Одностадийный синтез легированных галлием пленок PbTe/Si с заданным составом и оптимизированными функциональными параметрами

• Автор: Беленко, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Система свинец — теллур

1.1.1. Диаграмма состояния системы свинец - теллур

1.1.2. Кристаллическая структура и физические свойства теллурида свинца

1.2. Получение пленок теллурида свинца

1.2.1. Получение пленок А1УВУ1 открытым испарением в вакууме

1.2.2. Получение пленок соединений А,УВУ1 методом газодинамического потока пара

1.2.3. Получение пленок А^В41 квазиравновесным

методом «горячей стенки»

1.3. Структура и физические свойства эпитаксиальных

пленок РЬ'Ге

1.4. Структура и физические свойства кристаллов
и эпитаксиальных пленок РЬТе,-легированных галлием т:
1.5. Использование теллурида свинца и твердых растворов
на его основе
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Методика выращивания тонких пленок теллурида свинца
2.2. Растровая электронная микроскопия
2.3. Локальный рептгеноспектральный микроанализ
2.4. Рентгенографический анализ
2.5. Методика подготовки подложек
2.6. Измерение удельной электропроводности и
коэффициента Холла
ГЛАВА 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОДНОСТАДИЙНОГО МЕТОДА СИНТЕЗА ЛЕГИРОВАННЫХ ГАЛЛИЕМ ПЛЕНОК ТЕЛЛУРИДА СВИНЦА НА ЮДЛОЖКАХ
3.1. Преимущества одностадийного метода синтеза легированных Оа пленок РЬТе на БГподложках модифицированным
методом «горячей стенки»
3.2. Расчет состава равновесной паровой фазы над расплавами системы галлий - свинец
3.3. Изучение процесса синтеза бинарных пленок СаДЧц-^
3.4. Изучение процесса синтеза тройных пленок РЬ^ЦЗаЛе
3.5. Определение оптимизированных режимов одностадийного синтеза легированных галлием пленок теллурида свинца
ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ ГОМОГЕННОСТИ ТВЕРДЫХ
РАСТВОРОВ ГАЛЛИЯ В ПЛЕНКАХ ТЕЛЛУРИДА СВИНЦА НА 81-ПОДЛОЖКАХ
4.1. Изучение фазовой природы и реальной микроструктуры пленок РЬ^СЗаДеий, синтезированных одностадийным методом
4.2. Изучение количественного состава пленок РЬ^ДтаЛ'ещ,
синтезированных одностадийным методом
4.3. Определение границ области растворимости галлия в пленках
—теллурида свинца наДг-подложках
ГЛАВА 5. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЛЕГИРОВАННЫХ ГАЛЛИЕМ ПЛЕНОК ТЕЛЛУРИДА СВИНЦА НА БШОДЛОЖКАХ
5.1. Актуальность изучения электрических свойств легированных галлием пленок теллурида свинца на Бьподложках
5.2. Характеристика образцов РЬ'Ге<Оа>/Б1 и РЬТе<0а>/8102/Б1, использованных для изучения электрических свойств
5.3. Результаты измерения электрических параметров образцов РЬТе<Оа>/81 и РЬТе<Оа>/8Юг/81 и их обсуждение
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность. В настоящее время узкозонные полупроводниковые соединения халькогенидов свинца и твердые растворы на их основе относятся к наиболее перспективным материалам, предназначенным для производства систем инфракрасной (ИК) оптоэлектроники и термоэлектрических устройств. При создании планарных детекторов ИК-излучения тонкие пленки теллурида свинца, легированного галлием, обладают рядом существенных достоинств по сравнению с основными конкурентами - твердыми растворами теллуридов кадмия и ртути, а также антимонидом индия. Однако до настоящего времени их практическое применение сдерживается вследствие того, что эволюция энергетического спектра, а, следовательно, и функциональных параметров в легированном галлием теллуриде свинца зависит не только от концентрации примесных атомов, но и от методов синтеза и легирования изучаемых образцов. Направленный синтез легированных галлием пленок теллурида свинца остается важной задачей полупроводникового материаловедения, поскольку изучение физико-химических свойств таких гетероструктур актуально не только для решения прикладных задач, но имеет также большое значение с точки зрения фундаментальной науки.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет» (№ 01.20.126.3935) и поддержана государством в лице Минобрнауки Российской Федерации (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 гг., № 2012-1.1-12-000-2003-120), а также грантом РФФИ 09-03-97561-р_центр_а «Оптимизация чувствительности к ИК-излучению и управление процессами дефектообразования в процессах гетеровалентного легирования монокристаллов и пленок теллурида свинца».
Цель работы: разработка научно-обоснованных оптимизированных условий одностадийного синтеза легированных галлием пленок РЬТе/81 с заданным составом и функциональными параметрами, необходимыми для создания приборов ИК-оптоэлектроники.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Методика выращивания тонких пленок теллурида свинца
В настоящей работе тонкие пленки теллурида свинца выращивали на чистых и оксидированных подложках с ориентацией (100) при помощи модифицированного метода «горячей стенки» из независимых источников пара летучих компонентов, описанного в работе[104].
Для синтеза бинарных ОауРЬ^ и тройных пленок 1Му .Оа/Гс использовалась графитовая реакционная камера, принципиальная схема которой представлена на Рис. 2.1. Особенностью конструкции этой камеры является наличие нескольких источников пара летучих компонентов. Каждый источник снабжен независимыми нагревателями сопротивления, которые сопряжены с электронной системой регулировки температуры, позволяющей поддерживать ее с точностью ± 2 К. В качестве регулирующих и одновременно контролирующих датчиков температур использовались калиброванные хромель-алюмелевые термопары. Приём сигнала контролирующих термопар осуществлялся при помощи цифрового вольтметра типа В7-21. Точность измерения температур, создаваемых нагревателями, была не менее, чем ± 2 К. Графитовая реакционная камера была смонтирована на универсальной вакуумной установке серийного производства типа ВУП-4 и ВУП-5. Для синтеза бинарных и трехкомпонентных пленок рабочую камеру вакуумировали до остаточного давления 5х 10'4 Па.
Как известно из литературы [105, 106], в реакционной камере, используемой в методе «горячей стенки», при испарении вещества наблюдается уменьшение парциального давления остаточных газов практически в 1000 раз по сравнению с величиной давления данных газов во внешнем вакуумируемом объеме. Кроме того, наличие в графитовой реакционной камере остаточной атмосферы восстановительного характера, является преимуществом перед испарительными системами, изготовленными из других материалов (алунд, кварц, и т. п.) [106]. Остаточная атмосфера в испарительной камере после десорбционного прогрева содержит главным образом молекулы N2, СО и С2Н4, что было установлено в