автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка и исследование тонкопленочных структур для фотопреобразователей и оптических носителей информации

Державний університет “Львівська політехніка” с.-?'

X;

Ч

ЦІЖ Богдан Романович

УДК 539.23:535:621.38:621.315

Розробка і дослідження тонкоплівкових структур для фотоперетворювачів та оптичних носіїв інформації

05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Дисертацією є рукопис », Л-:‘ г;;а

Робота виконана у Львівській академії ветеринарної медицини ім.

С.З.Гжицького Міністерства агропромислового комплексу України

та Львівському НВП “Карат” Міністерства промислової політики

України

Науковий консультант: доктор фіз.-мат.наук, ст. наук, співроб.

: ‘ ' Шпотюк Олег Йосипович, НВП “Карат”,

заступник генерального директора.

Офіційні опоненти: ..доктор ,фіз.-мат. наук, професор Курин

' "" Михайло Васильович, Інститут фізика

НАН України, зав. відділом; доктор тех. наук, ст. наук, співроб. Ашеулов Анатолій Анатолійович, Інсти-■ тут термоелектрики НАНУкраїни, голов

- ний наук, співроб.;

доктор тех. наук, професор Дружинік Анатолій Олександрович, Державний університет “Львівська політехніка”, про фесор.

Провідна організація: Інститут проблем реєстрації інформації

НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться 12 червня 1998 р. о 14 год. на засіданні спеціа лізованої вченої ради Д 04.06.18 при Державному університет “Львівська політехніка” (290646, м.Львів-13, вулиця С.Бандери, 12)

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці університе ту (вул.Професорська, 1)

Автореферат розісланий ’

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Загальна характеристика роботи

. Актуальність теми. Твердотільні тонкоплівкові структури (ТС) є основою сучасних функціональних пристроїв мікроелектроніки та інтегральної оптики. Проблеми розробки, виготовлення, використання і вдосконалення ТС є надзвичайно важливими, особливо в контексті їх відтворення, підвищення ефективності та стабільності, зменшення інерційності, розмірів і собівартості.

Визначальними умовами при формуванні комплексу необхідних фізико-хімічних властивостей ТС є вибір матеріалів і відповідних технологій їх отримання. Підбором,та оптимальним поєднанням вказаних факторів можна успішно прогнозувати і цілеспрямовано задавати параметри ТС. Так, зокрема, використання гетеропереходів неорганічних напівпровідників (НН) з органічними (ОН) дозволяє розробити фотоперетворювачі з унікальними експлуатаційними характеристиками за рахунок розширення спектрального діапазону їх фоточутливості та формування потенціальних бар’єрів, висота яких істотно більша, ніж на межі розділу ОН/метал. Для досягнення цього необхідно, в кінцевому випадку, щоб тонкоплівкові складові вказаних гетероструктур володіли специфічними фізичними властивостями — мінімальною швидкістю рекомбінації нерівноважних носіїв струму на поверхні плівки, максимальною довжиною їх дифузії та ін. До наших досліджень ТС з межею розділу ОН/НН не були все-сторонньо і детально вивчені.

При розробці одних з найперспективніших елементів сучасної інформаційної техніки — оптичних запам’ятовуючих носіїв та пристроїв управління світловим випромінюванням (модуляторів і дефлекторів) ТС також впливають на їхні робочі характеристики, визначаючи не тільки властивості реєструючого чи модулюючого середовища, але й здатність ними керувати. Остання реалізується за допомогою ряду конструкторсько-топологічних рішень, тобто оптимальним підбором спеціальних тонкоплівкових керуючих структур, матриць, електродів, допоміжних шарів та інших елементів, які забезпечують результативну і керовану дію на властивості матеріалу необхідних зовнішніх полів (електричних, магнітних, теплових та ін.).

Таким чином, оптимізація матеріалів ТС та технологічних процесів їх отримання сприяють успішному вирішенню цілого комплексу важливих народно-господарських задач, пов’язаних із створенням високоефективної елементної бази для сучасного електронного обладнання нового покоління.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження дисертаційної роботи проводились у відповідності з тематичними планами більше як десяти науково-дослідних та дослідно-конструкторських держбюджетних і госпдоговірних робіт в Львівському НДІ матеріалів Науково-виробничого підприємства “Карат” з 1979 по 1992 рік згідно комплексних цільових програм ряду міністерств і відомств колишнього СРСР (№№ держреєстрацій Ф1470, Ф19685, Ф33335, Ф33336 та ін.), а також в рамках науково-дослідних і пошукових робіт кафедр фізики і загальнотехнічних дисциплін Львівської академії ветеринарної медицини ім. С.З. Гжицького з 1992 по 1998 рік.

Мета і задачі дослідження. Комплексне систематичне дослідження технологічних особливостей отримання ТС для створення на їх основі ряду оригінальних пристроїв функціональної електроніки, включаючи фотоперетворювачі, електро-, магніто-, акустооптичні та фо-тотермопластичні носії інформації.

Для досягнення вказаної мети вирішувались наступні завдання:

- розробка нових технологічних методів отримання плівкових гетероструктур типу ОН/НН та ряду змішаних ТС для фотоперетворювачів, оптичних носіїв інформації і модулюючих пристроїв;

- дослідження фізичних властивостей плівок, які входять в ТС, та їх залежностей від технологічних факторів отримання;

- вибір матеріалів, топології і конструкції плівкових фотоперетворювачів ОН/НН і ряду оптичних носіїв інформації;

- дослідження впливу технологічних параметрів отримання на електричні та фотоелектричні властивості тонкоплівкових гетероструктур сульфоселеніду кадмію з ОН і пошук шляхів збільшення ефективності перетворення ними світлової енергії в електричну;

- оптимізація технологічного регламенту отримання фотоперетворювачів і деяких оптичних носіїв інформації на основі плівкових багатошарових структур;

- розробка, виготовлення і дослідження оптичних носіїв інформації та модуляторів світла з використанням запропонованих тонких плівок і структур на їхній основі.

Основними об’єктами досліджень були тонкі плівки твердих розчинів сульфоселенідів кадмію, ОН з класу лінійних поліаценів і металофталоціанінів, а також ТС на їхній основі.

Для розробки та оптимізацїї ТС і пристроїв на їхній основі в роботі використовувались наступні методи досліджень тонких плівок: рентгеноструктурний аналіз і мікроаналіз, спектрометрія оптичних

з

та фотоелектричних властивостей, вимірювання електрофізичних властивостей та ВАХ, дослідження процесів ’’старіння” ТС в вакуумі та під дією атмосферних факторів, при освітленні і в темноті. Експериментальні результати математично оброблялись на ЕОМ з подальшими розрахунками аналітичних виразів експериментальних залежностей і побудовою відповідних графічних зображень.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті проведених досліджень створені науково-технологічні основи отримання ТС для функціональних пристроїв різноманітного призначення. В даній роботі вперше:

1. Розроблені основи технології отримання і проведені комплексні дослідження властивостей тонкоплівкових гетероструктур сульфосе-ленідів кадмію з ОН із ряду лінійних поліаценів і фталоціанінів. Вивчені межі розділу плівок СсІБд ве0 4 з ОН і визначені висоти 'потенціальних бар’єрів на цих межах, встановлено, що область просторового заряду зосереджена в шарі сульфоселеніду кадмію, а швидкість рекомбінації нерівноважних носіїв струму на межі розділу НН/ОН є на порядок меншою в порівнянні з іншими структурами на основі сульфо-селенідів кадмію.

2. Розроблені способи виготовлення прозорих омічних контактів, просвітляючих та захисних шарів для фотоперетворювачів і елект-ро-, магніто- та акустооптичних модуляторів світла. Запропоновані тонкоплівкові електроди і покриття істотно покращили (в 1,2 - 5 разів) ккд, дифракційну ефективність, динамічний діапазон, оптичну контрастність, світлопропускання та ін. експлуатаційні параметри вказаних пристроїв.

3. На основі детального аналізу залежностей властивостей конденсатів від технологічних умов їх отримання, а також порівняння відомих методів отримання тонких плівок сполук АПВУІ розроблені способи термічного напилення у вакуумі однорідних та стабільних плівок халькогенідів кадмію з необхідними властивостями при використанні нових конструкцій квазіефузійного випаровувача та модифікованого методу “горячої стінки”.

4. Запропоновано використання в фототермопластичних носіях інформації та рідкокристалічних модуляторах світла тонких плівок ОН для фотопровідників керуючих структур, що дозволило вдвічі і більше розширити спектральний діапазон чутливості, інформаційну місткість і діапазони форматів інформації.

5.Запропоновані і реалізовані конструкції магнітооптичних модуляторів світла з використанням світлоконтрастних струмопровід-

них матриць, зокрема із непрозорим для робочої довжини хвилі діелектриком, що привело до збільшення ефективності магнітооптичних носіїв в 1,5 раза.

6. Показано, що розроблені методи отримання багатошарових ТС дозволяють виготовляти інтерференційні структури для керування потоками нейтронів на основі почергових пар ізотопів нікелю, і визначені технологічні фактори для максимального відбивання ними холодних нейтронів.

