Термические характеристики и стабильность тонких пленок на основе a-Si:H и его сплавов и халькогенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te

• Автор: Горшкова, Екатерина Викторовна
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1.Применение и основные особенности свойств неупорядоченных материалов

1.1.1. Применение аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов

1.1.2. Применение халькогенидных полупроводников

1.2. Свойства аморфных полупроводников

1.2.1.Модели энергетических состояний в неупорядоченных

полупроводниках

1.2.2. Атомная структура аморфных полупроводников

1.2.3. Электрофизические свойства неупорядоченных полупроводников

1.2.4. Оптические и фотоэлектрические свойства неупорядоченных полупроводников
1.2.5. Метастабильность аморфного гидрогенизированного кремния
1.3. Халькогенидные полупроводники
1.3.1. Материалы для ячеек фазовой памяти
1.3.2. Свойства халькогепидов системы Ое8ЬТе
1.3.2.1. Структура халькогенидов системы Се8ЬТе
1.3.2.2. Фазовые диаграммы системы Ое8ЬТе
1.3.2.3. Время кристаллизации материалов в системе Ое8ЬТе
1.3.2.4. Оптические свойст ва материалов системы Сс8ЬТс
1.3.2.5. Электрофизические свойства материалов системы Се8ЬТе
1.3.2.5.1. Электропроводность
1.3.2.5.2. Эффект переключения
1.3.3. Структура ячеек фазовой памяти и принцип ее работы
1.3.3.2. Надежность ячеек фазовой памяти
1.4.Термические методы анализа
1.4.1. Метод дифференциального термического анализа
1.4.2. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии
1.4.3.Факторы, влияющие на кривые ДТА и ДСК
1.5. Дифференциальная сканирующая калориметрия авкН, сплавов на его основе и халькогенидов
1.5.1. ДСК авкН и сплавов на его основе
1.5.2. ДСК халькогенидов
Выводы по главе 1
Глава 2. Технология получения и методы исследования свойств материалов
и тонких пленок на их основе
2.1. Синтез материала системы ЭевЬТе
2.2. Методы формирования тонких пленок экспериментальных образцов
2.2.1. Получение тонких пленок а8Н и его сплавов в низкочастотной плазме тлеющего разряда кГц
2.2.2. Метод осаждения тонких пленок Т
2.3. Методы исследования состава и структуры образцов
2.3.1. Рентгеновский микрозондовый анализ
2.3.2. Спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда
2.3.3. Определение состава тонких пленок в8Т
2.3.4. ИК спектроскопия
2.3.5. Рентгенофазовый анализ
2.3.6. Атомносиловая микроскопия
2.4. Дифференциальные термические методы анализа
2.4.1. Термогравиметрия
2.4.2. Дифференциальная сканирующая калориметрия
2.4.2.1. Характеристики Э8С
2.4.2.2. Калибровка калориметра Э8С
2.4.2.3. Уменьшение погрешности измерений калориметра П8С
2.4.2.3.1. Разброс массы тиглей
2.4.2.3.2. Положение тигля на детекторных площадках в ячейке прибора
2.4.2.3.3. Положение крышки измерительной ячейки
2.4.2.4. Методика подготовки образцов и методика проведения измерений термических свойств
2.4.2.5. Метод Киссинджера
Выводы по главе 2
Глава 3. Исследование термических свойств тонких пленок аморфного
гидрогенизированного кремния и сплавов на его основе
3.1. Дифференциальная сканирующая калориметрия тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния
3.1.1. Исследование тепловых эффектов в а8Н
3.1.2. Моделирование пиков на кривых ДСК тонких пленок а8
3.1.2.1. Природа пиков тепловых эффектов на кривых ДСК тонких пленок акН
3.1.2.2. Математическая модель для описания пиков тепловых эффектов
на кривых ДСК тонких пленок а8Н
3.1.3. Моделирования пиков для аморфного гидрогенизированного кремния
3.2. Дифференциальная сканирующая калориметрия тонких пленок аБг.Н птипа
3.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия тонких пленок а8ЮеН
3.3.1 Моделирование тепловых эффектов в тонких пленках а8ЮеН
3.3.2. Определение энергии активации тепловых эффектов в а8ЮеН с применением уравнения Киссинджера
3.4. Взаимосвязь оптоэлсктронных свойств тонких пленок а8пН и его сплавов со структурно релаксационными процессами, протекающими в них
Выводы по главе 3
Глава 4. Исследование термических свойств халькогенидов системы
Ое8ЬТе
4.1. Состав и струкгура синтезированного материала и тонких пленок ОеЬ2Те5
4.2. Влияние термического отжига на морфологию поверхности тонких пленок ОеЬ2Те5
4.3. Температурная зависимость удельного сопротивления
4.4. Термичсские свойства ОеЬ2Тс5
4.4.1. Гравиментические исследования синтезированного материала и тонких пленок
4.4.2. ДСК синтезированного материала и тонких пленок СеЬ2Тс5
4.4.3. Повторные ДСК измерения синтезированного материала и тонкопленочных образцов ОсЬ2Те5
4.4.4. Оценка энергии активации тепловых эффектов с использованием уравнения Киссинджера для ОеЬ2Те5
4.5. Исследование термических свойств ОеБЫТе, веБЬДЬ
4.6. Природа возникновения экзотермического теплового эффекта в диапазоне температур 0 5С
4.7. Влияние дополнительного отжига синтезированного материала на 1 стабильность свойств
Выводы но главе 4
Основные результаты и выводы
Литература


