для виконанння роботи використовувалася промислова установка “Епос” вертикального типу, яка включала пристрої віброперемішування та видалення залишків ростових розчинів методом центрифугування. Перелік матеріалів містив дані по якості і чистоті згідно вимог, якими користуються в напівпровідниковому виробництві, та дані по травникам і режимам передепітаксійної підготовки. Наведено термограми процесів РЕ при програмному зниженні температури та вирощуванні в ізотермічних умовах. Розглянуто методики комплексного дослідження фізичних параметрів, за яким можна визначити густину дислокацій, склад, кінетичні

характеристики, ВАХ, здійснити математичну обробку результатів.

В третьому розділі викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень процесів, які відбуваються на міжфазних границях при РЕ твердих розчинів сполук А4Вб на ділектричних підкладках. На основі аналізу залежностей параметрів кристалічних решіток діелектриків N301, КС1, Ваіг від температури, даних про коефіцієнти термічного розширення та розрахунку критичних товщин, при яких відсутні дислокації неузгодження, та іншим характеристикам, віддано перевагу застосуванню діелектричних підкладок КС1 та ВаР2. Дослідження контакту розчину-розплаву з поверхнями підкладок виявило перевагу щодо адгезійних властивостей діелектрика ВаР2. Змочування поверхні останнього можливе навіть при товщині капіляра ОД мм, що нехарактерно для КС1. Для обох діелектриків травлення поверхні розчином-розплавом системи РЬ-Зп-Те-ве не спостерігалось. Негативно на змочування ростовим розчином впливала попередня обробка підкладок КС1 травником, що пояснюється їх гігроскопічністю.

Проведено дослідження ізоперіодного росту ЧТР Pbi.xSnxTej.ySey на підкладках ВаР2 і КС1 при програмному зниженні температури. На КС1 в межах критичних товщин (до 5 мкм) епітаксійні шари чотирьохкомпонентної системи РЬ-Зп-Те-Бе ростуть задовільно. Але таким структурам властиві великі внутрішні напруги, на що вказувало розтріскування та відшарування плівок при термоциклюванні від 300 до 77 К. Епітаксійні шари на підкладках ВаР2 характеризувались “острівкою” морфологією поверхні. Суцільні шари напівпровідника утворювались лише за умов у~0,1+1,0 К/хв і дТ-15 К. Густина дислокацій останніх, в порівнянні з підкладкою, значно зростала і не зменшувалась на поверхні. Для усунення вищевказаних негативних наслідків застосовувалась методика вирощування ізоперіодпих тонких буферних епітаксійних шарів ЧТР сполук А4В6 з пересичених розчинів-розплавів при ізотермічних умовах з використанням пар підкладок КС1 - КС1, ВаГ2 - ВаР2, КС1 - ВаГ2, КС1 -РЬо.вБпо.гТе, КС1 - РЬТео.дгЗео.ов» ВаР2 - РЬо.ввпо.гТе, ВаР2 -РЬТе0,928е0,о8. Дослідження проводились в інтервалі температур

823-873 К, при ЛТ=2-6 К та зазорах між підкладками 0,081,0 мм.

Епітаксійні шари на підкладках КС1 при будь-яких парах підкладок мали вигляд окремих кубічних монокристалів, що пояснюється малим об’ємом ростового розчину між підкладками та швидкою кристалізацією.

Вдавалось одержувати суцільні тонкі ізоперіодні гетерошари на КС1 у випадку пари підкладок КС1-напівпровідник.

Аналогічні результати одержували у випадку використання пари підкладок БаІ^У ВаГ2 та ВаГ2-напівпровідник. Коли капіляр утворювався парою діелектричних підкладок, не завжди вдавалось одержувати суцільні епітаксійні шари. Поверхня такого шару частіше всього представляла собою окремі островки росту різної кристалографічної орієнтації. Кращими виявились шари, вирощувані на парах підкладок ВаР2-напівпровідник:при

Тр=873 К, ДТ=4 К на ВаР2 одержували епітаксійні шари

0

задовільної структурної досконалості, товщиною до 300А.