Практичне значення одержаних результатів. На основі комплексного і систематичного дослідження технологічних особливостей отримання ТС розроблено і виготовлено наступні функціональні вузли та пристрої електронної техніки:

1. Магнітооптичні керовані транспаранти на основі світлокон-трастних струмопровідних матриць.

2. Електрооптичні просторово-часові модулятори світла типу “ПРИЗ” з прозорими електродами, що поєднують в собі функції антивідбиваючих покриттів.

3. Фототермопластичні носії інформації з шаром ОН для реалізації процесів проявлення, записування і стирання оптичної інформації світлом з довжиною хвилі як більшою, так і меншою, ніж при експонуванні і зчитуванні.

4. Акустооптичні модулятори світла з наявністю додаткових про-

світляючих покриттів. '

5. Поелементні оптичні носії інформації з використанням тонких плівок ОН.-

6. Багатошарові ТС для магнітооптичних носіїв інформації та інтерференційних систем для керування потоками нейтронів.

7. Тонкоплівкові гетероструктури для тильнобар’єрних ФП.

8. Бар’єрні структури на основі ОН для швидкодіючих сенсорів газів.

Новизна практичних розробок захищена авторськими свідоцтвами на винаходи (№ 189103; № 204216; № 206216; № 233290; № 1565206; N2 1812895; № 1793406; № 1664045; поз.ріш. на заявку № 4539572/21/01698).

Реалізація і впровадження результатів роботи. Запропоновані розробки впроваджені в НВП “Карат”, ВО “Полярон”, ВО “Мікроприлад”, НТЦ “Мікроелектроніка” та ТзОВ “Львівелектроніка” м.Львова і на заводі “Граніт” м. Дрогобича для виготовлення магнітооптичних керованих транспарантів (АУ35.089.000 ТУ), електрооптичних просторово-часових модуляторів світла типу “ПРИЗ” (БИТС.433731.001 ТУ),

акустооптичних модуляторів світла (БИТС.468874.003 ТУ), фототер-мопластичних носіїв інформації (АУЭ0.028.000), металізованих фото-шаблонів (БИТС. 750509.003 ТУ).

Практична реалізація результатів дисертаційної роботи підтверджена актами про впровадження.

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі викладені результати досліджень, які були проведені особисто автором, а також у співавторстві із співробітниками лабораторії тонких плівок Львівського НДІ матеріалів, відділу молекулярної фотоелектро-ніки Інституту фізики НАН України та кафедри рентгенометало-фізики Львівського держуніверситету ім.І.Франка.

Дисертанту належить загальна постановка задачі, вибір, розробка та реалізація способів отримання ТС і методів їх дослідження, а також безпосередня участь в проведенні вимірювань, обробці і узагальненні експериментальних результатів,-підготовці публікацій, формулювання висновків. Автор брав участь в усіх етапах впровадження у виробництво отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на І і II Всесоюзних конференціях з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1981, 1984); XIII Всесоюзній нараді з рентгенівської і електронної спектроскопії (Львів, 1981); VI Всесоюзній конференції з хімії і технічного застосування халькогенідів (Тбілісі, 1983); VI Республіканській конференції молодих вчених-хіміків (Талін, 1985); V Всесоюзній конференції “Жидкие кристаллы и их практическое использование” (Іваново, 1985); Всесюзній нараді “Надмолекулярна структура і електрооптика рідких кристалів” (Львів, 1986); II конференції молодих вчених Львівського університету (Львів, 1986); VII Республіканській конференції молодих вчених-хіміків (Талін, 1987); II науково-технічній конференції молодих вчених радянського району м. Львова (Львів, 1986); XII Всесоюзній науковій конференції з мікроелектроніки (Тбілісі, 1987); науково-технічному семінарі “Матеріали та вироби функціональних пристроїв у виробництві радіоелектронної апаратури” (Львів, 1989); Міжнародній конференції “Моделювання в матеріалознавстві. Factor’90” (Львів, 1990); Школі-семінарі “Проектирование и технология изготовления БИС, БМК и ПЛИС” (Гурзуф, 1990); науково-технічному семінарі “Матеріали для монтажних робіт і реєстрації відеоінформації” (Львів, 1990); Україно-французькому симпозіумі “Конденсовані матеріали: вивчення і застосування” (Львів, 1993); І Українській конференції “Структура і фізичні властивості

невпорядкованих систем” (Львів, 1993); Ювілейній науковій конференції, присвяченій 40-річчю фізичного факультету Львівського держуніверситету (Львів, 1993); XV Міжнародній конференції з рідких кристалів (Будапешт, 1994); Міжнародній школі “Передові дисплейні технології” (Львів, 1994); Міжнародній науковій конференції присвяченій 150-річчю від дня народження І.Пулюя (Львів, 1995); Міжнародній школі “Електронні процеси в органічних матеріалах. ISEPOM’95” (Київ, 1995); науковій конференції присвяченій 140-річчю заснування Львівського державного сільськогосподарського інституту (Львів, 1996); Україно-австрійському симпозіумі “Agriculture: Science and Practice” (Львів, 1996); Міжнародній конференції “Advanced Technologies of Multicomponent Solid Films and Structures and Their Application in Photonics” (Ужгород, 1996); VIII Міжнародному симпозіумі “Тонкие пленки в электронике” (Харків, 1997); VI Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1997), VI Міжнародному симпозіумі “Advanced Display Technologies” (Партеніт, 1997).

Публікації. Результати поданих в роботі досліджень опубліковані в 64 наукових працях, в тому числі 8 авторських свідоцтвах на винаходи, 2 заявках на винаходи, 28 статтях, а також 12 звітах науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт, де автор є співвиконавцем чи керівником.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків і списку використаних джерел. Вона містить 330 сторінок, в т.ч. 77 ілюстрацій, ЗО таблиць і список використаних джерел з 564 назв.

Основний зміст роботи

У вступі подана загальна характеристика роботи, показані актуальність теми і доцільність проведення досліджень, зв’язок роботи з науковими темами, сформульовані мета і задачі досліджень, коротко описані об’єкти і методи досліджень, висвітлені наукова новизна, практичне значення, реалізація та впровадження отриманих результатів, відзначений особистий внесок автора, приведені дані про апробацію наукових результатів, кількість публікацій та структуру дисертаційної роботи.

В першому розділі викладені технологічні основи виготовлення тонких плівок халькогенідних матеріалів.

На початку розділу відзначено, що існує ряд наукових шкіл з

дослідженя технології отримання та вивчення фізичних властивостей і застосування тонких плівок СсШ^Зе, х. Слід відмітити добре відомий як в Україні, так і за рубежем колектив з Інституту фізики напівпровідників НАН України під керівництвом С.В.Свєчнікова та Е.Б.Каганович. Із зарубіжних найвідомішими е наукові школи Р.Б’ю-ба (Станфордський ун-т, СІЛА), К.Чопри (Делійський технологічний ін-т, Індія), М.Савеллі (ун-т м. Монпельс, Франція), З.І.Кір’яш-кіної і А.Г.Рокаха (Саратовський ун-т, Росія), Ю.З.Бубнова (Санкт-Петербурзький ун-т, Росія), І.П.Калінкіна (Санкт-Петербурзький технологічний ін-т, Росія), А.В.Сімашкевича (Кишенівський ун-т, Молдова) та ін. Однак складність дисоціаційно-асоціаційних, сублімаційних, конденсаційних, ревипаровувальних, адсорбційно-десор-бційних та ін. фізичних процесів при формуванні тонких плівок АпВУІ,а також суттєва і неоднозначна залежність структури і властивостей конденсатів від умов отримання і надалі стимулюють пошуки ефективних методів їх одержання.

Далі приведено детальний опис і аналіз існуючих методів отримання тонких плівок халькогенідів кадмію і цинку. Представлений ілюстрований опис найпоширеніших типів термічних випаровувачів для сульфідів і селенідів кадмію, а також модифікованих різновидностей їх одноступеневого напилення у відкритому вакуумі. Відомі модифікації частково усувають недоліки відкритого термічного напилення халькогенідів кадмію і цинку, але вони не дозволяють позбутися принципових і найсерйозніших вад всіх методів напилення даних матеріалів у відкритому вакуумі - суттєвої нерівноважності процесу конденсації з багатократним пересиченнями на межі росту і відсутності обмінної взаємодії конденсованої і парової фази. Така відсутність термодинамічної рівноваги, чи керованого відхилення від неї в області росту плівки для чутливих до незначних змін хімічного складу і кристалічної структури халькогенідів веде до неконтрольованих змін фізичних властивостей і низької відтворюваності результатів.

Найефективнішими методами вакуумної конденсації в умовах близьких до рівноважних є нанесення плівок в квазізамкненому об’ємі. Незважаючи на виконання умови рівноважності процесу конденсації, використання квазіізольованого локалізованого об’єму в багатотиражному серійному виробництві досить проблематичне, а найчастіше неможливе через конструкційні складності. З цієї точки зору дуже ефективними є розробки методів отримання тонких плівок, які поєднують в собі універсальність термічного напилення у відкритому вакуумі і дозволяють наблизити процеси випаровуван-

ня (сублімації) — конденсації до термодинамічної рівноважності, наприклад, різні варіанти “горячих стінок”.

Результати аналізу тонкоплівкових технологій показали, що при виготовленні фотоперетворювачів та оптичних запам’ятовуючих пристроїв оптимальним способом отримання плівок ОсІЄ^е 1 х є термічне напилення у вакуумі, яке володіє доброю технологічністю, широким спектором варіювання умовами синтезу і властивостей конденсатів, максимальною чистотою процесів росту, відтворювані-стю, продуктивністю, простотою виконання і керування. З метою усунення вказаних вище недоліків термічного напилення у відкритому вакуумі нами розроблено ряд пристроїв, схематично зображених на рис.1. Конструкції і матеріали квазіефузійного випаровувача (рис.1а) та конусоподібного “квазізамкненого об’єму” (рис.16) були підібрані таким чином, щоб створювати регульований градієнт тем-

ЛГ7в

Рис.1. Пристрої для термічного напилення тонких плівок СсІБ Єє, у

X 1-х ^

вакуумі: 1 - вихідний матеріал, 2 - кварцовий тигель, 3 - нагрівник тигля, 4 - перфорована кришка, 5-ущільнювач, 6- кварцова камера, 7-прозорий резистивний нагрівник,8-захисний екран, 9 - підкладкотримач, 10- підкладка, 11-термопара

ператур між вихідним матеріалом і кришкою випаровувача, збільшуючи тиски сублімованих парів у випарувачах і наближаючи їх до тисків насичених парів. При цьому зростає обмінна взаємодія між парою і вихідним матеріалом, що покращує однорідність газової фази, дозволяє створювати молекулярні потоки сублімуючих сполук регульованої інтенсивності, однорідні за складом в широкому діапазоні умов нанесення, і дає можливість отримувати полікристалічні плівки CdSxSe) з одинаковим хімічним складом та властивостями при різних швидкостях напилення. Якщо вибрати ефективну здатність випаровувача як відношення температури його кришки Тк і нагрівника Тн Д=Тк/Тн, то експериментально доказано, що при виконанні умови:

1,1 < Д <1,3 при 800 К < Тн < 1200 К (1)

досліджувані конденсати володіють високою якістю і оптимальним набором шуканих властивостей. .

Прозорі резистивні нагрівники кварцових камер пропонованих пристроїв (рис. 16,в) виготовлені із тонких плівок сумішей оксидів олова та індію змінної товщини вздовж вертикальної осі, що забезпечує градієнти їхнього електроопору, а значить і теплоти, яка виділяється при проходженні струму. Таким чином, при збереженні умови термодинамічної рівноважності сублімаційно-конденсаційних процесів в локалізованому об’ємі дані конструкції залишаються оптично квазіпрозорими, що дозволяє проводити оптичний контроль товщини плівок і швидкості росту, а також ряду оптичних параметрів в процесі напилення.

На основі експериментальних результатів встановлено, що найбільш досконалі, стабільні і механічно стійкі плівки CdS^Sej х з використанням розроблених пристроїв для напилення отримуються при швидкостях росту 0,5 - 5 нмс1 і температурі підкладки 573 К.

Нами проаналізовані та систематизовані методи активації плівок CdSxSej х і досліджені особливості впливу технологічних факторів процесу активації на властивості даних конденсатів в структурах для фотоперетфорювачів та оптичних запам’ятовуючих пристроїв. На основі аналізу впливу складу атмосфери легування, а також температури і часу відпалу знайдені оптимальні технологічні регламенти активації сульфоселенідів кадмію при введенні найефективніших донорних і акцепторних домішок — відповідно хлору і міді.

Другий розділ дисертації присвячений дослідженням фізичних

властивостей тонких плівок сульфоселенідів кадмію для фотоперетворювачів та оптичних носіїв інформації.

На початку розділу описані об’ємні властивості сульфідів і селенідів кадмію та твердих розчинів на їхній основі, показані можливості керування в широких межах параметрами кристалічної і зонної структури та спектральним розподілом процесів генерації за рахунок аніон-аніонного заміщення.

Далі подані результати досліджень залежності складу плівок Сс18х8е1 х від складу вихідного матеріалу, їх кристалічної структури і ефективної ширини забороненої зони, а також електрофізичних і фотоелектричних властивостей під кутом зору їх дальнійшого використання в фотоперетворювачах та оптичних носіях інформації.

З метою ідентифікації плівок Сс18х8е1 для вибраної технології отримання досліджено залежність хімічного складу конденсатів від складу вихідного матеріалу. Відхилення реального співвідношення халькогенів в тонких плівках від заданого у вихідних матеріалах досягає максимальних значень 10 % для складу Сс18х8е1 х (х=0,2 -

0,4) в сторону зростання вмісту селену та, відповідно, зменшення сірки, і спадає до нуля при прямуванні до бінарних халькогенідів. Запропоновані різновидності методів отримання плівок Сс18х8е1 х дозволили зберігати незмінним характер вказаної залежності в широких межах змін технологічних факторів, зокрема для швидкостей напилення 0,05 - 20 нм-с'1, що дає право характеризувати розроблені способи вакуумного напилення сульфоселенідів кадмію як високотехнологічні і придатні для широкого промислового вжитку.

Отримувані нами тонкі плівки сульфоселенідів кадмію мали по-лікристалічну стовбчату гексагональну структуру вюрциту із сильною (ступінь текстури > 90 %) орієнтацією в напрямі [001] (вісь с перпендикулярна, а площина (002) паралельна до підкладки) з розміром зерен —10 нм. Відхилення у формі квадратичної параболи від лінійного закону залежності параметрів кристалічної гратки від хімічного складу для розроблених методів отримання є найменшим із відомих і визначається степеневою функцією:

с = 7,02 - 0,23х - 0,06х2, (2)

де с- параметр гексагональної гратки;

х - кількість сірки в тердому розчині, а співвідношення параметрів кристалічної гратки лежать в межах стабільного існування гексагональної модифікації плівок Сс^Єе^,

и

що підтверджує висновки про високу якість даних твердих розчинів.

Досліджувані фотоперетворювачі та оптичні запам’ятовуючі пристрої працюють в повздовжньому режимі роботи, при якому для проходження світла, генераційно-рекомбінаційних та ін. процесів визначальним є напрям, перпендикулярний до поверхні ТС. Тому при інших рівних умовах найефективнішим є використання в них складових ТС з максимальною кристалічною орієнтацією вздовж напряму росту конденсатів. Технологічний регламент термічного напилення плівок СйЭх8е1х підібраний нами таким чином, що ступінь їх текстури в напрямі [001] наближався до 100 %, а кут розсіяння осі текстури в напрямі [002] та кут відхилення осі текстури від нормалі не перевищували відповідно 6 і 2 градуси і практично не залежали від співвідношення халькогенів. Параметри такої сильної орієнтації вздовж осі с були стабільними, і в 1,3 - 2 рази перевищували відомі дані.

Оскільки для практичного використання сульфоселеніди кадмію необхідно активізувати з участю термовідпалу, то був досліджений вплив відпалу на їх кристалічну структуру. Встановлено, що термічний відпал на повітрі не впливає на параметри кристалічної гратки аж до повного окислення і руйнування плівок Сс18х8е1 , в той час як відпал у вакуумі зменшує їх, що пояснюється особливостями адсорбційно-десорбційних процесів. Досліджена кінетика термости-мульованих структурних змін і встановлені температурні меясі існування оксидних фаз при термовідпалі на повітрі даних конденсатів. Показано, що з ростом вмісту селену процес окислення активізується. Загальні зміни параметрів текстури при термовідпалі незначні (до 1 град.), що підтверджує наші висновки про максимальну орієнтацію перпендикулярно до підкладки свіжонапилених плівок.

Так як абсолютні значення ширини забороненої зони і характер її залежності від складу для сульфоселенідів кадмію в різних роботах дещо відрізняється між собою, а для тонких плівок вони сильно залежать від технологічних умов отримання, нами проведені дослідження залежностей значень Eg від складу плівок Сс18х8е1 х для вибраних технології напилення, температури вимірювань і режимів термовідпалу.

Показано, що хімічний склад практично не впливає на форму спектрів оптичного поглинання плівок СсШх8е1 х і зсуває їх в короткохвильову область при збільшенні вмісту селену. Структурнозу-мовлене відхилення залежності Ед(х) від лінійного закону виражається квадратичною параболою:

Ее(х) = Е§(1) 4- [Ее(0) - Е§(1)](1-х) - ах(І-х), (3)

де Ее(0) = 1,7 еВ;

Eg(l) = 2,4 еВ;

а = 0,38 ±0,03, і є меншим, ніж в більшості відомих роботах, що ще раз підтверджує висновки про високу якість твердих розчинів в отримуваних плівках.

Вивчена кінетика температурних змін значень Ей плівок Сс18х8е1 в області 4,2 - 900 К і побудовані просторові діаграми їх температурно-концентраційних залежностей. Проаналізований характер вказаних залежностей і встановлено, що температурний коефіцієнт зміщення значень Eg досліджуваних плівок залишається постійним для всієї систем твердих розчинів СсІВ-ОсІве і складає а~-4 -10-4 еВ К1. Температурний відпал на повітрі супроводжується незворотніми змінами значень Eg, зумовленими процесами рекристалізації і також зберігається постійним для плівок різних складів. Знайдені часові і температурні межі максимальних і найстабільніших змін значень Eg і проаналізована кореляція характерних екстремумів та особливостей концентраційних залежностей параметрів кристалічної гратки і текстури з оптичними властивостями досліджуваних конденсатів.

Досліджено вплив технологічних факторів отримання на електрофізичні та фотоелектричні властивості плівок Ссів^е, хдля вибраного методу напилення. Проаналізовані товщинні залежності електропровідності плівок сульфоселенідів кадмію і визначена характеристична товщина плівок (= 300 нм) при якій відбувається перехід від крутого зростання значень електропровідності до слабої товщинної залежності. Вивчена кінетика температурних і часових залежностей значень електроопору конденсатів для термовідпалу на повітрі і в присутності різних активаторів. Для вибраних технологічних умов отримання знайдені чітко виражені максимуми вказаних залежностей, зумовлені складними дефектоутвореннями при відпалі. На основі кореляції досліджуваних залежностей показана взаємозамінність технологічних факторів активації, зокрема температури і часу відпалу. Вказані межі можливої компенсації недостачі часу термоактивації значеннями температури відпалу та навпаки, і знайдені оптимальні температурні регламенти для створення відтворюваних, високофотопровідних і стабільних шарів х.

В зв’язку із складністю і неоднозначністю механізмів термости-мульованих змін властивостей плівок СсШх8е1 хпри активації з відпа-

лом проведені дослідження їх електрофізичних параметрів від способу термоактивації. На рис.2 показаний вплив різних видів відпалу на електропровідність плівок Сс18;8е1 (х = 0; 0,17; 0,35; 0,53;

0,60; 0,70; 0,87; 1). Відсутність суттєвої залежності значень а від товщини плівок для сі > 300 нм підтверджує факт стабілізації електрофізичних властивостей при вказаній товщині конденсатів. Спектральний розподіл фотоструму плівок сульфоселенідів кадмію акти-

сі (мкм)

Рис.2. Залежність електропровідності від товщини тонких плівок СсІБ Бе : 1- не відпалені, 2-4-відпалені відповідно на повітрі (2) та в присутності парів СсІС12 (3) і СсІС12 + Си304 (4)

візованих в різних атмосферах при різних температурах і часі відпалу при освітленні як зі сторони підкладки, так і зі сторони вільної поверхні плівок також свідчить про збереження його закономірностей при варіюванні технологічними параметрами. З допомогою підбору умов термоактивації в короткохвильовій області спектру усунено характерний для неорганічних фотопровідників крутий спад фотоструму після переходу через максимум, що корелює з краєм власного поглинання і є наслідком рекомбінації нерівноважних носіїв струму. Досягнуто значного зростання значень фотоструму у вказаній спектральній області при освітлені зі сторони вільної поверхні, і

таким чином оптимізована технологія активації плівок Сс18х8е1 х з мінімальною концентрацією поверхневих станів та, відповідно, швидкістю рекомбінації нерівноважних носіїв струму на поверхні, що суттєво підвищує ефективність їхнього використання в фотоперетворювачах та ТС для оптичних запам’ятовуючих пристроїв.

В третьому розділі приведені дослідження способів отримання і властивостей тонких плівок ОН та оптично прозорих електродів для ТС.

На початку описані оптичні властивості ОН і проаналізований їхній зв’язок з кристалічною та енергетичною структурою відповідних конденсатів. На основі аналізу спектрів поглинання тонких плівок металофталоціанінів показаний вплив технологічних факторів термічного напилення на їхню кристалічну структуру і енергетичні стани. Встановлені співвідношення характерних полос поглинання вказаних переходів для різних поліморфних модифікацій фталоціанінів, зокрема, зменшення інтенсивності взаємоперекритих 0Х- та полос і зростання інтенсивності п - полос при переході від моноклинної до триклинної модифікації плівок фталоціаніну свинцю з максимальною інтенсивністю п - полос, тобто кристалів триклинної модифікації при Тп = 460-480 К. Табульовані і проаналізовані енергетичні параметри молекул та кристалів, в т. ч. тонких плівок типових поліаценів і фталоціанінів за моделлю Лайонса. Описані генераційно-рекомбінаційні процеси і механізми фотогене-рації та переносу зарядів в молекулярних кристалах і зроблено висновок, що внаслідок слабих міжмолекулярних взаємодій і відсутності розривів хімічних зв’язків на поверхні ОН концентрація поверхневих станів і швидкість рекомбінації на цих станах значно нижчі, ніж в НН, що створює сприятливі умови для виготовлення фотоперетворювачів та ін. перетворювачів на базі ОН.

На основі аналізу хімічного складу та оцінки сил міжмолекулярних зв’язків ОН обгрунтовано вибір низькотемпературного методу термічного напилення їхніх конденсатів для досліджуваних ТС. Описано вплив технологічних факторів даного методу на структуру і властивості плівок ОН і знайдені оптимальні значення швидкості напилення і температури підкладок для отримання високоякісних конденсатів без неоднорідних включень з властивостями, близькими до монокристалів.

В зв’язку з необхідністю використання в фотоперетворювачах та оптичних носіях інформації оптично прозорих і напівпрозорих електричних контактів досліджені методи отримання і властивості тонких плівок, що використовуються в цих цілях, а також розроблений новий спосіб їх нанесення. Проілюстровані і табульовані основні

фізичні властивості оксидних плівок, які використовуються при виготовленні прозорих електродів, описана їхня природа і показаний вплив технологічних факторів отримання на оптимальне поєднання ними високих значень оптичного пропускання і електропровідності. Показано, що відомі методи отримання прозорих електродів для ОН не дозволяють ефективно поєднювати омічний електричний контакт з високою прозорістю у видимій області спектру. Тому запропонований спосіб нанесення прозорих електродів на основі тонких плівок йодиду міді, які створюють омічний контакт до ОНр-типу провідності, є оптично прозорими в спектральній області Ьу < 3 еВ і не спричиняють короткого замикання при напиленні на плівки ОН товщиною =100 нм і менше. Експериментальним шляхом підібрані оптимальні технологічні режими термічного напилення CuJ -електродів з поверхневим опором рп< 103 Ом см 2 і коефіцієнтом оптичного пропускання Т > 70 % у видимій області спектру.

В зв’язку з тим, що потенціальні бар’єри на межі розділу тонко-плівкових складових багатошарових структур визначають весь комплекс фізичних властивостей і їхню поведінку під дією різноманітних факторів, були досліджені межі розділу плівок ОН з прозорими електродами, які використовувались в пропонованих ТС. Зокрема вивчені потенціальні бар’єри на межі розділу тонких плівок ОН із ряду лінійних поліаценів і металофталоціанінів з прозорими електродами 3п02 і СиЛ. На основі аналізу спектральних залежностей фото-ерс сендвіч - структур 8п02/0Н/СиЛ при освітленні почергово з обидвох сторін ідентифіковано вклад її дифузійної і бар’єрної складових. Ці дані, а також аналіз темнових і світлових ВАХ досліджуваних структур дозволили оцінити висоту потенціальних бар’єрів окремо на межі розділу Эп02/0Н та ОН/СиЛ, і зробити висновки про зміну кристалічної структури плівок ОН за товщиною. Встановлено, що плівки пентацену і фталоціаніну свинцю мають неоднорідну за товщиною структуру, починаючи з квазіаморфної біля межі розділу з Эп02 і закінчуючи полікристалічною орієнтованою біля межі з СшІ, а плівки хлоралюмінійхлорфталоціаніну є однорідними за товщиною. Доказано, що на межі розділу 8п02/0Н утворюються невеликі запірні вигини зон < 0,1 еВ, а висота потенціальних бар’єрів на межі ОН/СиЛ такого ж порядку і менша. Таким чином показано, що потенціальні бар’єри, які виникають на межі розділу тонких плівок ОН з прозорими електродами Бп02 і СиЛ незначні, і їхнім вкладом в параметри відповідних ТС можна знехтувати.

Четвертий розділ присвячений розробці і дослідженню тонкоплів-

кових гетероструктур ОН із сульфоселенідами кадмію.

На початку розділу на основі аналізу приведених в попередніх розділах методів отримання та властивостей тонких плівок дане обгрунтування вибору матеріалів складових гетероструктур. Вибір плівок сульфоселенідів кадмію, як представників НН зумовлений їх найвищою фоточутливістю у видимій області спектру, високою технологічністю, простотою отримання, можливістю варіювання параметрами та іншими факторами.

Показано, що для найефективнішого перетворення світлової енергії в електричну, тобто максимально активного поглинання світла в ге-тероструктурі з утворенням нерівноважних носіїв струму найкраще підходять НН із значенням Eg = 2,1еВ, що відповідає хімічному складу Ссі8068е04, бо при цьому забезпечюсться поглинання світла в короткохвильовій області пропускання плівок вибраних ОН, і, в той же час, пропускання в області сильного довгохвильового поглинання ОН.

