авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |

Физико–химические основы технологии получения монокристаллов и поликристаллических пленок широкозонных полупроводниковых соединений группы а2в6 с управляемыми

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛЕВОНОВИЧ БОРИС НАУМОВИЧ

ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ И ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ

ПЛЕНОК ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ГРУППЫ А2В6 С УПРАВЛЯЕМЫМИ СВОЙСТВАМИ.

(05.17.01 – технология неорганических веществ)

( 01.04.10 –физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Государственном научно–исследовательском и проектном институте

«Гиредмет»

Официальные оппоненты:

д-р. физ.- мат. наук, проф. каф. «Материаловедение полупроводников и диэлектриков» НИТУ МИСиС Бублик В.Т.

д-р. техн. наук, проф., зав. отделом «Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН»

Иванов Ю.М.

д-р. физ.- мат. наук. зав. лаб. «Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН» Грузинцев А.Н.

Ведущая организация: Закрытое акционерное общество «Научно – исследовательский институт материаловедения» (НИИМВ).

Защита состоится «9 » июня 2010 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Гиредмета по адресу:109017 г. Москва. Большой Толмачёвский переулок дом 5.

С диссертацией можно ознакомиться в научно–технической библиотеке института «Гиредмет» по адресу: 109017 г. Москва. Большой Толмачёвский переулок дом 5.

Автореферат разослан « » апреля 2010 года, телефон для справок 951-10-02

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат химических наук Блинова Э.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Технологии неорганических веществ занимают центральное место в сложной цепи современных высокотехнологичных производств. В полной мере это относится к технологиям производства полупроводниковых материалов - большой группы высокочистых неорганических веществ, являющихся основой элементной базы современной электронной техники, без которой сегодня немыслим научно-технический прогресс. Свойства полупроводниковых материалов, определяющие их потребительскую ценность, формируются в результате взаимодействия примесей и дефектов в них как на стадии получения соответствующих монокристаллов и пленок, так и на стадии управления этими характеристиками при изготовлении приборов. Роль и значимость процессов взаимодействия примесей и дефектов в технологии управления свойствами полупроводниковых материалов проявляется особенно остро в сложных полупроводниковых соединениях, к которым относятся, в частности, соединения группы А2В6. Обладая уникальными излучательными и электрооптическими характеристиками, высокой фоточувствительностью и потенциальными возможностями изменения сопротивления в широких пределах, соединения этой группы все еще не находят должного применения в современных устройствах оптоэлектроники из-за слабой изученности и сложности управления процессами взаимодействия примесей и дефектов в них. В частности, трудно решаются проблемы управления величиной и типом проводимости, а также создания p-n переходов для большой группы широкозонных соединений А2В6. Интерес к соединениям группы А2В6 не исчерпывается только объемными монокристаллическими материалами. Для ряда практических применений (солнечные батареи, матричные электролюминесцентные экраны, видиконы и др.) требуются микрокристаллические пленки материалов этой группы, представляющие интерес для промышленности, прежде всего, из–за относительно низкой стоимости технологических процессов нанесения пленок и используемых материалов, а также возможности получения пленок на различных, в том числе крупноформатных подложках. Однако, в микрокристаллических пленках при их термической обработке в ходе производства приборов, происходят сложные процессы перестройки структуры, существенно усложняющие картину взаимодействия примесей и дефектов. К ним относятся межфазовые полиморфные превращения и рекристаллизация, вносящие существенный вклад в изменение дефектного состояния материала и оказывая, тем самым, решающее воздействие на электрофизические, фотоэлектрические и люминесцентные свойства микрокристаллических пленок, а также на рабочие характеристики, изготавливаемых на их основе приборов.



Изучение физико–химических закономерностей процессов перестройки структуры и примесно–дефектного взаимодействия в монокристаллах и микрокристаллических пленках широкозонных соединений А2В6, установление взаимосвязи этих процессов, поиск путей и способов управления составом, структурой и свойствами материалов и создание на этой основе технологических процессов получения монокристаллов и пленок с необходимым набором свойств, является актуальной задачей. Понимание этих закономерностей важно еще и потому, что явления и процессы, наблюдаемые в монокристаллах и микрокристаллических пленках, должны играть не менее важную роль в наноразмерных композициях, исследование и практическое использование которых приобретает в последние годы все возрастающее значение.

Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы состояла в разработке технологических процессов управления свойствами неорганических продуктов - моно- и поликристаллов соединений группы А2В6, а также в разработке на этой основе технологии формирования слоев и активных структур, обеспечивающих создание приборов оптоэлектроники.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- установлены основные физико-химические закономерности воздействия различных технологических процессов, включая термодиффузионные отжиги, ионное легирование и электронное облучение на состав собственных точечных дефектов и структуру монокристаллов и микрокристаллических пленок ряда широкозонных соединений группы А2В6;

- изучена термодинамика отжига монокристаллов и микрокристаллических пленок полупроводников группы А2В6 и результаты сопутствующих квазихимических реакций, исследованы процессы взаимодействия собственных точечных дефектов, примесей и линейных дефектов структуры, развиты модельные представления о характере взаимодействия примесей и дефектов в монокристаллах и микрокристаллических пленках полупроводников группы А2В6.

