Электрофизические и оптические свойства тонких пленок ZnSe в различных структурных состояниях

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
ФИЗИКА 2005. № 4
УДК 538. 9
Р. Г. Валеев, П. Н. Крылов, В. Ф. Кобзиев, Э. А. Романов
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК ZnSe В РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНЫХ СОСТОЯНИЯХ
Различными методами изучалась структура, электрофизические и оптические свойства полупроводниковых тонких пленок ZnSe, полученных методом испарения в высоком вакууме. При температурах конденсации в интервале 20 200 0 О синтезированы пленки ZnSe в различных структурных состояниях и исследованы их спектры пропускания, отражения и поглощения в видимом диапазоне.
Ключевые слова: ZnSe, тонкие пленки, структура, электрофизические и оптические свойства.
Введение
Селенид цинка ^пЯе) в пленочном исполнении принадлежит к числу наиболее перспективных широкозонных материалов, А 2 В 6 и находит широкое применение в устройствах коротковолновой полупроводниковой электроники и системах отображения информации [1, 2]. К тому же ZnSe относится к числу материалов, которые могут иметь фазы переменного состава, что требует прецизионного контроля условий синтеза пленок в процессе напыления [1].
1. Получение и структурные исследования образцов
Пленки ZnSe получены на модернизированной установке УВН 71-П3 [3] методом термического дискретного испарения порошка ZnSe. Порошок ссыпался из вибробункера на танталовый тигель и испарялся на ситалло-вую подложку размером 30×10×1 мм в вакууме 5¦ 10−3 Па. Нагрев испарителя производился до температуры 1300−1400 ° С. Расстояние от испарителя до подложки — 200 мм. При этом время напыления 1 составляло 10 мин., температура конденсации Т к =20, 100, 150, 200 ° С, скорость напыления 6−10 А/с. Анализ химического состава полученных пленок проводился методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Микроструктура образцов была исследована методом микродифракции на просвечивающем электронном микроскопе УЭМВ-100К (рис. 1.). По данным этих исследований с использованием методики [4] была построена зависимость среднего диаметра зёрен плёнок ZnSe от температуры конденсации. Средняя величина зёрен изменяется от 17 до 43 нм с ростом температуры от комнатной
до 200 ° С (рис. 2.). Толщина пленок — 0,5 мкм. Структурное состояние образцов контролировалось методом рентгеновской дифракции (рис. 3.). На рентгенограммах видно, что с увеличением температуры подложки увеличивается амплитуда первого рентгеновского пика (111). Учитывая вклад подложки в дифракционную картину, можно увидеть, что с увеличением температуры подложки пик (111) не только увеличивается по амплитуде, но и становится более резким, что говорит об увеличении блоков когерентного рассеяния.
Рис. 1. Картины электронной дифракции пленок ZnSe, полученных при температурах подложки 20 (а), 150 (Ь) и 200 © 0 С
Рис. 2. Зависимость среднего размера зерен ZnSe от температуры подложки
2. Электрофизические и оптические свойства Удельная проводимость
На рис. 4 представлена зависимость удельной проводимости, а от тем-
О 20 40 60 80 100
в (Си Ка), degree Рис. 3. Рентгеновские дифрактограммы пленок ZnSe
пературы конденсации. Видно, что она растет до температуры 100 0 С, а затем уменьшается. Такое поведение удельной проводимости можно объяснить тем, что межзеренные границы являются барьером для проводимости, и с ростом зерен их количество уменьшается, в результате чего проводимость увеличивается. При температуре больше 100 0 С проводимость уменьшается, но размеры зерен все равно увеличиваются (рис. 2). Возможно, это связано с выходом загрязняющих примесей на границы зерен, что затрудняет проводимость.
Рис. 4. Зависимость удельной проводимости от температуры конденсации
Проведенные исследования температурной зависимости удельной проводимости позволили рассчитать энергии активации проводимости при нагреве пленок, а затем при их охлаждении. Их величина составила 0,61 эВ и 0,27 эВ соответственно.
