СЕКЦІЯ 1 (стендові доповіді)

ТЕХНОЛОГІЯ ТОНКИХ ПЛІВОК (МЕТАЛИ, НАПІВПРОВІДНИКИ, ДІЕЛЕКТРИКИ, ПРОВІДНІ ПОЛІМЕРИ) І МЕТОДИ ЇХ ДОСЛІДЖЕННЯ

17-20 травня 2005 р.

SESSION 1 (poster)

THIN FILMS TECHNOLOGY (METALS, SEMICONDUCTORS, DIELECTRICS, CONDUCTIVE POLYMERS) AND THEIR RESEARCH METHODS

May, 17-20, 2005

Дослідження електрофізичних та структурних властивостей
полікристалічних зразків Bi₂Te_2,7Se₃ і Bi_0,5Sb_1,5Te₃

Л.І. Анатичук¹, В.В. Довганюк², С.І. Кособуцький¹, І.М. Фодчук^1,2

¹ Інститут термоелектрики НАН та МОН України, Чернівці, Україна

² Чернівецький національний університет ім. Федьковича, Чернівці, Україна

Досліджено полікристалічні матеріали зі сплавів Bi₂Te_2,7Se₃+0,1%Pb (n-тип провідності) і Bi_0,5Sb_1,5Te₃+0,1%Sn (р-тип), які отримано методом гарячого пресування (навантаження 400 МПа, температура 350˚С). Такі матеріали володіють істотною анізотропією електропровідності, яка залежить від упорядкування в процесі пресування окремих кристалітів. Обумовлено це наявністю у системах Bi-Te-Se-Sb вираженої спайності перпендикулярно до вісі симетрії третього порядку . Досліджено зміни електропровідності s та кутової розорієнтації a в залежності від товщини знятого шару зразка. Текстурованість досліджених зразків характеризується кутовою розорієнтацією кристалітів a. Ця величина визначена з експериментальних дифрактограм, отриманих в режимі q-2q сканування у геометрії експерименту за Брегг-Бретано. Використано LiF монохроматор для CuK_a1-випромінювання. Електропровідність s визначали чотиризондовим методом.

Для зразків n-типу електропровідність s зростає з ростом товщини знятого шару на фоні помітного збільшення кутової розорієнтації (рис. 1.а). Це пояснюється структурним упорядкуванням зерен відносно осі спайності. У випадку ж полікристалів р-типу (рис. 1.б) спостерігалася не адекватна картина: на фоні зростання кутової розорієнтації a відбувається спад електропровідності s зі зміною h. Пояснюється це неоднорідністю властивостей матеріалу із неоднорідним розшаруванням за границями кристалітів та мікротріщинами, які виникають, ймовірно, в процесі виготовлення зразків

а) б)

Рис. 1. Залежності величини кутової розорієнтації кристалітів a (1) та електропровідності s (2) від товщини h знятого шару полікристалів (а) n-типу та (б) р-типу провідності.

[1]. А.С. Бараш, Р.З. Гринберг, Т.Б. Жукова, А.И. Заславский. Природа анизотропии в полуэлементах холодного прессования из сплавов Bi-Te-Se-Sb // Изв.АН СССР. Неорган. матер., 8(10), сс. 1765-1768 (1972).

Анализ и цифровая обработка
рентгенотопографических изображений

С.В. Баловсяк, И.М. Фодчук.

Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, Черновцы, Украина

Цифровая обработка и анализ изображений в рентгеновской топографии позволяет получить более полную информацию о структуре исследуемых кристаллических материалов (например, тип и концентрацию дефектов в кристалле). В данной работе представлены программы (С++ Builder), решающие следующие задачи цифровой обработки и анализа рентгеновских изображений: удаление фона, улучшение визуального качества изображения, считывание одномерных профилей интенсивности, реконструкция изображений и профилей, определение пространственных зависимостей параметров осцилляций на муаровых изображениях.

В программе "Fon_Minus" для повышения качества изображения реализовано модифицированный метод вычитания среднего фона. Результирующее изображение получается в результате вычитания локального фона от исходного изображения и оптимизации контраста.

Задача численного считывания профиля распределения интенсивности на рентгеновских изображениях реализована с помощью программы "Line_Profile", где профиль считывается между двумя маркерами.

