Введение к работе
Актуальность теми. Эпитаксиальные слои (ЭС) теллурида кад-' мия находят широкое применение в качестве материалов для опто-, акусто- и микроэлектроники. Так на их основе уже созданы надежные счетчики ядерных частиц, рентгеновские импульсные детекто -ры, фотореэиеторы. В последнее время интерес к эпитакеиальным слоям CdTe резко повысился- в связи с возможностью использования их в качестве исходного материал?, для изготовления тонкопленочных * приемников дальнего ПК-излучения, а также эффективных фо-топреобраэователей солнечной энергии.
Эффективность использования пленок теллурида кадмия ограничивается трудностью выращивания однофазных, совершенных по структуре, зеркально-гладких . монокристзллическю: слоев CdTe с управляемыми электрофизическими свойствамии, а также отсутствием количественных сведений об едсорОционных и электронных параметрах поверхности этих пленок. Действительно, в ряде тонкопленочных полупроводниковых приборов деСаевская длина экранирования превосходит толщину самой пленки,, поз тому условия предварительной обработки поверхности и происходящие на ней адсорбционные процессы, оказывая значительное влияние на состояние электронно-дырочного газа в этом полупроводнике, нередко определяют основные электрофитэические параметры прибора.
Несмотря на достаточно большое число работ, посвященных получению и исследованию эпитаксиальных слоев CdTe ка различных полупроводниковых и изолирующих подложках, вопросу о детальном иеханиаиэ их образования и зависимости реальной структуры от условий роста уделалось явно недостаточно вшшааия; Более того, имеющие в литературе сведения как об адсорбционных, так и об электрических свойствах поверхности пленок CdTe, а также о параметрах электрически активных адсорбционных центрах, носят оценочный характер, поскольку адсорбционные и электрические исследования проводились изолированно друг от друга на различных об-, раэцах. Естественно, в рамках.таких измерений невозможно надежно определить основные параметры адсорбцаонных состояний и установить количественные корреляции между молекулярными и электронными процессами, протекающими ва поверхности пленок в процессе адсорбции, необходимые для контролируемого управления состоянием
поверхности. Таким образом, исследования, посвященные выращиванию эпитаксиальннх слоев теллурида кадмия и определению адсорбционных и десорбционных характеристик поверхностей этих пленок, представляют весьма актуальную задачу технологии и $игико-хшии поверхности тонких пленок.
Дель работы. 3 соответствии со сказанным целью настоящей работы било: 1. Научение закономерностей роста, структуры и электрофизических свойств эпитаксиалышх сдоев CdTe, выращиваемых -из паро-газовой фазы в квааиаамкнутом объеме; 2. Определение оптимальных технологических условий выращивания слоев, пригодных для пракпкесхсго использования в оптозлектронике; 3. Комплексное исследование процессов образования и заряжения адсорбционных состояний на реальной поверхности элотаксиалъных слоев CdTe и определения характеристических параметров этих состояний.
Научная новизна работы заключается в следущеи:
-
Проведены комплексное экспериментальные исследования скорости роста, морфологии поверхности и некоторых электрофизических свойств эпитачсиагъных слоев CdTe на AI2O3 и GaAs, 'вира-. щевных иа пзро-азаовой фявы в квааиааикнутои объеме. Получены' данные о зависимости морфолоаии потрхнссти, модификации структуры и скорости роста пленок CdTe от температуры кристаллизации, ориентации и предварительной обработки подлояек АІ^Оз и GaAs. Показана возможность управленая типом проводимости ЭС CdTe вариацией технологических параметров.
-
Впервые проведены прямые измерения величин "темновой". и фотоадсорбции кислорода на ЭС CdTe при различных температурах и определевы характеристические параметры процесса образования и заряжения адсорбционных состояний на поверхности ЭС CdTe в темноте и на свету. *
-
Проведены паралледльные измерении кхшетик адсорбции Ог, NOg, КдО и электропроводности Ac(t) ЭС теллурида кадмия в зависимости от температуры опыта, давления адсорбата к "биографии" поверхности. Получены данные о зависимости кинетических, параметров образования и заряжения адсорбционных состояний от толщины ш состава окислого слоя.
-
Проведены пгямые.измерения чисто тормичзекой и фотоста-мулирсванной десорбции кислорода с поверхности эпитаксиальных слоев CdT^ и определены основный характеристические параметры
адсорбционных "кислородных" состояний. Развит п , лозводяю-
ций измерить энергетическое положение повєрхносі электронных
состояний, обусловленных адсорбционными частицами любой природы на "естественной" поверхности и полярных гранях полупроводниковых пленок.