Підібрати ОН, які б забезпечували всі вимоги до тонкоплівкових складових гетероструктур, неможливо в зв’язку з низькими відносно НН значеннями електропровідності і фоточутливості, залежністю властивостей від атмосферних умов та іншими факторами. Тому з метою часткового усунення недоліків ОН, зокрема забезпечення високих електропровідності, квантової ефективності фотогенерації і стійкості до зовнішніх дій були вибрані наступні молекулярні кристали: тетратіотетрацен, пентацен, фталоціанін свинцю, хлоралюмі-нійхлорфталоціанін. З врахуванням результатів досліджень потенціальних бар’єрів на межах розділу вказаних напівпровідників з прозорими електродами і для можливості проведення вимірювань як у фронтально-, так і в тильнобар’єрному режимах роботи нижніми і верхніми прозорими електродами в досліджуваних гетероструктурах були вибрані відповідно тонкі плівки 8п02 і Сші, а оптимальна топологія структур зображена на рис.З.

Описані і проаналізовані форми представлення анізотипних напівпровідникових гетеропереходів і властивості фотоперетворювачів на основі тонких плівок Сс18 і Осіве, а також гетероструктур сульфіду кадмію з ОН. Показані переваги та недоліки таких гетеропереходів і вказані напрямки досліджень для оптимізації їхніх параметрів.З врахуванням проведеного аналізу та підбору матеріалів і топологій гетероструктур типу ОН/НН подані результати досліджень фотовольтаїчних ефектів плівкових гетероструктур СсШ0 68е0 4/ОН. Доказано, що на межі розділу Сс1в0 68е04/ОН утворюється потенціальний бар’єр на порядок більший, ніж на межі 8п02/ Сс18068е04,

Рис.З. Топологія тонкоплівкової гетероструктури 8п02/Сс18х8е1 /ОН/ СиЛ: 1- скляна підкладка, 2- 8п02, 3-С<і8х8е1 х, 4- ОН, 5- СиЛ *

область просторового заряду зосереджена в шарі Сс180 68е01, а швидкість рекомбінації носіїв біля межі розділу Сс180 68е0 4/ОН значно менша, ніж біля межі БпО,/ CdS06Se04. На основі аналізу товщинних залежностей напруги холостого ходу (ихх), струму короткого замикання (І ) і коефіцієнту корисної дії (г|) встановлено, що їхні максимальні значення для гетероструктур 8п02/ CdS0 68е0 4/ОН/СиЛ спостерігаються при товщині шару Сгі8068е04 300-350 нм і шару ОН

- 50-60нм. Такі експериментальні дані підтверджують теоретичні розрахунки оптимальних товщин напівпровідникових складових гетероструктур з врахуванням довжини дифузії нерівноважних носіїв заряду,товщини області просторового заряду, коефіцієнту поглинання світла та ін. факторів. Показано, що максимальна ефективність перетворення світлової енергії в електричну досліджуваними гетероструктурами спостерігається для плівок сульфоселенідів кадмію відпалених на повітрі в присутності парів СгіС12 і Сив04 , як і було передбачено нами при виборі оптимальних параметрів активації.

Знайдені аналітичні вирази ВАХ гетероструктур ЄпО,/ CdS0 68е0 4/ ОН/СиЛ і розраховані їхні параметри для різних ОН при освітленні зі сторони БпО., і СиЛ. Значення ВАХ контрольних напівпровідникових сендвіч-структур підтвердили омічність контактів 8пО.,/'Сгі8х8е1 х і ОН/ СиЛ, а негативний потенціал фотовольтаїчних параметрів на БпО,-електроді ще раз засвідчив про наявність області просторового заряду біля межі розділу Сгі8х8е1 х/ОН і утворення саме на цій межі фото-ерс гетероструктур 8п02/Сгі8х8е1 х/ОН/СнЛ.

На основі аналізу спектральних залежностей фотовольтаїчних

властивостей досліджуваних гетероструктур доказано, що головною причиною зростання їхніх параметрів в тильнобар’єрному режимі роботи (при освітленні зі сторони СиЛ) є суттєве зменшення ШВИДКОСТІ рекомбінації носіїв струму біля межі розділу Сс18х8е1 х/ОН в порівнянні з іншими межами НН і вказані причини такого зменшення. Проаналізована кореляція спектрів І досліджуваних гетероструктур при освітленні з різних сторін із спектрами оптичного пропускання плівок ОН, Сс180 68е0 4, впО,, та СиЛ, а також спектрами фотовольтаїчних властивостей сендвіч-структур відповідних напівпровідників і показано, що левина доля носіїв струму фотозбуд-жується в шарі сульфоселеніду кадмію, а ОН відіграють роль гете-роперехідного вікна для межі розділу Ссів,, 68е0 4/ОН. Короткохвильовий спад значень І зумовлений поглинанням в шарах ОН і СиЛ, а спад пов’язаний з рекомбінацією нерівноважних носіїв струму відсутній, що є значною перевагою перед гетероструктурами на основі НН. За допомогою оптимізації товщини, складу і властивостей напівпровідникових компонентів в гетероструктурах 8пО2/Сс180 68е0 / ОН/СиЛ досягнуто ефективності перетворення світлової енергії в електричну 1,2-1,7 % . З ростом оптичного пропускання плівок ОН і СиЛ встановлено зростання значень І і ТІхх пропорційно до спектрального розподілу оптичного поглинання СсШ068е04. Знайдені закономірності дають підстави рекомендувати гетероструктури типу Сс18х8е1 х/0Н для розробки тильнобар’єрних фотоперетворювачів, а для збільшення ефективності перетворення ними світлової енергії в електричну слід підвищити пропускання плівок ОН та СиЛ, без суттєвого зменшення їхньої електропровідності, розширити спектральну область фотогенерації носіїв струму в шарі Сс18х8е1 х, збільшити електропровідність і фоточутливість ОН.

Вивчені процеси деградації параметрів гетероструктур 8п02/ Сс180 68е0 4/ОН/СиЛ. На основі результатів вимірювань значень Ікз і ихх гетероструктур та контрольних сендвіч-структур відповідних напівпровідників в вакуумі і на повітрі, в темноті і при освітленні, а також в умовах герметизації з допомогою еластосилу встановлено, що головною причиною погіршення параметрів досліджуваних гетероструктур є значне зростання опору верхнього електроду. На основі аналізу темпів деградації показано, що стабільність досліджуваних гетероструктур в декілька разів вища, ніж для аналогічних відомих фотоперетворювачів, а герметизація і зберігання в вакуумі та темноті значно зменшують процеси деградації, і при умові стабільності верхнього електроду можна очікувати не тільки відсутність

погіршення, але і покращення їх фотовольтаїчних параметрів.

Викладені принципи розробки аналізаторів газів на основі гетероструктур з ОН. Показані переваги молекулярних сенсорів газів та перспективність їхнього застосування в різних прикладних задачах. Доказано, що використання змін властивостей межі розділу плівок ОН з металами чи НН під дією газів на порядок і більше підвищує швидкодію аналізаторів, в яких для реєстрації газів використовують зміни об’ємних властивостей. Проаналізовані залежності значень І від концентрації (тиску) газу, частоти модуляції та довжини хвилі світла і встановлено, що при реєстрації кисню з допомогою структур із фталоціаніном свинцю максимальна чутливість до змін його тиску спостерігається для плівок ОН триклинної кристалічної модифікації при освітленні модульованим з частотою 400-600 Гц світлом 14 світлодіоду. Показано, що отримані залежності в широкому діапазоні тисків добре описуються виразом:

ДІкз = АР0'5 / (1 + ЬР0’5), (4)

де ДІкз - зміна значень Ікз під дією газу;

Р - парціальний тиск газу;

А,Ь - константи, які характеризують ймовірність прямого і оберненого процесів відповідно.

Розроблені раніше органічні газові сенсори мають недостатню чутливість внаслідок невеликої висоти (до 0,3 еВ) потенціальних бар’єрів на межах розділу ОН/метал. Для підвищення чутливості таких сенсорів нами запропоновано використовувати анізотипні гетероструктури суль-фоселенідів кадмію з ОН, висота потенціальних бар’єрів на межі розділу яких може досягати 0,8 еВ. Показано, що абсолютне і відносне збільшення їх чутливості відповідно на 2 порядки і в 11 разів більше ніж в контрольних сендвіч-структурах. Крім цього сенсори на основі гетероструктур дозволяють розширити спектральну область збудження.

Доказано, що при адсорбції кисню біля межі розділу Осівше, х /ОН зростає концентрація центрів (комплексів з перенесенням заряду) з часом релаксації 0,01 - 0,1 с. Вказані шляхі покращення параметрів швидкодіючих сенсорів газів на основі плівок ОН.

В п’ятому розділі представлені результати досліджень ТС, які використовуються в різного роду оптичних носіях інформації.

Детально описані і проаналізовані оптичні носії інформації з тон-коплівковим середовищем для реєстрування. Дана характеристика принципів та форм створення і використання контрасту чи моду-

ляції світлового променя для оптичної пам’яті. Проаналізовані склад і властивості матеріалів прозорих основ і тонкоплівкових складових сучасних оптичних дисків, зокрема інформаційних (неорганічних та органічних) і допоміжних шарів, в т. ч. захисних, відбиваючих, поглинаючих, інтерференційних, антистатичних, діелектричних та інших, вказані їхні переваги і недоліки. З врахуванням енергії записування обгрунтоване використання ОН в ролі робочих оптично чутливих шарів оптичних носіїв інформації. Показано, що необхідні значення оптичного поглинання і відбивання в них найкраще задавати з допомогою кристалічної структури реєструючого середовища, тобто технологічними умовами отримання. На основі товщинних залежностей оптичної густини і коефіцієнту відбивання тонких плівок металофталоціанінів встановлено, що з точки зору оптимального співвідношення оптичних параметрів найефективнішою для поелементного записування оптичної інформації є товщина =100 нм.