В некоторых случаях интенсивность изображения достигает уровня насыщения (для профиля наблюдаются пики с плоскими вершинами). Программа "Analize" в значительной степени восстанавливает истинное распределение интенсивности. Программа позволяет также проводить анализ изменения периода и амплитуды осцилляций интенсивности профиля. В результате экстраполяции пространственных зависимостей амплитуды и периода пиков восстанавливаются осцилляции с малой амплитудой. Анализ пространственных зависимостей изменения распределения интенсивности на рентгеновских топограммах позволяет количественно определять степень совершенства исследуемых образцов. В качестве примера проведено анализ муаровых картин, полученных с помощью трехкристальных кремниевых LLL-интерферометров. Цифровая обработка серии рентгеновских изображений: рентгенограмм, линий Косселя, маятниковых распределений интенсивности подтверждает эффективность разработанных программ.

[1]. Р. Бейтс, М. Мак-Доннелл. Восстановление и реконструкция изображений: Пер. с англ. Мир, М. с.336 (1989).

[2]. Ю.А. Дроздов, А.О. Окунев, В.А. Ткаль. Компьютерная обработка рентгенотопографических изображений дефектов структуры монокристаллов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 8. сс. 6-11 (2002).

Использование фрактального подхода при восстановлении профиля и рельефа поверхности методами
полного внешнего отражения рентгеновских лучей

С.В. Баловсяк, И.М. Фодчук

Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, Черновцы, Украина

При восстановлении профиля и рельефа поверхности твердого тела методами полного внешнего отражения (ПВО) рентгеновских лучей (методами интегральных и дифференциальных кривых) важным является выбор модели представления профиля и рельефа. Выбор корректной модели позволяет более полно реализовать возможности методов ПВО, потенциальная точность которых очень высока.

Известно, что для описания профиля и рельефа шереховатой поверхности используются детерминистические, случайные и фрактальные функции [1]. В представленной работе для восстановления профиля и рельефа использовано именно фрактальные функции, поскольку реальные поверхности (пленок, полированных кристаллов и аморфных веществ) не являются полностью детерминистическими или случайными, а владеют фрактальными свойствами.

В методах ПВО параметры профиля поверхности определяются на основании экспериментальных кривых в результате решения обратной задачи. В нашем случае при решении обратной задачи использовано фрактальный профиль, который представляет собой суму N синусоид [1]:

,

где С_n – амплитуда гармоники; T_n – период; K_С = 0,9; K_T = 0,55. Значения коэффициентов K_С і K_T подобраны таким образом, чтобы высоты и наклоны профиля были распределены за законом, близким к нормальному.

После определения начальных условий проводилась подгонка теоретической кривой ПВО к экспериментальной путем минимизации функционала χ² [2]. В качестве подгоночных параметров использовано амплитуды гармоник профиля С_n и параметры материала. На основании определенных амплитуд гармоник определено высоты профиля, при этом получено удовлетворительное согласование фрактальных профилей и профилей, полученных независимым методом атомно-силовой микроскопии. Фрагменты рельефа поверхности образцов восстановлено, используя взаимно перпендикулярные профили.

[1]. Е. Федер. Фракталы: Пер. с англ. Мир, М. с. 254 (1991).

[2]. Balovsyak S.V., Fodchuk I.M., Lytvin P.M. Determination of surface parameter of solids by methods of X-ray total external reflection // Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics, 6, 1, рр.41-46 (2003).

Влияние обработки на приповерхностный слой люминофора

Ю.Ю. Бачериков¹, О.Б. Охрименко¹, К.Д. Кардашев²

¹Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, Киев, Украина,

²Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, Украина

Зачастую рабочие характеристики люминофора определяются свойствами тонкого приповерхностного слоя.

В данной работе изучалось влияние обработки люминофора на основе ZnS на изменения свойств приповерхностного слоя, а так же на общие свойства порошкового люминофора. С этой целью были выбраны химически инертные жидкости толуол и гексан, а также ацетон. Все эти жидкости являются очень хорошими растворителями органики и легколетучими одновременно.

Для выяснения влияния толуола, гексана и ацетона на состояния поверхности порошка ZnS, мы предприняли сравнительное исследование спектральных характеристик спектров возбуждения люминесценции (СВЛ) и фотолюминесценции (ФЛ) порошков ZnS до и после обработки указанными жидкостями.

Спектры ФЛ и СВЛ были получены на установке СДЛ-2 при T = З00^оК. Спектры ФЛ возбуждались при помощи излучения ксеноновой лампы, прошедшего через монохроматор МДР-12.

При добавлении толуола или гексана в спектрах ФЛ наблюдаются общие закономерности: интенсивность ФЛ падает, а испарение гексана и толуола вызывает рост интенсивности. Несколько иные особенности наблюдаются в спектрах ФЛ при добавлении ацетона. В этом случае изменение интенсивности спектра ФЛ зависит не только от добавления (или испарения) ацетона, но и от длины волны возбуждающего излучения.

Дополнительную информацию о свойствах приповерхностного слоя можно получить на основании спектров возбуждения люминесценции. Изменение соотношения интенсивностей полос СВЛ при взаимодействии поверхностного слоя люминофора с жидкостями свидетельствует об изменении концентрации центров безызлучательной рекомбинации в слое.

Таким образом, данные вещества можно использовать для обработки люминофоров с целью уменьшения концентрации безызлучательных центров рекомбинации на поверхности материала, улучшая тем самым его люминесцентные свойства.

Исследование упругих и прочностных свойств
ретенционных покрытий

А.В. Бесов¹, Н.А. Долгов²

¹ Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт», Украина,
² Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина

Упругие и прочностные свойства покрытий необходимы для расчетов на прочность элементов конструкций с покрытиями. Также сведения о механических свойствах покрытий необходимы для оптимизации технологического процесса напыления. Поэтому целью данной работы было исследование упругих свойств и когезионной прочности ретенционных покрытий при испытаниях на растяжение.

Для испытаний использовались плоские металлические образцы на растяжение, изготовленные из кобальт-хромового сплава (КХС) (хим. состав, вес. %: (61…65) Co, (25…28) Cr, (3…3,75) Ni, (4,5…5,0) Mo). Для напыления покрытий использовался порошок КХС. Нанесение покрытий проводилось на специально созданной микроплазменной установке «ПЛАСТ». Режимы напыления приведены в таблице. Покрытие наносилось симметрично на верхнюю и нижнюю поверхности образца. Испытывались как образцы без покрытия, так и с покрытием. Толщина покрытия составляла 100 мкм.

Таблица.

Режимы напыления покрытий

Ток, А	Дистанция напыления, мм	Дисперсия порошка, мкм
5,0-5,8	28-42	-100+40

После кратковременных статических испытаний на растяжение образцов с покрытиями и без покрытий определялись модули упругости основы и покрытия, а также когезионная прочность покрытия. Модуль упругости покрытия определялся по методике, изложенной в [1]. После появления первой трещины в покрытии определялась его когезионная прочность. Полученные значения модулей упругости покрытия и основы составили 70 ГПа и 180 ГПа, соответственно. Когезионная прочность испытанных покрытий составляет 106 МПа.

[1]. Н.А. Долгов. Метод определения модуля упругости газотермических покрытий // Порошковая металлургия, 7/8, сс. 110-115 (2004).

Модифицирование структуры в аморфных пленках монохалькогенидов германия

Д.И. Блецкан¹, В.В. Бунча¹, Э.М. Грига¹, В.Н. Кабаций², О.И. Янович¹, В.П. Иваницкий¹

¹Ужгородский национальный университет, Ужгород, Украина

²Мукачевский технологический институт, Мукачево, Украина

Аморфные фазы GeS, GeSe и GeTe получаются в виде тонких слоев при конденсации паров монохалькогенидов германия в вакууме на холодные подложки из стекла, кварца, сапфира. Для получения аморфных пленок нами использовался метод термического испарения. Термический отжиг аморфных пленок при 500-600 К приводит к их кристаллизации. На характер фазового превращения из аморфного в кристаллическое состояние существенную роль играют многие факторы: толщина пленки, температура и материал подложки, метод и условия получения и т.д.