Практически ценность работы заключается в следующем:
-
Разработана лабораторная технология наращивания из па-ро-гзэовой фазы в квазизамкнутом объеме на подложках АІ2О3 и Ga-As, совершенных по структуре с управляемыми электрофизическими свойствами ЭС CdTe, которые могут быть использованы в качества исходного материала для изготовления тонкопленочных приемников дальнего ИК-иглучения, а тагане эффективных фотопрео&разователеи солнечной энергии.
-
Получены данные о взаимосвязи условий роста, структуры и электрофизических свойств слоев. Кзйдены условия выращивания, позволяющие менять тип проводимости слоев CdTe.
-
Результаты параллельных исследований кннетж адсорбции и электропроводности могут Сыть использованы для создания на базо 30 CdTe приборов для газового анализа и датчиков давления, а . также для оптимизации параметров пленочных электронных компонент приборов на осноеє CdTe.
-
Предлолен подход, на основании которого, для тонких полупроводниковых пленок, могут быть определены энергетические положения электронных центров, расположенных в области пространственного заряда (ОПЗ) и поверхностных электронных состояний (ПЭС) адсорбционного типа.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Зависимость скорости роста слоев CdTe от температуры кристаллизации, давлении водорода и ориентации подложек AI2O3 и GaAs. Влияние обработки подложек и условий осаждения слсэв на их ориентацию и структурное совершенство, закономерности появления слоев той или иной ориентации. Возможность контролируемого управления электрофизическими свойствами слоев CdTe путем изменения технологических параметров.
-
Определены кинетические парамзтры образования и заряжения адсорбционных состояний на поверхности монокристаїштаской пленки n-CdTe: энергия активации адсорбции в нейтральной я заряженной дорме, коэффициент прилипания, эффективное сечениэ,захва-
та адсорбционных молекул поверхностными центрами, а также эфф тшное сечение захвата электрона адсорбционными поверхности состояниями. Установлено, что кинетика заряжения адсорбцион ШС, окисленных пленок CdTe, контролируется комбинированным т недьно-барьерным механизмом.
-
ворма кинетических кривых электропроводности U6(t) п вок CdTe в процессе адсорбции определяется технологическими раметраш выращивания,, ориэнтацией поверхности пленки и их пр картельной обработкой. Обнаружено различие адсорбционной акт ности по отношению к акцепторным молекулам полярных гра (Ш)Те и (lll)Cd пленок CdTe. і '
-
На основании исследования кинетики термостимулирован и фотостшудированной десорбции 6г и ЫгО с поверхности CdTe ределэкы энергетическое положение поверхностных состояний, гакжэ энергия активации десорбции с поверхности нейтральных і декул Ог и КгО.
-
Развит новый подход к вопросу.об оценке энергии иони цик Ets поверхностных состояний электрически активных модек адсорбированных на гранях различной кристаллографической ори тации, основанный на идее соответствия величины Ets энергии тивацин электропроводности пленок в состоянии, когда уров Ферми в процессе адсорбции локализуется вблизи „поверхност состоянии. В рамках предлагаемого подхода измерены энергии систем полярные (ИЇ)Те.-, (ІН)Сй-грани пленок CdTe -раздел адсорбированные молекулы Ог и NgO.
Апробация работы. Результаты исследований по т,еме диссер цик доложены и обсуждены на ежегодных итоговых конференциях п подавателей и сотрудников Дагестанского госуниверситета (г.: хачкала, 1980-1993 гг.)., на Y-ом Всесоюзном,.совещании по физ и техническому применение полупроводников'(г. Вильнюс, 1983 на научной сессии Дагестанского филиала АН . СССР (г.Махачка 1985г.)Ч УП1 Всесоюзной конференции по росту кристаллов (г.Мо ва, 1988г.), на 1Y Всероссийском совещании "физика и .техника рокозонных полупроводников" (г.Махачкала, 1993г.). L
Публикации.' Материалы диссертации опубликованы в тринадц печатных работах,список которых приводится в конце авторефера
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из в дения, четырех глав, выводов и слис:-э литературы. Обший об
ертации составляет 174 страниц, в том числе 116 страниц, ма- " писного текста, 65 рисунков, 9 таблиц и 1Б8 наименований в ке цитируемой литературы.