З метою пошуку шляхів покращення структурної досконалості та електрофізичних параметрів одержуваних матеріалів, проведені дослідження з застосуванням альтернативних свинцю розчинників. Показано, що вирощування п-шару (Твирощ.=870 К, ДТ=5 К, иохл =0,1 К/хв) із розчину-розплаву (Ві-Те)+(РЬ-Зп-8е), де Ві:Те=40:60 ваг.% дає можливість одержати матеріал із значно кращими електрофізичними характеристиками ніж при вирощуванні із стандартних свинцево-олов’яних - ростових розчинів (див. табл.1).

Наведені електрофізичні параметри епітаксійних шарів РЬі.х8пхТеі.у8еу, вирощених на підкладках КС1 та ВаГ2, дозволяють зробити висновки, щодо розробки технологічних режимів вирощування ізоперіодних планарних гетероструктур системи РЬ-Бп-Те-Зе на КС1 та ВаГ2.

Четвертий розділ присвячений розробці лабораторної методики вирощування приладних матеріалів на підкладках ВаР2. Для системи РЬ-Зп-Те-Эе при температурах росту 763-963 К досліджено вплив насичених та пересичених багато-

Таблиця 1

Електрофізичні характеристики (при 300 К) гетерошарів РЬі.х8пхТеі.у8еу, одержаних рідинною епітаксією з різних рідких фаз на ВаГ2

Склад епітаксійного шару Розчинник та добавка Тросту к Тид про- відн. Концент. носіїв, см‘3 Рухливість носіїв, см2/Вс Густина дислок. см'2

РЬо.вБпо.гТео.гэБео,?! РЬ+Бп 793 П 4.5-Ю18 2.2-Ю3 8.1-105

РЬо,88По,2Тео,298ео,71 РЬ+Бп 873 п 2.510і9 7.2-102 6.0-105

РЬо,88по,2Тео,298ео,71 Те 793 П 3.610і8 9.1-Ю3 3.4 Ю5

РЬо,88По,2Тео,293е<),71 Те 873 П 6.0-101в з.з-ю3 4.2-Ю6

РЬо.вБпо.гТео.гэБео.п Те+Ві (20%) 873 п 2.210і9 1.2-103 4.1-Ю5

РЬо,88По,2Тео,298Єо,71 Те+Ві (40%) 873 п 1.510і9 8.1-102 2.6-104

РЬо.йБПо.гТео.ааЗеоДі Те+Ві (60%) 873 Іі 4.3-Ю19 2.7-102 5.3-106

компонентних розчинів-розшіавів на тонкий буферний шар та наступні епітаксійні шари з урахуванням термодинамічного критерію стійкості міжфазної границі [5]. Підтверджено, що високопланарні структури РЬБпТеБе одержуються за умови вмісту селена більше в попередньо вирощуваному шарі.

Розглянуто проблеми, які виникають при проведені гомогенізації розчинів-розплавів в протоці водню і пов’язані з термоокисленням поверхні буферних шарів, які знаходяться в температурній зоні ростових розчинів. Щоб уникнути негативного впливу 02, який залишається на рівні домішок навіть після високоякісних очисток водню, пропонується витримувати касету з структурами в більш холодній зоні. Експериментально встановлені швидкості введення касетотримача в робочу зону при процесах рідинної епітаксії.

Методом рідинної епітаксії при програмному знижені температури на діелектричних підкладках ВаГ2 з тонкими буферними шарами вирощені ізоперіодні гетероструктури ЧТР системи РЬ-Зп-Те-Єе, концентрації компонентів яких

. . .... о

розраховувались вдовж хзоперюдної лінії ашару=аВаГ2=6,20 А за

формулою:

0,261 - 0,134 • х

У = —1------------------1-.