Радиальные функции распределения межатомных расстояний определялись из дифракционных картин рассеяния электронов. Проблема выбора структурной модели при описании аморфных фаз монохалькогенидов Ge связана с подтверждением или опровержением двух существенно различных структурных моделей: 3-3 координации, в общем наследующей химически упорядоченную структуру кристаллов, где у каждого атома имеется по три атома и 4-2 химически упорядоченную координацию.

Из сопоставления экспериментальных данных РФЭС и УФФЭС с расчетами плотности электронных состояний, выполненными для двух возможных структур, можно сделать следующие выводы. Сильно разупорядоченные аморфные пленки монохалькогенидов Ge, напыленные на охлажденные подложки, имеют локальную структуру с координацией атомов 3-3 как в кристаллических монохалькогенидах Ge, но без сохранения слоистости. Аморфные пленки, осажденные на подложки, находившиеся при комнатной температуре, имеют координацию локальной структуры 4-2 уже в исходном состоянии, и при отжиге ее не изменяют. Низкотемпературные сильно разупорядоченные пленки с координацией 3-3 при термическом отжиге до температур, меньших температуры начала кристаллизации, релаксируют в химически упорядоченную структуру с координацией 4-2, оставаясь при этом в аморфном состоянии.

Таким образом, за счет изменения условий конденсации можно в существенной степени модифицировать структурное состояние аморфных пленок монохалькогенидов германия. При этом возможно изменение размеров и относительной доли образующихся кластеров, характера и степени их увязывания между собой, а также реализующихся в них структурных единиц с тем или иным типом ближнего порядка.

Особенности кристаллической структуры пленок CdTe полученных методами вакуумной конденсации

Б.Т. Бойко, Н.М. Харченко, Г.С. Хрипунов

Национальный Технический Университет «Харьковский Политехнический Институт»
Харьков, Украина

Тонкие пленки CdTe являются перспективным материалом для создания базовых слоев фотоэлектрических преобразователей. Одним из основных требований, предъявляемых к технологии получения слоев CdTe, является необходимость получения текстурированных однофазных пленок стабильной кубической модификации. Присутствие в пленках гексагональной модификации приводит к ухудшению стабильности и снижению эффективности фотоэлектрических преобразователей.

В работе проведены сопоставительные исследования влияния условий осаждения на структуру пленок CdTe, полученных методами вакуумного термического испарения и конденсации в квазизамкнутом объеме на аморфных подложках. Температура подложек в обеих технологиях составляла 380-400^оС.

При непрерывном q/2q сканировании с фокусировкой по Бреггу-Бреннтано на рентгендифрактограммах пленок CdTe, полученных термическим испарением, обнаружены две линии, которые могут быть идентифицированы как отражения (111) и (333) кубической либо (002) и (006) гексагональной фазы. Наличие только этих двух пиков свидетельствует о высокой степени текстурированности полученных пленок. Методом «косых» съемок показано, что в исследованных слоях CdTe присутствуют обе фазы. Содержание гексагональной фазы составляет величину около 30 об. %. Относительная интенсивность кратного пика значительно больше теоретической, что свидетельствует о большой плотности двойников в пленке.

Для пленок CdTe, полученных в квазизамкнутом объеме при незначительном пересыщении пара, гексагональная фаза не была обнаружена. Эти пленки также текстурированы в направлении <111> перпендикулярно плоскости подложки. Однако степень текстурированности этих пленок ниже чем для пленок, полученных термическим испарением. На дифрактограммах наблюдаются отражения (200), (311), (400), (511) малой интенсивности. Относительная интенсивность пика (333) близка к теоретическому значению.

Таким образом показано, что использование метода термического испарения не позволяет получать однофазные текстурированные слои CdTe кубической модификации. В квазизамкнутом объеме условия роста пленок приближаются к термодинамически равновесным. В результате чего процессы структурной самоорганизации пленок CdTe обуславливают формирование однофазных слоев стабильной кубической модификации.