Изменение микроструктуры пленок, обусловленное резким увеличением полигидридных конфигураций, приводит к изменению механизма струкгурнорелаксационных процессов и сопровождается резким ухудшением не только оптоэлектронных свойств, но и их стабильности. В четвертой главе представлены результаты исследования термических свойств и стабильности параметров халькогенидов системы Ое8ЬТс, применяемых для создания устройств фазовой памяти. Проведенные с помощью метода рентгенофазового анализа исследования показали что, исходный синтезированный материал СеЬ2Те5 представляет собой поликристаллическую
смесь кубической и гексагональной фаз, в то время как исходные тонкие пленки, полученные термическим испарением синтезированного материала Се2Ь2Те5, являлись аморфными. Проведенные исследования температурной зависимости удельного сопротивления для тонких пленок ОеЬ2Те5 показали, что на кривой до температуры 0 С наблюдается экспоненциальное уменьшение удельного сопротивления на два порядка, что свидетельствует об активационном характере проводимости с энергией активации 0, эВ. Далее, в температурном интервале 0 0С, изменения происходят более резко, больше чем на порядок величины. Это связанно с фазовым переходом аморфное состояние кубическая решетка. Кроме того, в главе представлены, исследования морфологии поверхности тонких пленок с помощью атомносиловой микроскопии показали резкие изменения, что связано с фазовыми переходами аморфное состояние кубическая решетка 0С и кубическая решетка гексагональная решетка 5 0С, сопровождающиеся ростом зерен и изменением объема материала и релаксацией возникающих напряжений. Проведенные 1равиметричсские исследования в области температур от до 0 С исходного синтезированного материала в 8X5 показали, что при нагреве образца до 0 С изменение массы не превышает 1. Для тонкопленочного образца на основе X5 изменение почти в два раза больше. Кроме того, ДСК исследования синтезированных материалов X5, X4 и X7 показали, что до температуры 5 С наблюдаются монотонные кривые, на которых отсутствуют какиелибо тепловые эффекты, что указывав на то, что исходные поликриеталличсские материалы находятся в равновесном состоянии. Выше температуры 5 С проявляются эндотермические пики 4,6, 7,6 и 6,3 С для ОБХ5, в8Х4 и X7 соответственно, обусловленные плавлением материала. ДСК измерения тонкопленочных образцов X5, X4 и X7 показали, что в отличие от синтезированного материала, в тонкопленочных образцах наблюдается целый ряд пиков. Представлены результаты расчета энергий активации тепловых эффектов с использованием уравнения Киссинджера. Повторные ДСК измерения тонкопленочных образцов X5, X4 и X7 приводят к исчезновению большинства из наблюдаемых пиков за исключением эндоииков в диапазоне температур 0 5 С. Проведен анализ природы обнаруженного эндотермического пика в области 0 5 С. СеЬ2Те5, Ое8Ь2Те4, СеБЬДе и способа получения синтезированные образны и тонкие пленки на их основе. Появление данного пика связывается с диффузией подвижных атомов теллура к границам зерен при термообработках, при этом происходит агломерация мобильных атомов теллура на границах зерен. В результате, многократная термообработка материалов системы СеЭЬТе может приводить к сильной неоднородности образующихся зерен по объему и сопровождаться образованием новых фаз. В этом случае наблюдаемый эндотермический пик может быть связан с локальным плавлением какойто из фаз. Анализ фазовых диаграмм позволяет предположить, что эндотермический пик может быть вызван плавлением эвтектического состава. При этом наиболее вероятно плавление эвтектики веТе, что подтверждается ДСК измерениями этого эвтектического состава температура пика плавления эвтектического состава 7 С близка первоначальной температуре эндопика. Кроме того, выявлено, что дополнительный термический отжиг синтезированных соединений, находящихся на линии квазибинарного разреза веТе 8Ь2Тез, при температуре 0С с выдержкой 5 часов в атмосфере аргона увеличивает стабильность свойств халькогенидных полупроводников.