7 0,3345 - 0,0175 х

де склад Бе змінювався в межах 0,36<\уае<0,48, а олова -0<у8П<1,57. При цьому склади твердих розчинів, які відповідають інтервалам 0,25<х<0,7 при 0,52<у<0,69, слід уникати з причини невідтворюваності матеріалів сталого типу провідності, що добре узгоджується та уточнює результати [6]. Дослідження кінетичних параметрів виявило подібність в залежностях постійної Холла від температури та рухливості носіїв заряду від температури в порівнянні з аналогічними багатокомпонентними твердими розчинами РЬі.хБпхТеі.уБеу, вирощеними на підкладках КС1. Але рухливість основних носіїв, як при Т=77 К, так і при Т=300 К виявилась дещо вищою.

Отже, тверді розчини четверної системи РЬ-Бп-Те-Бе дають можливість при однакових параметрах кристалічної решітки забезпечити різну ширину забороненої зони, що досить важливо при створенні ідеальних гетеропереходів.

Епітаксійні шари р-типу вирощувались при програмному охолодженні розчину-розплаву в діапазоні 834-804 К зі швидкістю охолодження 0,2, К/хв, та мали товщину 3-5 мкм. Епітаксійні шари п-типу нарощувались з теллур-вісмутових розчинів в діапазоні температур 873-853 К зі швидкістю 0,1 К/хв, мали товщину 10-15 мкм. Буферні шари РЬі.хБпхТеЬуБеу вирощувались в окремому ізотермічному процесі із пересичених

розчинів розплавів при температурі росту 883 К, ДТ=4 К, їх

0

товщина - 300А.

В цілому, в єдиному технологічному процесі, виключаючи легування, вирощені р-п-гетероструктури типів:

р-РЬоі28по,8Тео,528ео,48/п-РЬо,88по,2Те0.298ео.71/РЬо.98по1іТео.2б8е0,74/ВаР2;

р-РЬо,258по,75Тео.5о8ео>5о/п-РЬо.88по,2Те0,298ео,7і/РЬо,а8по.іТео,268еод4/ВаК2;

Р-РЬо.зЗподТео^зЗео.бг/п-РЬо.вЗпо.гТео гоЗео.ті /РЬо.дЗпо.іТео.гбЗео^/ВаРг-

Характерні ВАХ гетеродіодів на їх основі показані на рисунку 1 (1 -підкладка ВаРг, 2 - КС1 [7], за списком

опублікованих праць), де:

- прямі вітки апроксимуються

залежністю І ~ ехр(еи/пкТ),

1,6<п<2;

- обернені (відповідно 2, 2') -1

~ и“, а-0,6.

і і її

1 11 1 1

10і

рис. 1

-2

о

10

10

їх порівняльна характеристика

свідчить про одерження більш досконалих гетерошарів на підкладках фтористого барію.

1. Аналіз переваг та недоліків діелектричних підкладок, які застосовуються при РЕ твердих розчинів сполук А4В6 дозволяє зупинитись при виборі на КС1 та ВаР2, які характеризуються близькими відносно ЧТР РЬвпТеЗе параметрами решіток та задовільним узгодженням КТР.

2. Порівняльна характеристика процесів росту з рідких фаз системи РЬ-Зп-Те-Бе свідчить:

- при критичних товщинах до 8 мкм можна отримувати епітаксійні шари РЬі.х8пхТеі.у8еу задовільної якості на підкладках КС1, але різниця в КТР веде до відшарування та розтріскування епішарів при зміні від температур вирощування до робочих температур;

- застосування в якості підкладок ВаР2 не дозволяє відтворювано отримувати суцільні гетерошари в різних технологічних умовах при програмному зниженні температури.

3. На підкладках фтористого барію в ізотермічних умовах

(температура росту 883 К, ДТ=4 К) при зазорах між парою

підкладок ВаЕ2 - PbTeo.92Seo.08. приблизно 0,1 мм вирощені

0

структурно досконалі тонкі епітаксійні шари (Ь=200-300 А), які можуть бути використані як буферні для епітаксії гетероструктур при програмному зниженні температури.

