Введение к работе
Актуальность работы. Твердые растворы теллурида свшшл таллурида олова представляют интерес для ИК-ошгоэлектронивд и термоэлектричества. На их основе изготавливаются излучатели, ботоприамники и тврмоэлвктричвские преобразователи,
Эффективность работы приборов существенно зависит от структурного качества используемых кристаллов, их химической однородности и особенно. от распределения электрофизических свойств. Следует отметить, что твердые растворы РЬ^п^Те являются фазами переменного состава, т.е. значение концентрации носителей заряда и тип электропроводности существенно зависят от отклоне-ния от стехиометрии в пределах области гомогенности даке для постоянного состава х.
Широкое применение процессов легирования такке обусловливает йктуальность разработки локальных методов оценки распределения электрофизических свойств.
Для сравнительного контроля однородности концентрации носителей заряда в узкозонных полупроводниках используется метод нагретого термозонда. Для количественных оценок, как правило, проводится построение, калибровочных зависимостей коэффициента термо-Э.Д.С. а от концентрации носителей заряда р или п-типа для факсированного значения состава х. Это обусловлено сложным строением зонной структуры Pb- _Sn_Te, изменением многих параметров от состава и температурыГ а также погрешностями термозондового метой в зависимости от конструкции термозонда, условий теплопереноса вглубь полупроводника. Кэтому следует добавить неоднозначность связи концентрации носителей заряда и коэффициента термо-Э ДС а также слошость построения концентрационных шюшилей из-за сравнимых значений протяженности даШзионных^оГи локальности метода Определение локальности зондового метода является самостоятельной задачей
Таким образом, тематика диссертационной работы, связанная с разработкой количественного термозондового метода, как метода физико-химического анализа легированных твердах растворов теллурида свинца-теллурида слов,а является актуальной как с точки зрения дальнейшего изучения физико-химических особенностей легирования узкозонных полупроводников, так и с точки зрения
решения важных практических задач разработки эффективного метода локального контроля электрофизических свойств.
Целью работы являлись разработка количественного тармоаин-дового метода Анализ легированных образцов Рс. Sn Те. Научная новизна работы состоит в следующем:
I.C использованием различных технологий, получены кристалль й слои Pb^_ Sn Те содержащие разные концентрации собственнш 8лектриче,слш активных дефектов. Проведен сравнительный аналж образцов по однородности электрофизических свойств до и после проведения диффузии примеси.
2.На основе экспериментальных и расчетных данных по строешп зонной структкры создано программное обеспечениее позволяющее проводить расчеты основных кинетических коэффициентов в тверда: растворах РЬ Sn Те для любых составов х в диапазоне Осх^Э»5 ] температур от.77КХдо 450К в приближении Кейнй. Проведено тестирование разработанного пакета прикладных программ и установлен! хорошее согласие для значений коэффициента термо-Э.Д.С. а собственной концентрации носителей заряда, ширины запрещенно-зоны и т.п. в зависимости от состава х, концентрации носителе! зяшла и температупн Разработанное программное обеспечени положено в теоретическую основу количественного терлозондовог метоля
З.Оценена чувствительность термозондового метода, соста влякщая по концентрации носителей заряда ~ 10^^см"^ в облает собственной концентращш носителей заряда при Т=300К.
4.Разработана методика определения локальности .термозон дового метода.
ь.Исследованы температурные зависимости коэффициента терме 'ЭХО. На основе полученных результатов предложен способ, обес тэчивавдий однозначность определения концентрации носителе заряда по значению коэффициента термо-Э.Д.С."'
б.Установлвш закономерности влияния концентрации сббстве1
ішх электрически активных дефектов и концентрации индия ка стг
билЬацию электрофизических свойств при диффузионных отжигаз
Полученные экспериментальные данные согласуются с моделью, опии
вавдей самокомпенсацию. "
7.Обнаружена инверсия типа проводимости в локальных левер: ностных областях образцов Pb- Sn Те при локальный теплое
г „1-х- X г
воздействии в условиях динамического вакуума. Установлено, что эффект' связан с обеднением приповерхностных слоев теллуром. Практическая ценность работы состоит в следувдем: 1.Усовершенствована установка, обеспечивающая ведение термо-г зондового анализа.