Приведені характеристика і аналіз матеріалів, властивостей і принципів дії сучасних магнітооптичних дисків. Проілюстровані топології найпоширеніших типів оптичних та магнітооптичних дисків. В зв’язку із суттєвим зростанням ефективності магнітооптичних носіїв при використанні багатошарових структур проведені дослідження адгезії до підкладки таких ТС. Встановлені технологічні регламенти виготовлення багатошарових металевих ТС з максимальною адгезією, зокрема в ТС Ре-Со і Со-№ (від 10 до ЗО шарів) досягнуто адгезії =200 кГ-мм2 при термічному напиленні у вакуумі на горячі (573 К) підкладки з відпалом у вакуумі при 623 К.

Далі подані результати досліджень ТС для різних модуляторів світла. Приведені порівняльні характеристики різновидностей електричних запам’ятовуючих пристроїв, зокрема твердотільних та рідкокристалічних просторово-часових модуляторів світла. Показано, що суттєвий вплив на робочі параметри модуляторів світла мають процеси поглинання і відбивання світла в прозорих електродах та на їхніх межах розділу. З метою усунення таких недоліків запропоновано створення прозорих електродів, які б виконували одночасно функції просвітлюючих покриттів. Для прозорих електродів Іп^впО експериментальним шляхом досягнуто мінімальних значень показника заломлення світла п=1,81 (Я,=633 нм) високочастотним іонно-плазмовим розпиленням мішені (Іп203)75 (8п02)25 при значеннях коефіцієнту пропускання світла Т=92 - 95 %і поверхневого опору рп=15 - 20 Ом см'2. Виготовлені просторово-часові модулятори світла типу “ПРИЗ” на базі електрооптичного кристалу германату вісмуту (л=2,50) із за-

пропонованими антивідбиваючими прозорими електродами. Досягнуто збільшення дифракційної ефективності і динамічного діапазону розроблених модуляторів всередньому відповідно в 4-5 і 1,2-1,4 рази без нанесення додаткових просвітлюючих покриттів (див. табл.1).

Таблиця 1

Порівняльні характеристики модуляторів світла з розробленими тонкоплівковими структурами і без них

Тип модуля- тора Розроблені структури Експлуа- таційні параметри Без розроблених структур 3 розробленими структурами Кратність покращення параметрів

Просторово-часовий модул я т о р світла «ПРИЗ» антивідбива-ючі прозорі електроди динамічний діапазон, дБ 32,7 45,6 1,40

дифракційна ефективність, іо-2% 14,1 69,1 4,90

Магнітооптичний керований транспарант світлоконтра-стна матриця з непрозорим діелектриком світлопропус-кання (Л= 633 нм), % 16,0 18,6 1,16

оптична ефективність, /о 14,2 18,1 1,28

контраст зображення 54:1 61:1 1,13

Акустооп- тичний просвітляючі покриття дифракційна ефективність, % 13,6 33,1 2,43

Обгрунтовано використання ОН в ТС для рідкокристалічних модуляторів, показана можливість розширення їхніх спектральних та функціональних можливостей при цьому. Зокрема для рідкокристалічних модуляторів показана можливість записування ними оптичної інформації світлом з довжиною хвилі більшою, ніж довжина хвилі зчитування, що неможливо для НН. З метою реалізації термотропного ефекту в рідкокристалічних претворювачах запропоновано використання в них фотокерованих термоматриць на основі сульфоселенідів кадмію як з використанням додаткового освітлення, так і без нього.

На основі аналізу топологій і принципів дії магнітооптичних модуляторів світла розроблені нові конструкції плат управління магнітооптичних керованих транспарантів. З метою покращення оптичних параметрів модуляторів даного типу для ефективної переорієнтації доменів магнітооптичного кристалу виготовлена конструкція гонкоплівкової системи взаємоортогональних струмопровідних паралельних петель нанесених на прозорі й підкладці одна над одною і

розділених шаром непрозорого діелектрику з вікнами під робочі комірки. Переваги такої конструкції в тому, що відсутність діелектрику в робочій зоні збільшує світлопропускання всієї системи, а в неробочій зоні непрозорий діелектрик є окрім ізолюючого шару ще й своєрідною оптоекрануючою сіткою, і усуває небажані ефекти розмивання картин записування оптичної інформації. Розроблено технологію виготовлення магнітооптичних керованих транспарантів на основі магнітооптичного кристалу Ві-заміщеного ферогранату з використанням запропонованих тонкоплівокових плат управління (ТП АУЕ. 01101. 00035, м.Львів, НВО “Карат”, 1985 р.). Показано, що основні оптичні параметри даних модуляторів світла (оптична ефективність, контраст зображення та ін.) покращуються в 1,2-1,3 раза завдяки використанню запропонованих топологій (див. табл.1).

Подано широкий спектр сфер застосування акустооптичних модуляторів світла і вказано один із шляхів покращення їхніх параметрів — максимальне використання ефектів просвітлення на всіх межах розділу різних середовищ, через які проходить світло. Розроблений спосіб нанесення просвітлюючого покриття із фториду магнію без спеціального нагрівання на грані звукопроводу акустооптичного модулятора світла з низькотемпературоплавкими індієвими електродами та з’єднувальними шинами. В основу методу покладена мінімізація швидкостей косого термічного напилення у вакуумі. Дано обгрунтування впливу швидкості напилення і кута нахилу поверхні підкладки на якість конденсатів і знайдені оптимальні межі вказаних технологічних параметрів отримання для покращення дифракційної ефективності акустооптичних модуляторів світла з ітрійалюмінійгранатовим звукопрово-дом в 2,5 - 3 рази (див. табл.1).

На основі приведеного аналізу конструкцій і принципів дії фото-термопластичних носіїв інформації розроблена нова топологія даних пристроїв, в основу якої покладене застосування плівок ОН в ролі нагрівального елементу в матрицях керування. Виготовлені дискові фототермопластичні носії інформації з використанням плівок фталоціаніну свинцю і ванаділу, які дозволяють проводити процеси проявлення і стирання інформації світлом з довжиною хвилі як більшою, так і меншою, ніж при експонуванні, що принципово неможливо у відомих пристроях без використання ОН, а також збільшує інформаційну вмістимість і розширює діапазон форматів оптичної інформації. Розраховано тепловий режим роботи фототермопластич-ного носія із запропонованим нагрівним елементом при імпульсному проявленні. Показано, що розв’язки рівняння теплопровідності

для опису температурних регламентів вказаного носія інформації мають вигляд:

де Т - біжуча температура;

Т0 - кімнатна температура;

Рпит - питома енергія проявлення;

С - теплоємність підкладки; р - густина підкладки; сі - товщина підкладки;

X - теплопровідність підкладки;

Тн - тривалість імпульсу проявлення.

Для носіїв на базі сенсибілізованого полікарбозолілсілоксану встановлені технологічні умови отримання ОН, при яких різниця оптичного поглинання на довжинах хвиль експонування і проявлення є максимальною, тобто якнайкраще задовільняються умови експлуатації.

Проведені дослідження багатошарових ТС, які використовуються в якості інтерференційних систем для відбивання низькоенергетичних нейтронів. Вивчений вплив температурних режимів термічного напилення багатошарових ТС (від 10 до 40 шарів товщиною по =10 нм) з почергових пар ізотопів 58№ - 62№ на їхні параметри, оскільки вони володіють великою різницею когерентних амплітуд розсіювання і малим перерізом захоплення холодних нейтронів. Встановлено, що суттєвим (>90 %) відбиванням пучків холодних нейтронів з чітко вираженими інтерференційними екстремумами володіють ТС, отримані при кімнатних температурах підкладок. Такі дані пояснюються розмиванням міжшарових МР і утворенням неоднорідносте?! в приповерхневих областях внаслідок взаємної дифузії ізотопів при нагріванні до високих температур (550-650 К). Пониження значень Тп (до азотних температур) настільки погіршувало адгезію ТС, що в процесі напилення, або ж після нього спостерігалося злущування з підкладки. Результати вимірювань інтенсивностей відбивання монохромованих нейтронів

І

(5)

(6)

з швидкістю 380+20 м с1 добре корелюють, а в ряді випадків і співпадають з теоретичними кутовими залежностями, вирахуваними при розв’язуванні рівняння Шредінгера для одномірної структури із східча-тим періодичним потенціалом і конечним числом бар’єрів і ям. Проаналізовані і обгрунтовані залежності коефецієнту відбивання нейтронів від товщини і кількості шарів ТС. Показано, що при оптимізації технології препарування багатошарових інтерференційних ТС для керування потоками нейтронів, збільшенні кількості шарів і точності за-дання їх товщини можна очікувати розширення кутової області їхньої дії в декілька разів за рахунок використання зон високих порядків.