ВИСНОВКИ

4. Нарощування епітаксійних шарів твердих розчинів сполук А4В6 на тонкі буферні шари показало повну відповідність з критерієм термодинамічної стійкості міжфазної границі в багатокомпонентних системах: для забезпечення планарності гетерограниці кількість селена в кожному наступному епішарі повинна бути меншою, ніж в попередньому.

5. Запропоновані методи усунення негативного впливу на якість вирощуваних гетерошарів методом рідинної епітаксії гомогенізації в потоці водню та швидкого введення в робочу зону касети з підкладками, які полягають в поступовому підвищенні температури з ДТ-5-10 К та витримці касети з підкладкотримачем при гомогенізації в більш холодній, в порівнянні з ростовим розчином, температурній зоні.

6. Використання Ві-Те розчинів дозволяє покращити морфологічну досконалість та електричні характеристики епітаксійних шарів РЬі.х8пхТе1.у8еу в порівнянні з традиційним -свинцево-олов’яним, при таких технологічних умовах: ТВИрощ=870 К, АТ=5 К, оохл =0,1 К/хв.

7. Розраховані склади чотирьохкомпонентних гетероспо-

4 6 0

лук типу А В вздовж ізоперіодної лінії а=6,20 А р-п-типів з відповідними Еи при 300 та 77 К. Вирощені методом РЕ гетероструктури обох типів провідності вздовж ізоперіодної лінії. Проведені дослідження кінетичних та електрофізичних параметрів показали значне покращення якості структур в порівнянні з аналогічними на КС1.

8. Розроблена лабораторна методика вирощування приладних гетероструктур на підкладках ВаР2 в єдиному технологічному процесі з рідкої фази. Одержані р-п-гетеропереходи характеризувались різкими гетерограницями та відсутністю напруг, між підкладкою та епішарами, викликаних у випадку з підкладками КС1, різними коефіцієнтами термічного розширення підкладки та епішару. Такі висновки зроблені з аналізу ВАХ, де: прямі ВАХ наближались до виду І~ехр(еи/пкТ) в діапазоні від ЗО до 90 мВ, а обернені - І~и“, починаючи з ІІ=80мВ. Коефіцієнт п змінювався від 2 до 1.6, а а-0.6, що характерно для рекомбінаційно-генераційного та генераційного механізмів протікання прямих та обернених струмів відповідно.

9. Результати досліджень показали перспективність методу РЕ стосовно напівпровідникових сполук типу А4В6. З урахуванням підбору відповідних технологічних умов можливо одержувати гомо- та гетероструктури системи РЬ-Эп-Те-Бе на підкладках ВаР2> які знайдуть своє місце в якості приладного матеріалу для оптоелектроніки середньої та дальної області 14-спектру без глибокого охолодження.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Жовнир Г.И., Царенко О.Н., Трейгер Б.А., Волков Л.А., Рябец С.И. Некоторые свойства твердых растворов РЬі_х8пхТе, выращенных на монокристаллах КС1 //Изв. АН СССР. Неорган.материалы.-1991.-Т.27, №3.-С.491-494.

2. Жовнир Г.И., Рябец С.И., Трейгер Б.А., Царенко О.Н. Легирование РЬі.х8пхТе переходными металлами//Изв. АН СССР. Неорган. материалы.-1992.-Т.28, №4.-С.899-901.

3. Жовнир Г.И., Царенко О.Н., Рябец С.И. Влияние термообработки на качество гетеропереходов РЬі.х8пхТе/ /РЬТеі.у8еу //РАН. Неорган. материалы.-1993.-Т.29, №3.-С.437-439.

4. Жовнир Г.И., Рябец С.И., Царенко О.Н. Омические контакты к твердым растворам РЬі.хвпхТе//РАН. Неорган. материалы.-1993.-Т.29, №5.-С. 719-720.

