Изучение тепловых свойств и спектральных характеристик аморфных и пленочных материалов

• Автор: Увдиев, Джумамурад Яранович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Теплоемкость аморфных материалов
1. Модели теплоемкости
2. Теплоемкость аморфных халькогенидных полупроводников
3. Обсуждение моделей теплоемкости аморфных материалов
Глава II. Теплопроводность аморфных материалов
1. Модели теплопроводности конденсированных сред
2. Теплопроводность аморфных халькогенидов
3. Анализ и обобщение экспериментальных значений 110 теплопроводности аморфных материалов
4. Перспективы термоэлектрического применения аморфных 115 полупроводников
Глава III. Спектральные характеристики разупорядоченных
халькогенидов
1. Характеристики поликристаллических и аморфных пленочных 121 полупроводников
2. Влияние ультразвуковой обработки и на спектральные 138 характеристики пленочных материалов
3. Влияние лазерного облучения на спектральные характеристики 151 полупроводниковых пленок
Выводы
Литература
Приложение №1. Метод измерения теплопроводности
Приложение №2. Метод измерения теплоемкости

Введение.
Аморфные материалы находят все большее применение в самых разных областях техники. Это в полной мере относится и к аморфным полупроводникам. Уже в настоящее время они применяются для изготовления солнечных батарей, тонкопленочных транзисторов, устройств для сканирования изображения, оптической записи информации, приборов с зарядовой связью и газовых индикаторов. Аморфные халькогенидные полупроводники применяются в электрофотографии, оптической записи литографии, электрических переключателях, запоминающих устройствах и устройствах оптической памяти. Они также применяются в акустооптических модуляторах, ультразвуковых линиях задержки, многослойных ИК-фильтрах. В физике сформировалось достаточно обоснованное мнение, что следующий “виток развития” микроэлектроники и оптоэлектроники произойдет именно на базе аморфных полупроводников. Эта уверенность основана на следующих очевидных преимуществах аморфных полупроводников над кристаллическими структурами. Во-первых, применение аморфных полупроводников снимает ограничение площади микросхемы размерами кристалла. Уже сейчас известны технологии получения тонкопленочных многослойных аморфных структур площадью до 106 см2, и это далеко не предел. Во-вторых, возможность применения при изготовлении микросхем литографии более высокого разрешения, что основано на много меньшей (на три порядка у аморфного кремния) плотности микродефектов аморфных материалов по сравнению с аналогичными монокристаллами. При этом сплошность слоев в аморфных пленках достигается далее при толщине до 50 ангстрем. В-третьих, выход годных тонкопленочных структур на основе аморфных полупроводников при серийном производстве доходит до 98 - 99%, что позволяет изготавливать трехмерных структуры путем поэтапного нанесения слоев. И наконец, в-четвертых, широкий набор термо- и фотоструктурных модификаций и электрических неустойчивостей позволяет создавать устройства адаптивной памяти для самообучающихся нейросетевых компьютеров и изготавливать такие компьютерные системы с полным комплектом периферийных устройств из тонкопленочных аморфных полупроводников.
Сказанное выше предопределило стремительное развитие физики и техники аморфных полупроводников. К настоящему времени достаточно глубоко исследованы электрические и оптические свойства аморфных материалов. Стало очевидным, что физика аморфных полупроводников является самостоятельным разделом общей физики полупроводников, оставаясь в то же время частью физики неупорядоченных систем. Последнее позволяет установить несомненную зависимость свойств и поведения аморфных полупроводников от их структурных особенностей,

включая прежде всего степень разупорядоченности. А поскольку структура аморфных веществ определяется технологией их изготовления (этот несомненно важный вопрос не является предметом обсуждения в данной работе), то хотя бы укажем основные технологические способы получения аморфных полупроводников.
Так как все области их применения, перечисленные выше, требуют использования тонкопленочных структур, то и методы получения основаны на технологиях, обеспечивающих необходимые физические характеристики. Ярким примером удачной разработки такой технологии 'является метод тлеющего разряда. Известно, что тлеющий разряд в газе возбуждается постоянным или переменным электрическим полем. В тлеющем разряде в постоянном поле, при столкновении с ним положительных ионов, создаются электроны. Они ускоряются этим полем в область тлеющего разряда, где, соударяясь с материалами газа, ионизируют их. В переменном поле происходит высокочастотное плазменное разложение вещества. После его разложения в плазме ионизированные атомы или молекулы осаждаются на подложку. Этот метод позволяет регулировать плотность локализованных электронных состояний в аморфном полупроводнике, чего не удавалось достичь методами испарения или распыления. Последние создавали всегда высокую плотность локализаций, что затрудняло применение таких материалов. Нужно отметить, что метод тлеющего разряда сейчас является основой наиболее распространенной технологии получения аморфных кремниевых солнечных батарей и микросхем с требуемыми параметрами.
Нужно также отметить, что в других целях используются такие методы, как химическое осаждение паров, усиленное плазмой, реактивное расширение (особенно при изготовлении аморфных халькогенидных полупроводников) и реактивное испарение. Все эти методы, естественно, позволяют получать самые разнообразные аморфные структуры. Все они классифицируются самыми различными способами. Например, это классификация по типу химической связи, ответственной за первое координационное число (считается, что наиболее часто у аморфных полупроводников имеет место ковалентная связь). В физике неупорядоченных систем их классификация чаще основана на моделях беспорядка. Наиболее распространенными являются: а) беспорядок замещения, если в узлах происходит замещение атома одного элемента атомом другого и если узлы не образуют регулярную решетку; Ь) магнитный беспорядок, при котором локализованный /-узлом кристалла магнитный момент случайно изменяется от узла к узлу; с) “ледовый” беспорядок, являющийся по существу беспорядком протонов, который в свою очередь можно классифицировать как почти идеальный ячеистый беспорядок; б) спектральный беспорядок, когда статистические свойства удобно представлять переменными в

Рис. 5. Температурные зависимости теплоемкости аморфных халькогенидов цинка