Основні результати і висновки

1. Встановлено кореляційні співвідношення між властивостями ТС та технологічними факторами їх отримання, включаючи розробку нових і оптимізацію відомих способів нанесення тонких плівок, комплексне вивчення фізичних властивостей досліджуваних плівок і ТС на їх основі, врахування впливу факторів зовнішнього середовища, і на їх основі розроблено оригінальні фотоперетворювачі, оптичні носії інформації та модулятори світла.

2. Встановлено залежності кристалічної структури, оптичних, електрофізичних та фотоелектричних властивостей тонких плівок сульфоселенідів кадмію від технологічних умов отримання, на основі чого оптимізовано технологічні регламенти їх термовакуумного напилення модифікованим методом “горячої стінки” з використанням квазіефузійного випаровувача і етапом подальшої термоак-тивації полікристалічних шарів СсІЗх8е1х з максимальними перпендикулярною орієнтацією кристалітів до підкладки, електропровідністю і кратністю її зміни при освітленні, а також мінімальним рівнем поверхневої рекомбінації носіїв струму.

3. Вперше проведені комплексні та систематичні дослідження фотоперетворювачів на основі гетероструктур сульфоселенідів кадмію з органічними напівпровідниками. Обгрунтовано вибір їх складових, вивчені електричні та фотоелектричні властивості, а також процеси деградації параметрів. Встановлено, що найефективніше перетворення ними світлової енергії в електричну досягається в тиль-нобар’єрному режимі роботи, оптимізовано хімічні склади, товщини і технології виготовлення неорганічних та органічних компонентів.

4. Вперше запропоновано швидкодіючі високоселективні сенсори газів на основі гетероструктур сульфоселенідів кадмію з органічними напівпровідниками. Встановлено, що в аналізаторах кисню на основі фталоціаніну свинцю оптимальною є бар’єрна структура з триклинною поліморфною модифікацією органічного напівпровідника, максимальна чутливість спостерігається при частоті модуляції світла 400

- 600 Гц. Використання гетеропереходів неорганічних напівпровідників з органічними дозволило значно покращити параметри тонко-плівкових органічних сенсорів газів.

5. Запропоновано і реалізовано конструкцію просторово-часового модулятора світла типу “ПРИЗ” з прозорими електродами, які, окрім своїх традиційних функцій підведення електричної напруги і пропускання світла, виконують ще й роль просвітлюючих покриттів. Таке поєднання дозволило збільшити в 4 - 5 разів дифракційну ефективність і 1,2 - 1,4 раза динамічний діапазон вказаних модуляторів без нанесення додаткових антивідбиваючих шарів.

6. Розроблено і впроваджено у виробництво магнітооптичний керований транспарант, в якому вперше використано непрозорий для робочої довжини хвилі діелектрик, що дозволило збільшити його оптичну ефективність, контраст зображення і світлопропускання в

1,2 - 1,3 раза.

7. Виготовлено акустооптичний модулятор світла із застосуванням модифікованого способу нанесення просвітлюючих покриттів без нагрівання поверхні конденсації, що дозволило в 2,5 раза збільшити його дифракційну ефективність.

8. Вперше запропоновано і виготовлено фототермопластичний носій інформації з напівпровідниковими органічними плівками в матрицях керування. Використання органічних шарів з оптимально підібраними спектральними діапазонами оптичного поглинання дозволило в 2 і більше рази покращити спектральну область чутливості, інформаційну місткість і діапазон форматів інформації.

9. На основі розроблених технологічних способів отримання багатошарових ТС вперше виготовлені і досліджені інтерференційні структури для керування потоками нейтронів з почергово нанесених нікелевих ізотопів 58№-62№ і знайдені технологічні умови їх препарування, при яких значення коефіцієнту відбивання холодних нейтронів перевищують 90 %.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Микитюк З.М., Ціж Б.Р., Пушкар І.М. Малокутове рентгенівське розсіяння нематичним рідким кристалом, орієнтованим електричним полем // Вісн. Львів ун-ту. Сер.фіз. Матеріалознавство.

- 1980.- В.15 - С. 26-32.

2. Зюбрик А.И., Шевчук П.И., Балота H.H., Циж Б.Р. Получение и свойства аморфных пленок нестехиометрического состава // Физ. электроника. - 1981. -В.23. - С. 17-21.

3. Зюбрик А.П., Шевчук П.И., Гординский А.Б., Балота H.H., Циж Б.Р. Об электронном строении халькогенидных пленок системы мышьяк-селен//Вопросы радиоэлектроники. Сер.технол. производства и оборудование. -1981.-В.2.-С.53-61.

4. Балота H.H., Циж Б.Р., Терлецкая В.В., Гайдучок В.Г., Кемпник

В.И. Свойства пленок ХСП//Обмен опытом в радиопромышленности.-1985.-В. 10.-С. 34.

5. Ціж Б.Р. Дослідження складу фотопровідних тонких плівок CdSJäej // Вісн. Львів, ун-ту. Сер. фіз.Проблеми фізики твердого тіла.-* 1985.- В.19 - С. 57-60.

6. Циж Б.Р. Получение фотопроводящих пленок CdSJSej // Физ. электроника.- 1986.- В.32 - С. 50-52.

7. Циж Б.Р., Гайдучок В.Г., Кемпник В.И., Куречко П.И. Закономерности массопереноса при получении тонких пленок халькоге-нидов кадмия // Специальная радиоэлектроника. Сер. матер. -1986. - №6. - С. 21-23.

8. Циж Б.Р. Влияние технологических особенностей на фотоэлектрические свойства поликристаллических слоев CdSxSelx //Специальная радиоэлектроника. Сер. материалы и устройства функциональной электроники. - 1987. - №5. - С. 14-16.

9. Миколайчук А.Г., Циж Б.Р., Гайдучок В.Г. Влияние химического состава и температурных воздействий на оптическую ширину запрещенной зоны тонких пленок CdS Se // Жур. прикл. спек-торскопии. - 1989. - Т.51, №1. - С. 86-89.

L0. Миколайчук А.Г., Циж Б.Р., Городинский A.B., Зубач JI.Д. Кристаллическая структура сильно текстурированных пленок CdSxSe,_х // Кристаллография. - 1990. - Т.35, В.5. - С. 1257-1260.

11. Верцимаха Я.И., Тимофеев С.В., Трофимов В.И., Циж Б.Р. Фо-товольтаические свойства гетероструктур сульфоселенидов кадмия с пентаценом// Жури, прикл. спектроскопии. - 1990. - Т.53, №4. - С. 685-688.

L2. Миколайчук А.Г., Циж Б.Р., Верцимаха Я.И., Федишин Я.И. Электрические и фотоэлектрические свойства слоев CdSJ3e1 , используемых в пленочных иреобразователях//0птоэлектроника и полупроводник, техн. - 1991. - В.20. - С. 8-11.

L3. Tsizh B.R., Verbitsky А.В., Vertsimakha Ya.I. Gas effect on photovoltaic properties of organic semiconductor/cadmium sulphoselenide heterostructures// Functional Materials. - 1997. -V.4, №1. - P. 61-63.

L4. Ціж Б.Р. Потенціальні бар’єри на межах поділу органічних напівпровідників // Жур. фіз. досліджень. - 1997. - Т.1, №2. - С. 276-278.

15. Ціж Б.Р. Оптичні носії інформації в сучасних технологічних процесах//Хім. пром. України. - 1997. - №4. - С.41-46.

16. Циж Б.Р. Прозрачные электроды для оптоэлектронных устройств // Технол. и конструиров. в электрон, аппаратуре. - 1997. - №4.

- С.49-51.

17. Ціж Б.Р. Отримання тонких плівок CdSJSej х для фотоперетворювачів // Труды украинского вакуумного общества. - 1997. -Т.З.- С. 182-184.

18. Ціж Б.Р. Дослідження границі розділу органічних напівпровідникових плівок з неорганічними // Труды украинского вакуумного общества. - 1997. - Т.З.- С. 183-186.

19. Верцимаха Я.И., Циж Б.Р., Осипов Ю.Н., Шапошников Г.П. Процессы деградации фотовольтаических свойств пленочных гетероструктур CdSxSelx /СІАІСІРс// Межвузовский сборн. научн. трудов. Органические полупроводниковые материалы, В.11 -Пермь. - 1988. - С. 23-26.

20. Циж Б.Р., Верцимаха Я.И. Пленочные гетероструктуры для фотопреобразователей на основе органических полупроводников// Радиоэлектронное материаловедение: Сб. научн. труд. - ч.Ш. -Львов: НПО “Карат”, 1991. - С. 106-116.

21. A.c. 189103 СССР, МКИ С 23 С 14/26. Способ получения многослойных тонкопленочных металлических покрытий / А.И. Зюб-рик, П.И. Шевчук, И.Н. Пушкар, Б.Р. Циж (СССР). - № 3043574; Заявлено 7.06.82; Опубл. 2.06.83. - 5 с.

22. A.c. 206216 СССР, МКИ G 21 К 1/06. Способ изготовления нейтронного зеркала / A.B. Антонов, П.И. Шевчук, О.И. Жовтанец-кий, И.Н. Пушкар, В.И. Микеров, Б.Р. Циж (СССР). - № 3069597; Заявлено 30.05.83; Опубл. 27.07.84. - 4с.

23. A.c. 204216 СССР, МКИ G 01 N 19/04. Способ индентификации изотопов / П.И. Шевчук, О.И. Жовтанецкий, Б.Р. Циж, И.Н. Пушкар (СССР). - № 3074789; Заявлено 22.06.83; Опубл. 30.05.84. - 4с.

24. A.c. 233290 СССР, МКИ Н 01 L 21/205. Испарительная камера для получения полупроводниковых пленок в вакууме / H.H. Ба-лота, В.Г. Гайдучок, Б.Р. Циж (СССР). - № 3107293; Заявлено 14.01.85; Опубл. 3.03.86. - 5с.

25. A.c. 1565206 СССР. МКИ G 01 В 11/06 . Способ измерения толщины фоторезистивного слоя/О.И. Жовтанецкий, H.H. Балота, О.Н. Колесник, Б.Р. Циж, М.Я. Мацигин, И.И. Винсковский, P.A. Ладанай (СССР). - № 4442711; Заявлено 17.01.88; Опубл. 15.01.90. - Зс.

26. A.c. 1664045 СССР. МКИ G 02 F 1/09. Магнитооптический управляемый транспарант / Б.Р. Циж, О.И. Жовтанецкий, И.И. Чегиль, Д.Д. Логуш, P.M. Кузьмак (СССР). - № 4636450; Заявлено 12.01.89; Опубл. 15.03.91. - 2с.

27. A.c. 1812895 СССР, МКИ Н 01 L 21/28. Способ изготовления прозрачных электродов / Б.Р. Циж, Я.И. Верцимаха (СССР); -

' №4899483; Заявлено 8.01.91; Опубл. 10.10.92. - 6с.

28. A.c. 1793406 СССР, МКИ G 02 В 1/10. Способ нанесения просветляющего покрытия/Б.Р. Циж, Д.М. Винник, И.Н. Пушкар, Р.Г. Савчук (СССР). - № 4930237; Заявлено 22.04.91; Опубл.

8.10.92. - 6с.

29. Заявка № 4539572/21/01698 от 18.02.91. СССР, МКИ Н 01 L 21/203. Устройство для получения полупроводниковых пленок в вакууме / Б.Р. Циж, В.Г. Гайдучок, А.Г. Миколайчук, Я.И. Федишин (СССР). - Положительное решение от 12.11.92. - 5с.

30. Заявка №970629/4 Україна, МКИ G 03 G 17/00. Фототермопла-стичний носій / В.М.Фітьо, Б.Р.Ціж, Я.В. Бобицький (Україна).

- Заявлено 19.06.97. - 5с.

31. Антонов А.В., Галанов Н.В., Жовтанецкий О.И., Зюбрик А.И., Исаков А.И., Микеров В.И., Пушкарь И.Н., Тукарев В.А., Шевчук П.И., Циж Б.Р. Многослойные интерференционные структуры для нейтронной оптики. - М.: 1984. - 13с. (Препр. №31 Физического ин-та им. П.Н. Лебедева АН СССР).

32. Верцимаха Я.И., Лукина В.И., Трофимов В.И., Циж Б.Р. Гетерофотоэлементы на основе фталоцианина свинца// УФЖ. - 1989.

- №6: Деп. в ВИНИТИ 13.01.89г., № 311 - В89. - С. 17-21.

33. Ціж Б.Р., Поліщук М.О., Федишин Я.І., Микиткж З.М. Органічні напівпровідники для РК модуляторів // Деп. в фонді НИИТЭ-ХИМ (м.Черкаси). - 1996. - 9с. - 26 - хп 96.

34. Tsizh B.R. Anion-anion substitution chalcogenide cadmium thin film properties forcasting//Theses of reports International conf. “The material research modelling. Factor’90”. -Lvov.-1990.-P.69-71.

35. Tsizh B., Vertsimakha Ya., Fedyshyn Ya. The film heterostructures of organic semiconductors with non-organic one // Theses of reports Ukrainian-French symposium “Condensed matter: Science and industry”.-Lviv.-1993.-P. 66.

36. Tsizh B.R., Vertsimakha Ya.I., Fedyshyn Ya.I. Organic materials for reflecting infomation//Proc. International school “Advanced Displays Technologies”.-Lviv.-1994.-P.124.

37. Tsizh B.R., Verbitsky A.B., Vertsimakha Ya.I. Gas effect on photovoltaic properties of organic semiconductor/CdSxSej x structures//Proc. International scholl-conf. “Electronic processes in organic materials. ISEPOM’95”.-Kiev.-1995.-P.84.

38. Tsizh B.R., Vertsimakha Ya.I., Verbitsky A.B. Organic optoelectronic pairs as gas sensors and ways of their parameters optimization// Proc. International workshop “Advanced Technologies of

Multicomponent Solid Films and Structures and Their Application in Photonics”.-Uzhgorod1996.-P.93.

39. Mikityuk Z., Fechan A., Semenova J., Tsizh B. Liquid crystal material for space-time light modulators on the base of cholesteric-nematic phase transition effect//Proc. VI International Symposium “Advanced Display Technologies”.-Partenit (Ukraine).-1997.-P.72-75.

Ціж Б.Р. Розробка і дослідження тонкоплівкових структур для фотоперетворювачів та оптичних носіїв інформації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.27.06 — технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. — Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 1998.

В дисертації представлені результати досліджень тонкоплівкових структур, які використовуються в фотоперетворювачах сульфо-селенідів кадмію з органічними напівпровідниками, ряді оптичних носіїв інформації і модуляторах світла. Розроблені технологічні основи отримання тонких плівок халькогенідів кадмію, органічних напівпровідників та ін. складових тонкоплівкових структур. Вивчені фізичні властивості плівок сульфоселенідів кадмію, представників лінійних поліаценів і металофталоціанінів, а також інших плівок, і для вибраних методів препарування встановлені їх залежності від хімічного складу, товщини, кристалічної структури і технологічних факторів отримання. Розроблені і досліджені тонкоплівкові гетероструктури сульфоселенідів кадмію з органічними напівпровідниками, визначені шляхи створення фотоперетворювачів і сенсорів газів на їх основі. Розроблені і впроваджені нові тонкоплівкові топології, матеріали і технології при створенні оптичних носіїв інформації, які дозволили покращити їх фізико-технічні параметри.

Ключові слова: тонкоплівкова структура, органічний напівпровідник, гетероструктура, межа розділу, оптичний носій інформації, модулятор світла, фотоперетворювач.

Циж Б.Р. Разработка и исследование тонкопленочных структур для фотопреобразователей и оптических носителей информации. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство электронной техники. - Государственный университет “Львовская политехника”, Львов, 1998.

В диссертации представлены результаты исследований тонкопленочных структур, используемых в фотопреобразователях сульфоселе-нпдов кадмия с органическими полупроводниками, ряде оптических носителей информации и модуляторов света. Разработаны технологические основы получения тонких пленок халькогенидов кадмия, органических полупроводников и др. составляющих тонкопленочных структур. Изучены физические свойства пленок сульфоселенидов кадмия, представителей линейных полиаценов и металофталоцианинов, а также ряда других пленок, и для выбраных методов препарирования установлены их зависимости от химического состава, толщины, кристаллической структуры и технологических факторов получения. Разработаны и исследованы тонкопленочные гетероструктуры сульфоселенидов кадмия с органическими полупроводниками, определены пути создания фотопреобразователей и сенсоров газов на их основе. Разработаны и внедрены новые тонкопленочные топологии, материалы и технологии при создании оптических носителей информации, позволившие улучшить их физико-технические параметры.

Ключевые слова: тонкопленочная структура, органический полупроводник, гетероструктура, граница раздела, оптический носитель информации, модулятор света, фотопреобразователь.

Tsizh B.R. Creation and study of the thin film structures for the phototransformers and optical carriers of information. - Manuscript.

The dissertation for a scientific degree of a doctor of technical sciences in speciality 05.27.06 - technology, equipment and production of the electronic technique. - State University “Lvivs’ka polytekhnika”, Lviv, 1998.

In the dissertation there are presented the results of studies of thin film structures, which are used in the phototransformers of cadmium sulphoselenide with organic semiconductors, in the series of optical carriers of information and in the light modulators. The technical backgrounds for creation of cadmium chalcogenide thin films, organic semiconductors and other compaunds of thin film structures are ellaborated. The physical properties of cadmium sulphoselenide films, representatives of linear polyacenes and metalphthalocyanines and some other films are studied. Their dependencies on chemical compounds, width, crystalline stucture and technology of preparation are determined for the selected methods of preparation. Thin film heterostructures of cadmium sulphoselenide with organic semiconductors are ellaborated and studied. The way of creation of phototransformers and gas sensor on their base are defined. New thin films topologies, materials and technologies at creation of optical information carj-iers allowing to

improove their physical-technical parameters are ellaborated and introduced.

Key words: thin film structure, organic semiconductor, heterostructure, interface, optical information carrier, light modulator, phototransformer. ,

Формат 60x90/16. Друк офе. Папір офс. Умови, друк. арк. 2,0. Умови, фарбо-відб. 2,24. Обл. вид. арк. 2,11. Наклад 100 прим. Зам. 958.

Віддруковано ч готових діапозитнзіп у Львівській обласній книжковій друкарні. 290008, м. Львів, вул. Пекарська, 11.