5. Жовнир Г.И., Царенко О.Н., Рябец С.И. Жидкофазная эпитаксия твердых растворов РЬі.х8пхТе с варизонным распределением компонентов //РАН. Неорган. материалы.-1996.-Т.32, №6.-С.687-689.

6. Царенко О.Н., Рябец С.И. Изотермическая жидкофазная эпитаксия твердых растворов соединений А4В6// Функциональные материалы.-1997.-Т.4, №2.-С.302-304.

7. Царенко О.Н., Рябец С.И. Свойства гетероструктур на основе твердых растворов халькогенидов свинца-олова// Петербургский журнал электроники.-1997.-№2 (15). -С.20-23.

8. Рябець С.І., Царенко О.М. Особливості рідиннофазної епітаксії твердих розчинів сполук А4Вб та їх властивості (огляд літератури).-Кіровоград:1995.-51 с. (Препр./Мін. Освіти України. КДПІ ім. В.К. Винниченка;Сер.Фізика;1-95).

9. Жовнир Г.И., Серый В.И., Царенко О.Н., Рябец С.И. Исследование гетерогенных равновесий в системе РЬ-8п-Те-8е//Ред.сб.Электронная техника.Сер.6. Материалы.-М.,1989.-8 с. Деп. в ЦНИИ “Электроника”1989, М°Р-5140.

10. Царенко О.М., Рябець С.І. Одержання тонких плівок твердих розчинів сполук А4Вб методом релаксаційної РФЕ//5 Міжнар. конф. з фізики і технології тонких плівок.-Ч.1.-Івано-Франківськ: Прикарпатський університет ім. В.Стефа-ника, 1995.-С.25.

11. Tsarenko O.N., Ryabets S.I., Volchancki O.V. About the possibilities of the liquid epitaxy growing of semiconductor heterostructures of the A4B6 solid solutions with smooth borders of separation//XXIII European congr. of molecular spectroscopy. Balatonfiired (Hungary).-1996.-P.-413.

ЦИТУЄМА ЛІТЕРАТУРА

1. Шотов А.П. Физические иследования узкозонных полупроводников и создание на их основе перестраиваемых лазеров инфракрасного диапазона//Вествик АН СССР.-1986.-№6.-С.3-9.

2. Сизов Ф.Ф. Твердые растворы халькогенидов свинца и олова и фотоприемники на их основе//ЗЭТ.-1977.-№24(170).-С.З-48.

3. Уфимцев В.Б., Акчурин Р.Х. Физико-химические основы жидкофазной эпитаксии.-М:Металлургия, 1983.-224с.

4. Даварашвили О.И., Криалашвили И.В., Харшишвили И.К. и

др. О критических толщинах эпитаксиальных слоев Pbx.xSnxSei.yTey, выращенных на подложках PbSe и Pb0,75Sn0>25Te//Coo6.AH Груз.ССР.-1984.-Т. 116,№2.-С.293-

296.

5. Домбругов М-Р. Моделирование жидкофазной эпитаксии полупроводниковых твердых растворов А4В6. Дис... канд.техн. наук:05.27.06. - К.,1988.-191с.

6. Даварашвили О.И., Зломанов В.П., Криалашвили И.В. и др. Состав и тип проводимости эпитаксиальных слоев

Pb^SnxSebyTey/zTJAH СССР. - 1983.-Т.272, №6.-С.1371-1374.

7. Жовнир Г.И., Царенко О.Н. Жидкофазная эпитаксия изопериодических гетероструктур в системе РЬ-8п-Те-8е//Ж. техн. физ. - 1989. - Т.59, №9. - С. 176-178.

АНОТАЦІЯ

Рябець С.І. Фізико-хімічні особливості рідинної епітаксії твердих розчинів в системі РЬ-Эп-Те-Бе на діелектричних підкладках.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06.- технологія, обладнання та виробництво електронної техніки.- Міністерство освіти України. Херсонський державний технічний університет, Херсон, 1998.

Дисертацію присвячено проблемам технології вирощування твердих розчинів халькогенідів свинця-олова методом рідинної епітаксії на діелектричних підкладках. В дисертації розроблено методику вирощування приладних гетероструктур системи РЬ-Яп-Те-Бе на підкладках ВаГ2. Ізоперіодичні чотирьохкомпонентні р-п-гетеропереходи одержували в єдиному технологічному процесі, виключаючи легування, та характеризувались стійкими електрофізичними параметрами. Застосування підкладок ВаР2 дозволяє уникнути напруг, які викликані, в порівнянні з КС1, різними коефіцієнтами термічного розширення. Ізоперіодичність та структурна досконалість епітаксійних шарів забезпечувалась використанням тонкого буферного шару РЬі.х8пхТеі.у8еу. Основні результати праці підтверджені актами використання провідних фахових установ України та СНД.

Ключові слова: рідинна епітаксія, тверді розчини,

технологічні режими, діелектричні підкладки, ізоперіодні гетероструктури.

АННОТАЦИЯ

Рябец С.И. Физико-химические особенности жидкофазной эпитаксии твердых растворов в системе РЬ-вп-Те-Бе на диэлектрических подложках.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06.- технология,

оборудование и производство электронной техники. -Министерство образования Украины. Херсонский государственный технический университет, Херсон, 1998.

Диссертация посвящена проблемам технологии выращивания твердых растворов халькогенидов свинца-олова методом жидкофазной эпитаксии на диэлектрических подложках. В диссертации разработана методика выращивания приборных гетероструктур системы Pb-Sn-Te-Se на подложках BaF2. Изопериодные четырехкомпонентные р-п-гетеропереходы получали в едином технологическом процессе, исключая легирование, и характеризовались качественными морфологическими и электрофизическими параметрами. Применение подложек BaF2 позволяет избежать напряжений, вызванных, в сравнении с КС1, разными коэффициентами термического расширения. Изопериодичность и структурное совершенство эпитаксиальных слоев обеспечивается ИСПОЛЬЗОВаНИеМ ТОНКОГО буферного СЛОЯ Pbi.xSllxTei.ySey. Основные результаты работы подтверждены актами использования ведущих организаций Украины и СНГ по данной специальности.

Ключевые слова: жидкофазная эпитаксия, твердые растворы, технологические режимы, диэлектрические подложки, изопериодные гетероструктуры.

ANNOTATION

Ryabets S.I. Physical and Chemical Peculiarities of the Liquid- Phase Epitaxy of the Solid Solutions in the Pb-Sn-Te-Se System on Dielectrical Substrates. - Manuscript.

The Dissertation for the Candidate Degree in Technical Sciences: Speciality 05.27.06 - technology of equipment and devices of electronic facilities.-The Ukraine Ministry of Education. Kherson State Technical University. Kherson, 1998.

The dissertation is dedicated to the problems of the technology of growing of halcogenydy lead-tin solid solutions by the liquid -phase epitaxy method on dielectrical substrates. The methodology of the heterostructures of Pb-Sn-Te-Se systems on BaF2 substrates growing for electronic devices have been elaborated. Isoperiodical four-component p-n-heterofunctions were

obtained in a continuous technology process excluding alloying. The application of BaF2 substrates allowed to avoid stresses which can be caused, in comparison with KC1, by the thermal expansion coefficients differences. The isoperiodicity and structural perfection of the epitaxial layers were ensured by the using of Pbi.xSnxTei.ySey thin buffer layer. The main results of the dissertation are confirmed by their application in the leading professional institutions of Ukraine and of the SIS.

KEY WORDS: liquid-phase epitaxy, solid solution,

technological regimes, dielectrical substrate, isoperiodical heterostructures.

Підп. до друку 17.04.98. Формат А5. Папір офсет. Друк різограф. Ум. др. арк. 1. Тираж 100. Зам. № 519.

Редакційно-видавничий центр Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка 316050, Кіровоград-50, вул. Шевченка, 1.