Формирование структуры многокомпонентных твердых растворов замещения в гетеросистемах с резко различающимся ковалентными радиусами

• Автор: Попов, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгодонск
• Количество страниц: 204 с. : ил.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Краткий анализ статистической теории твёрдых
растворов замещения
1.2. Процессы формирования структуры твёрдых растворов
1.3. Особенности процесса градиентной жидкофазной кристаллизации твёрдых растворов
1.4.Сравнительный анализ физико-химических свойств твёрдых растворов, изопериодных подложкам ТпБЬ, СаБЬ,
ваР, РЬТе и В1Те
1.5.Поведение висмута в многокомпонентных системах на основе антимонида индия и фосфида галлия
1.6. Постановка задачи исследования
Выводы
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕШЁТОК МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ
2.1 .Система уравнений, описывающих равновесие
многокомпонентной гетеросистемы
2.2.Случаи однородного и неоднородного распределения в многокомпонентной гетеросистеме
2.3.Спинодальный распад в многокомпонентных гетеросистемах
с резко различающимися ковалентными радиусами
2.4.Локальные эффекты в процессах структурного преобразования, захватывающих весь объём гетеросистемы
2.5.Термодинамический анализ фазовых равновесий и устойчивости гетеросистем 1п8ЬВ1Лп8Ь,А11п8ЬВ1/1п8Ь,ОаРВ1/СаР, РЬ8пТе/РЬТе
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ
ЗЛ. Задача Стефана для жидкофазной кристаллизации систем с
резко различающимися ковалентными радиусами компонентов
3.2. Моделирование структуры межфазных границ в процессе ЗПГТ
3.3. Исследование морфологической устойчивости плоской зоны раствора-расплава при ЗПГТ гетеросистем InSb/InSb, GaP/GaP и PbSnTe/PbTe
3.4. Экспериментальное исследование кинетики роста эпитаксиальных
слоев InSbBi, GaPBi на подлжках InSb и GaP
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ И ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.1 .Оже-спектроскопия гетероструктур с резко различающимися
радиусами компонентов
4.2.Возможности формирования элементной базы полупроводниковых приборов на упругонапряжённых гетероструктурах
4.3. Технологические рекомендации по результатам работы
Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ
Список литературы
Актуальность темы
Потребностью современного развития электроники является развитие новых подходов в теории и практике получения кристаллических структур с необходимыми для приборной реализации физическими свойствами. Создание новых конструкционных материалов с наперёд заданными свойствами и характеристиками в твердотельной микроэлектронике зачастую основано на использовании многокомпонентных твёрдых растворов, что обусловливает актуальность их изучения.
Одним из основных методов получения оптоэлектронных гетероструктур является жидкофазная эпитаксия. Метод зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ) [1] наиболее технологичен среди жидкофазных эпитаксиальных методов, так как для него характерны малое пересыщение на фронте кристаллизации, высокая изотермичность и низкие значения концентрационного переохлаждения, что позволяет выращивать совершенные эпитаксиальные слои. Выбор той или иной системы и использование метода градиентной жидкостной эпитаксии для получения твёрдых растворов определяются зонной структурой (типом межзонных переходов, шириной запрещённой зоны) и кристаллохимической природой (близостью параметров решётки, энергией химической связи), что соответствует термодинамическим свойствам растворов и характеру фазовых равновесий в данных системах.
Повышенные требования, предъявляемые к свойствам новых материалов, в том числе многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов, связаны, в частности, со спецификой их получения и эксплуатации. Указанные материалы интересны в первую очередь тем, что в процессе градиентной жидкофазной кристаллизации таких структур принципиально возможно перманентное управление их составом и, как следствие - распределением упругих напряжений. Поле напряжений, как свидетельствуют работы
Данные о свойствах этих бинарных соединений из [145-147] приведены в таблице 1.3.
Таблица 1.3. Параметры некоторых бинарных соединений, используемых в оптоэлектронике
Соединение Ширина запрещенной зоны Ех.эВ Постоянная решетки 0 а, А Коэффициент линейного термического расширения а.к-'-ю6 Тип межзонных переходов
ваР 2,24 5,45 5,3 непрямой
СаБЬ 0,68 6,094 5,7 прямой
1п5Ь 0,18 6,48 5,3 прямой
РЬТе 0,214 6,46 19,8 прямой
В1 Те 0,13 10,48 17,6 прямой
Большой интерес как материал оптоэлектроники инфракрасного диапазона представляет антимонид индия и твёрдые растворы на его основе. Традиционным направлением исследований в области физики и техники антимонида индия является создание высокочувствительных фотоприемников трех поколений: дискретных, матричных (двумерных) и линейных (одномерных). Эти фотоприемники независимо от физического принципа детектирования инфракрасного излучения (разделения фотоносителей в электронно-дырочных переходах, изменения ёмкости структур металл-диэлектрик-полупроводник, изменения проводимости под действием излучения) обладают высокой обнаружительной способностью на уровне (0,8-г-1,2)-1011 см-Гц'^ Вт’1, ограничиваемой, как правило, фоновым излучением [148]. Столь высокое качество охлаждаемых фотоприемников на основе антимонида индия является следствием достаточно совершенной кристаллической структуры исходных материалов 1пБЬ и однородности электрических параметров этих кристаллов. Важно также то, что достаточно хорошо освоены методы формирования высококачественных р-п переходов с малыми утечками, межфазных границ полупроводник-диэлектрик с малой плотностью поверхностных состояний. Основными областями применения фотоприемников на основе 1пБЬ являются регистрация слабого излучения (в случае одноэлементных дискретных фотоприемников), а также