- разработаны методики исследования структуры, электрофизических и фотоэлектрических характеристик материалов применительно к широкозонным соединениям группы А2В6, методики анализа состава исходных компонент, монокристаллов и пленок.

- разработаны технологические процессы управления электропроводностью, фотоэлектрическими и люминесцентными характеристиками монокристаллов и микрокристаллических пленок ряда широкозонных соединений группы А2В6, в том числе процессы формирования различных светоизлучающих структур на основе монокристаллов и фоточувствительных структур на основе микрокристаллических пленок, используемых в оптоэлектронных приборах.

Объекты и методики исследований. Объектами исследования являлись высокочистые неорганические вещества - монокристаллы CdSe и ZnSe и нанесенные на стеклянные подложки микрокристаллические пленки CdSe и CdS, типичные представители широкозонных соединений А2В6, обладающие монополярной проводимостью n-типа, нелегированные и легированные примесями I, III и V групп периодической системы элементов (ПСЭ) с помощью ионного внедрения и термодиффузии.

В работе использован комплекс современных методов исследования включая электрофизические (эффект Холла, фото-Холл, вольт-амперные характеристики), фотоэлектрические (фотопроводимость, фотолюминесценция, люкс-амперные характеристики), электрооптические (электроотражение и электропоглащение), рентгеновский микроанализ, Оже-электронную спектроскопию, электронную спектроскопию для химического анализа (ЭСХА), обратное рассеяние протонов, методы спектрального и химического анализа. Структуру исследовали методами рентгеновской дифрактометрии, электронной и оптической микроскопии. Описание характеристик исследуемых образцов, методов и условий их получения, легирования и отжигов, а также методик измерения их свойств изложены в главе 2 диссертации.

Научная новизна полученных результатов.

- Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность инверсии типа проводимости в высокочистых неорганических продуктах - монокристаллах селенидов кадмия и цинка n- типа проводимости в процессе роста кристаллов и отжига в парах металлоида в ограниченном диапазоне температур. На основании физико–химических расчетов выработаны требования к чистоте исходных продуктов и технологическим процессам получения кристаллов, предотвращающие их самокомпенсацию.

-Установлено, что в нелегированных монокристаллах ZnSe, CdSe, отожженных в различных условиях в контакте с компонентами соединений, а также легированных с помощью ионной имплантации примесями I, V и III групп ПСЭ, возможно управление проводимостью n-типа в широких пределах и получение инверсной проводимости p-типа. Предложены модели процессов комплексообразования в отожженных монокристаллах и в ионно-легированных слоях. Установлены механизмы токопрохождения в опытных образцах инжекционных светоизлучающих (диоды Шоттки, МДП и p-n структуры) и фотоприемных (p-i-n) структур.

- Показана принципиальная возможность управления типом проводимости приповерхностных слоев монокристаллов ZnSe и CdSe и микрокристаллических пленок CdSe путем изменения состава и концентрации соответствующих точечных дефектов с помощью имплантации ионов металлоида и отжигов. Предложена модель комплексообразования, обеспечивающего проводимость р-типа в слоях селенидах цинка и кадмия, насыщенных металлоидом с помощью ионной имплантации.

- Установлены основные закономерности и особенности дефектообразования в широкозонных материалах А2В6 при их ионном легировании. На примере монокристаллов CdSe, имплантированных Ar+, Р+ и Ag+, впервые изучен эффект насыщения концентрации радиационных дефектов в ионнолегированных слоях, предотвращающий их аморфизацию при боль­ших дозах легирования и эффект аномально глубокого проникновения имплантированных примесей. Предложена модель стимулированной диффузии в процессе ионного легирования, учитывающая особенности дефектообразования в широкозонных соединениях группы А2В6.

- Теоретически обоснован и экспериментально опробован технологический процесс импульсных электроннолучевых отжигов в сочетании с ионным легированием донорными и акцепторными примесями I, III и V групп ПСЭ, для управления проводимостью ряда широкозонных соединений группы А2В6. Предложены модели образования и отжига дефектов при облучении пучками электронов в широком диапазоне энергий и плотности энергий электронного пучка. Показана перспективность электронных отжигов для формирования структур различных типов.





- Показано, что особенности физико–химического взаимодействия примесей и дефектов в микрокристаллических пленках широкозонных соединений А2В6 в ходе их рекристаллизации оказывают влияние не только на их электрофизические характеристики, но и на структуру пленок (размер кристаллитов, тип текстуры, природу и концентрацию внутрикристаллитных дефектов). Установлены основные закономерности процессов рекристаллизации в микрокристаллических пленках CdSe, CdS и активации введенных в них примесей I(Cu,Ag), III(In,Ga) и V(Sb,Bi) групп ПСЭ, протекающих в пленках при отжигах в различных средах, которые положены в основу технологических процессов формирования высокоомных фоточувствительных микрокристаллических пленок, применяемых в приборных разработках.

Практическая значимость работы.

Разработаны режимы технологических процессов ионного легирования, электронных и термических отжигов в различных условиях для управления свойствами ряда широкозонных соединений группы А2В6, в том числе:

- разработана технология управления проводимостью монокристаллов селенидов кадмия и цинка в широких пределах, включая изменение проводимости в объеме монокристаллов и получение слоев с инверсной проводимостью р-типа, а также высокоомных фоточувствительных слоев n-типа проводимости в приповерхностной области ионнолегированных монокристаллических пластин. Методика и режимы отжигов в расплаве цинка монокристаллов селенида цинка внедрены в ЗАО «НИИМВ». Методики анализа и подготовки высокочистых исходных материалов для синтеза монокристаллов, режимы отжигов монокристаллов широкозонных соединений А2В6 в различных условиях, подготовки и нанесения защитных покрытий для реакторов, используемых при получении монокристаллов внедрены в ОАО «Гиредмет».

- разработана технология формирования высокоомных фоточувствительных поликристаллических пленок А2В6, легированных элементами I группы Периодической системы с помощью ионной имплантации. Технология внедрена в опытное производ­ство видиконов и пространственно временных модуляторов света в НИИ «Платан» с заводом при НИИ».

- разработаны методики контроля электрофизических характеристик, состава и структуры микрокристаллических пленок соединений А2В6. Методики внедрены в опытное производ­ство микрокристаллических пленок в НИИ «Платан» с заводом при НИИ».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанные технологии получения в монокристаллах CdSe и ZnSe, легирован­ных с помощью ионного внедрения, приповерхностных слоев с проводимостью как n-, так и p-типа, изменяемой в широких пределах, и формирование на их основе светоизлучающих и фоточувствительных структур различных типов.

2. Физико–химические закономерности диффузии примесей и собственных дефектов в ионно-легированных слоях монокристаллов CdSe и ZnSe, определяющие их свойства в результате имплантации примесей и от­жигов в различных условиях.

3. Технологии получения высокоомных фоточувствительных микрокристаллических пленок CdSe и CdS, легирован­ных с помощью ионного внедрения, для приборов оптоэлектроники.

4. Физико–химические закономерности процес­сов переноса вещества в микрокристаллических пленках А2В6, легированных примесями с помощью ионного внедрения и отожженных в различных условиях, связанные с перестройкой их структуры. в том числе рекристаллизацией, оп­ределяющей основные электрофизические и фотоэлектрические свойства пленок.

5. Процессы и механизмы переноса носителей заряда в исходных и рекристаллизованных пленках соединений группы А2В6, обусловленные составом и микроструктурой кристаллитов, а также пространственным расположением рассеивающих центров.

6. Особенности статистического взаимодействия электронной подсистемы кри­сталлов широкозонных полупроводников А2В6 с энергетическими уровнями локализованных состояний, обусловленных имплантированными примесями, собственными дефектами и их комплексами, образованными в результате имплантации примеси и последующих отжигов.

Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались на:VI,VII,VIII и X Всесоюзных конференциях по ЭЛП и ФЭП (Новосибирск 1975 г., Москва 1976 г., Ленинград 1981 г, Ленинград 1985 г.), Первой Всесоюзной научно-технической конференции «Получение и свойства полупроводниковых соединений типа А2В6 и А4В6 и твердых растворов на их основе»(Москва, 1977г.), Всесоюзном совещании «Дефекты структуры в полупроводниках» (Новосибирск, 1978 г.), X Всесоюзном совещании по взаимодействию заряженных частиц с твердым телом(Москва, 1979г.), Всесоюзной научно-технической конференции « Развитие технических средств телевизионного вещания»(Вильнюс, 1980 г.), Ш Всесоюзной научно-технической конференции по применению электронно-ионной технологии в народном хозяйстве(Тбилиси, 1981 г.) V Всесоюзном совещании «Физика и техническое применение полупроводников AIIBVI»(Вильнюс 1983 г), IV Всесоюзной конференции «Тройные полупроводники и их применение»(Кишинев, 1983 г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре «Теоретические проблемы электрометрии», ( Тарту 1985 г), Координационном совещании социалистических стран по проблемам оптоэлектроники(Баку, 1989 г.), III Всесоюзной конференции “Материаловедение халькогенидных полупроводников”(Черновцы, 1991 г.), XII Международный симпозиум «Тонкие пленки в электронике»(Москва, 2009 г), 14 -ая Международная конференция по соединениям II-VI (Санкт-Петерб. 2009 г.).

Публикации по теме диссертации. Основные результаты работы изложены в 42 научных работах, в том числе в 23 журналах, входящих в перечень ВАК, 10 докладах на конференциях, 4 авторских свидетельствах и 2 патентах.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации 435 страниц, включая 36 таблиц и 149 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.