2.Создан пакет прикладных программ* позволяший осуществлять анализ концентрации носителей заряда для образцов Pb^ Sn Те с составом X от О до 0,5 моль.долей SnTe без предварительного пос-троения калибровочных кривых. '"
3.Составлено программноe обеспечение, позволяйте восстаю-
вливать концентрационный профиль с учётом локальности терлозонда.
^.Усовершенствована методика поверки зонда-термопары и
предашь устройство для периодической аттестации в процес
эксплуатации. "
5. Методом "горячей стенки" получены слои Pb^Sn^Tе (х=0 и
0,16 "моль.долей SnTe), легированные In в процессе роста.
Отработаны режимы получения р-п структур. Структур* пригодны для
практического использования в качестве фотоприбмников.
Основные научные положения, выносимые на защиту
I.Разработанный количественный термозондовый метод
позволяют проводить измерения коэффициента термо-З.Д.С. с
локальностью ~ 40...50 мкм и обеспечивает определение
однородности электрофизических свойств, оценку отклонения от
стехиомэтрии и изучерт- кх-эт-ш обработки поверхностных слоев
в узкозонных полупровяддаках'. ~
. 2.Созданный пакет прикладных программ, состоящий из:
-программ для расчёта зависимостей кинетических коэффициентов в Pb^ xSnxTe от состава х, положения уровня ферли и температуры* для диапазонов 0«<0,5 моль.долей SnTe и 77К<Т<450К в кейновском приближении; -программ оценки распределения температуры вдоль оотрия зонда;
-программ; описывающих распространение тепла вглубь полупроводника и оценивающих локальность измерений, обеспечивает определение концентрации носителей заряда по значению коэффициента термо-Э.Д.С. с чувствительностью не хуже 101бсм""3 в области низких значений концентрации носителей заряда и не требует предварительного построенш калибровочных
зависимостей.
3.Знак и характер изменения производной от коэф^ициента термо-Э.Д.С. по температуре (do/dl) имеют взаимно однозначную зависимость с концентрацией носителей заряда, что позволяет установить однозначность определения концентрации носителей заряда по коэффициенту термо-Э.Д.С- из температурных зависимостей термо-Э.Д.С. при нестационарном тепловом режиме работы 'термозонда.
4.При диффузии индия вглубь образцов Sb xSn^Te с увеличением концентрации примеси наблюдается эффект стабилизации электрофизических свойств, при этом урOBKH концентрации носителей заряда и концентрации индия-в слоях PЬ^^п^Те сущест-венно зависят от концентрации собственных электрически активных. дефектов, практически пропорционально возрастая с концентрацией собственных электрически активных дефектов р-типа- -
5.Полученные эмпирические зависимости, связывающие значение давления пара теллура, задаваемого при выращивании слоев РЬТе методом "горячей стенки", со значением давления пара индия, обеспечивают получение термодинамического р-п перехода в слоях и позволяют получать р-п структура, пригодные для практического использования.
Результаты диссертационной работы внедрены в практических разработках Проблемной лаборатории электрофизических процессов в диэлектриках и полупроводниках Санкт-Петербургского Государствеаного ЭлектротехничеЬкого Университета им 3.И. Ульянова /Ленина/.
Апробация результатов Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались нагнаучно-технических конференциях профэссорно-преподавательского состава СПГЭТУ им В.И. Ульянова /Еша/ (199Ы993ГГ), а также на семинарах ШИЛ электрофизических процессов в диэлектриках и полупроводниках.
Публикации. Пс результатам ;диссертации ипубликовано ї научная работа.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включащего
129 наименований, и 4 приложений. Основная работа изложена т
170 страницах машинописного текста. Работа содержит 54 рисунка г
8 таблиц. ' '-.