Оптические спектры
На рис. 5 представлены спектры пропускания (Т) и отражения (в), полученные на спектрофотометре СФ-26 с применением приставки для исследования спектров отражения, пленок ZnSe, синтезированых на подложки из плавленного кварца. Из данных спектров, на основании интерференционной природы спектров попускания тонких пленок ZnSe в области прозрачности были определены оптические постоянные (коэффициенты поглощения и пропускания). Они представлены на рис. 6 в зависимости от температуры конденсации.
Рис. 5. Спектры пропускания и отражения пленок ZnSe, полученных при температурах подложки 20 (а), 50 (Ь), 150 © и 200 0 С (ё)
Край поглощения (рис. 6а) для температуры конденсации 20 0 С имеет значение равное 2.1 эВ, а для температур конденсации 150 и 200 0 С он смещается в коротковолновую область с энергией 2,25 эВ. Известно, что для поликристаллов по сравнению с монокристаллами край поглощения смещен, как правило, в длинноволновую область, что и наблюдается, поскольку с ростом температуры растет размер зерен. Коэффициенты преломления при разных температурах конденсации представлены на рис. 6Ь.
а) энергия, эВ Температура конденсации, «С
Рис. 6. Зависимости безразмерного коэффициента поглощения от энергии (a) и коэффициента преломления от длины волны (b)
При температуре осаждения пленки 20 0 С коэффициент преломления ниже, чем при 100, 150, 200 0 С, что может быть связано как с изменением стехиометрии полупроводника, так и с увеличением концентрации загряз-нющих примесей, которые в основном скапливаются на границах зерен.
Выводы
1) Синтезированы нанокристаллические пленки ZnSe со средним диаметром зерна от 17 до 43 нм.
2) Установлено, что удельная проводимость и ее температурная зависимость различны для пленок с разным средним диаметром зерна. Максимальная удельная проводимость наблюдается у пленок, полученных при температуре конденсации 100 0 С.
3) По температурной зависимости проводимости определены энергии активации примесей. Наибольшую концентрацию примесей имеют пленки, полученные при температуре 1000 С. Данные пленки имеют максимальную удельную электропроводность, минимальную температурную зависимость электропроводности.
4) По спектрам поглощения определена энергия запрещенной зоны. С увеличением температуры конденсации энергия запрещенной зоны меняется от 2,1 до 2,25 эВ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Aveu M., Prener J.S. Physics and Chemistry of II-VI Compounds, Amsterdam: North-Holland Publ. Co., 1967. 278p.
2. Физика соединений A 11 B VI /Под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана М.: Наука, 1986. 368с.
3. Валеев Р. Г., Деев А. Н., Рац Ю. В., Бабанов Ю. А., Крылов П. Н., Кобзиев В. Ф., Ломаева С. Ф. Локальная атомная структура нанокристаллического
СаЛв по данным EXAFS-исследований // Физика и техника полупроводников. 2001. Т. 35, № 4. С. 655−657.
4. Горелик С. С., Скаков Ю. А., Расторгуев Л. Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ, М.: МИСИС, 1994. 356с.
R. G. Valeev, P. N. Krylov, V. F. Kobziev, E. A. Romanov
The electrophysical and optical properties of thin films of ZnSe
in different states
The structure, electrophysical and optical properties of thin semiconductor films of ZnSe has been studied by different methods. Thin films were obtained by evaporation in high vacuum. Films of ZnSe in different states have been obtained at different condensation temperature in the range of 20−2000 C, and their transmission, reflection and absorption spectra in the visible region have been studied.
Поступила в редакцию 01. 02. 05
Валеев Ришат Галеевич Физико-технический институт УрО РАН 426 000, Россия, г. Ижевск, ул. Кирова, 132 e-mail: valeev@lasas. fti. udm. ru
Крылов Петр Николаевич Удмуртский государственный университет
426 034, Россия,
г. Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4
e-mail: ftt@uni. udm. ru
Кобзиев Владимир Федорович Удмуртский государственный университет
Романов Эдуард Аркадьевич Удмуртский государственный университет
426 034, Россия,
г. Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4
e-mail: ftt@uni. udm. ru
426 034, Россия,
г. Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4
e-mail: ftt@uni. udm. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой