Введение к работе
Актуальность темы . В современных условиях развития производства и новых технологий , с повышением требований к экологическим проблемам возникает необходимость создания более эффективных промышленных газоанализаторов , волоконно-оптических устройств с минимальными дисперсионными и оптическими потерями , малошумящих полупроводниковых структур . Для реализации данных задач успешно
используются твердые растворы соединений АЪВЪ [1] .
Многокомпонентные гетероенстемы , рассчитанные на узкозонный
спектральный диапазон , имеют хорошо воспроизводимую реализацию на
подложках InAs {2] . Поэтому исследование физико-термодннамнческнх
возможностей получения новых эпитаксиальных слоев на бинарном
соединении зреенида индия и практическая реализация данных систем
является актуальной задачей . Как и все многокомпонентные растворы ,
данные системы имеют большую пространственную область
термодинамической неустойчивости , уточнение которой требует детального анализа . Использование метода зонной перекристаллизации градиентом температуры ( ЗПГТ ) с целью полученил многокомпонентных полупроводников требует при описании модели фазовых равновесий учитывать эффект упорядочения мольных пар , возникающее напряжение на гстерограннце , тепловые потоки н массоперенос , что дает более полное физико-математическое описание процесса .
При ЗПГТ возникает перераспределение собственных примесей в растущих слоях . , характеризуемое кристаллизационной очисткой и диффузионным легированием атомами элементов , содержащихся в жидкой зоне . Данная проблема практически не исследована для соединений
А В на основе InAs и требует более полного подхода с математической и термодинамической точки зреяня . Учет влияния процессов диффузии примесей из подложки по структурным дефектам слоя позволяет сделать существенные поправки при расчете .общего распределения примесей в полупроводнике . Использование математического аппарата теории возмущений дает возможность учитывать влияния различных сложных возмущений при прогнозировании процесса легирования и очистки.
Особый интерес представляет получение висмутосодержащих
многокомпонентных соединений Л Л на подложках арсенида индия для использования их в качестве материала фотоприемных устройств дальнего инфракрасного диапазона.
Цель работы . Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное исследование возможности получения близких к идеальным гетсроструктурам многокомпонентных твердых растворов'
соединений А*В* на основе InAs . Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- уточнение методики расчета термодинамических и электрофизических
параметров МТР соединений А В на основе InAs с учетом упорядоченности и напряжений на гетерогранице и радиацнонпо-кондуктнвного теплообмена в окрестности фронта кристаллизации ;
теоретическое исследование поведения собственных примесей в МТР , используя матемапіческин аппарат теории возмущений для процессов очистки и легирования с учетом.влияния структурных дефектов;
экспериментальная реализация некоторых из предложенных систем с одновременной проверкой уточненных теоретически полученных закономерностей , усовершенствование технических конструкций для процесса ЗПГТ;
- исследование люминесцентных свойств многокомпонентных твердых
растворов соединений А В ні основе InAs .
Научная новизна , Рассчитано распределение упорядоченных мольных долен и влияние их на параметр решетки и коэффициент термического расширения для шестикомпонентных твердых растворов.
На основе парной аппроксимации квазихимического приближения регулярных растеоров разработан метод расчета фазовых равновесий с учетом эффекта упорядоченности , возникающих напряжений на гетерогранице , массопереноса , тепловых потоков применительно к условиям выращивания эпнтаксиальных слоев в поле температурного градиента.
Предложены приближенные методы для анализа термодинамической устойчивости , вычисления ширины запрещенной зоны многокомпонентных твердых растворов соединений А В на основе InAs .
Исследовано перераспределение собственных примесей цинка и теллура при одно и двухпроходнон очистке для четырехкомпонентных твердых растворов , пятикомпонентных твердых растворов и шестикомпонентных на основе InAs .
Предложен Метод возмущения , позволяющий получать решения при " сложных изменениях геометрических и термохимических параметров процесса ЗПГТ применительно к задачам очистки и легирования.
Рассмотрена диффузия из легированной подложки в зпитакснальные слон ЧТР, ПТР и ШТР с учетом влияния двумерных структурных дефектов .'
Исследован метод ЗПГТ для получения висмутосодержащих четырехкомпонентных и пятикомпонентных твердых растворов на подложках арсенюа индия.
Научные положения . выносимые на защиту
I. Разработанный способ эпнтаксни нз жидкой фазы в поле температурного градиента позволяет получать пятккомпонеатные твердые
растворы (ja:Inx.:rxbbyAsl_y_I „s подложка* InAs и с использование*!
" сэндвича " труднореализуемые гетеросистсмы , такие как
JnAs%SbyBix_J.,t IInAs с заданным распределением компонент ,
электрофизическими свойствами и повышенным кристаллическим совершенством гетсрострухтуры.
2 . Предложенное термодинамическое описание фазового равновесия с учетом эффекта упорядоченности , радиацнонио-хондуктивного теплообмена в окрестности фронта кристаллизации , массопереноса и возникающих напряжений на гетерогранице , основанного на парной аппроксимации квазихимического приближения регулярных растворов , позволяет наиболее полно определить исходные данные для получения' твердых растворов заданного состава в поле температурного градиента .
-
Использование для процесса гомогенизации метода принудительного перемешивания расплава в магнитном поле с учетом тепловых и гидродинамических потоков дает возможность улучшить воспроизводимость многокомпонентных твердых растворов .
-
Применение метода возмущений для расчета перераспределения собственных примесей и учет влияния структурных двумерных дефектов обеспечивает повышенную точность решения задачи о процессах легирования и очистки опираясь на полученные ранее, экспериментальные результаты .
-
При введение шестого компонента ( аллюмпнкя) в ПТР образуется четырехмерное термодинамическое устойчивое пространство , которое включает в себя в пределе все устойчивые области ПТР , ЧТР . ТТР .
Практическое значение работы . Проведенные исследования показывают , что возможно получить высококачественные многокомпонентные
полупроводниковые соединения А В' на основе InAs для газоанализаторов
с одновременно согласованным параметром решетки и КТР на
гетерогранице при условии термодинамической устойчивости
зпи іаксиальної о слоя GalnPSbAs/InAs . Данное соединение имеет больший
диапазон Kg но сравнению с ЧТР . Показана возможность получения
метолом ЗПГТ труднореализуемых гетероструктур , таких как
InAsSbBi/lnAs . Предложенный мсгод возмущения для расчета задач легирования и очистки позволяет прогнозировать результаты технологических процессов с большей точностью на основе уже имеющихся и может быть перенесен на другие соединения . Предложенное консгрукционно-зехническое решение вопросов гомогенизации позволяет улучшить качество получаемых гетероструктур .
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах лаборатории физики полупроводников ВИ НГТУ , проблемной лаборатории микроэлектроники НГТУ , ВНИИ Неорганических материалов , Всероссийской научно-технической конференции с международным участием по актуальным проблемам . твердотельной электроники и микроэлектроники ( г.Таганрог , 1994 г.) , Научной конференции ХХ-е Гагаринскне чтения ( г. Москва , 1994 г.) , Втором Российском научно-техническом семинаре " Водород в металлических материалах" ( г. Москва , 1994 г. ) , Российской научно--технической конференции по новым материалам и технологиям ( г. Москва , 1994 г. ). Научной конференции " XXI -е Гагаринскне чтения * ( г.Москва ,
199S г. ) , Х-конференции по химии высокочистых веществ ( г. Нижний Новгород , 1995 г. ) , Второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием по актуальным проблемам твердотельной электроники и микроэлектроники ( г.Таганрог , 1995 г. ) , Международной научно-практической конференции " Пьезотехника-95"( г.Азов , 1995г.) , Российской научно-технической конференции по новым материалам и технологиям ( г.Москва , 1995 г ).
рублихаини . По результатам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Основные результаты работы получены автором самостоятельно . Л.С. Луниным осуществлены постановка задачи исследования и постоянное обсуждение результатов исследований . И.А.Сысоев оказывал помошь в постановке экспериментов и участвовал в обсуждении работ . Ю.И.Ершов принимал участие в обсуждении математического аппарата , О.Д.Лунина участвовала в обсуждении физико-технических проблем третьей главы. Ф. Г. Решетин к , Л.Н.Коновалов , Т.Г.Аскарян участвовали в обсуждении второй главы . Качественный и количественный анализ МТР проведен в ВИМСЕ С.В.Курдкжовым.
Объем работы и ее структура . Диссертация состоит из введения , четырех глав , выводов , содержит 140 страниц машинописного текста , 161 иллюстрацию , 10таблиц. Библиография включает 112 наименовании .