Високочастотне напилення феритових плівок

В.І. Бондар, С.О. Юр’єв, С.І. Ющук

Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна

Досліджена можливість високочастотного напилення плівок нікеле-вого фериту зі структурою шпінелі, залізо-ітрієвого і залізо-алюміній-ітрієвого феритів-гранатів на керамічні підкладки - полікор та алюмооксидну кераміку 22ХС. Напилюваний матеріал у вигляді порошкової суспензії, отриманої внаслідок розмелювання спеченого фериту, наносили на діелектричну пластину, закріплену на катоді вакуумної установки. Підкладки для напилення закріплювали на аноді. Завдяки прикладеній високочастотній напрузі (кілька Мгц) і наявності зовнішнього магнітного поля, створеного соленоїдом в проміжку катод-анод, виникав тліючий розряд при тиску в камері
1·10^-2...5·10^-3 мм.рт.ст. Швидкість росту плівок становила 0,5...2,0 мкм/хв.

Установлено, що при напиленні фериту-шпінелі плівки формуються зі значним дефіцитом кисню, про що свідчить поява ліній на рентгенограмах. Вивчення магнітної структури методом ядерного гамма-резонансу (ЯГР) на ядрах показало, що ферит нікелю знаходиться в парамагнітному стані – на спектрі присутня лише одна нерозщеплена лінія. Надтонке неструктуроване розщеплення, характерне для магнітоупорядкованого стану, було присутнє на спектрах при Т = 80 К. Після відпалу плівок фериту нікелю в атмосфері кисню при Т = 1100 К (10 год.) на ЯГР спектрі, отриманому при Т = 295 К, виявилась зеєманівська структура з шести розширених ліній, які є накладанням трьох секстиплетів, що відповідають тетраедричним (А) і октаедричним (В) іонам заліза в (= 520±10 кЕ,  = 490±10 кЕ) і фазі магнетиту ( = 459±10  кЕ). При подальшому відпалі плівок фериту нікелю при Т = 1300 К (2 год.) резонансні лінії фази практично зникають, але появляються піки, що відповідають оксиду .

Виявлено, що в напилених плівках феритів-гранатів частково присутні феритоутворюючі компоненти, а в деяких випадках, при дефіциті кисню – фази перовскіту і магнетиту. Структура напилених плівок є шаруватою. Додаткове напускання кисню у вакуумну камеру не приводить до зникнення домішкових фаз і структурної неоднорідності ферогранатових плівок. Відпал плівок при Т = 1100 К в кисні (20 год.) приводить до однофазної структури гранату, що підтверджується ЯГР і рентгенівськими дослідженнями.

Рентгеновская многоволновая дифрактометрия
в пьезоэлектрических кристаллах

М.Д. Борча, И.М. Фодчук, И.И. Крицун

Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, Черновцы, Украина

Высокая чувствительность рентгеновской многоволновой дифрактометрии (РМД) к микрокристаллографическим изменениям позволяет использовать ее для контроля слабых изменений геометрии решетки кристаллических материалов, подверженных влиянию внешних воздействий, например, электрического поля. Изменение угловых положений дифракционных максимумов на дифрактограмме, полученной азимутальным сканированием образца вокруг вектора дифракции запрещенного структурой отражения (метод Ренингера [1]), функционально связано с параметрами электрического поля и может быть использовано для определения компонент пьезоэлектрического тензора [2]. Это дает возможность установить закономерности проявления пьезоэлектрического эффекта в зависимости от характера структурных изменений. Особенно это важно для пленок и гетероструктур, обладающих пьезоэлектрическими свойствами.

В данном докладе приведены результаты исследований применения РМД для выявления структурных изменений в кристалле при воздействии внешнего электрического поля, а также определения пьезоэлектрических коэффициентов. Получены соотношения, определяющие функциональную связь между напряженностью электрического поля, деформациями и параметрами решетки и значениями изменения угловых положений многоволновых максимумов интенсивности на экспериментальной дифрактограмме. Предложено алгоритм, с помощью которого вычисляются пьезоэлектрические коэффициенты.

На основании динамической теории многоволнового рассеяния рентгеновских лучей рассчитаны многоволновые дифрактограммы в случае воздействия внешнего электрического поля на пьезоэлектрические кристаллы. Рассмотрено также влияние деформаций в переходных областях границ раздела в гетероструктурах на значения пьезоэлектрических коэффициентов.

[1]. M. Renninger. "Umweganregung" bisher unbeachtete Wechselwirkungser-scheinung bei Raungitterinterferenzen Zeitschrift fur Physik // Z.Phys., 106, p. 141-176 (1937).

[2]. L.H. Avanci, L.P. Cardoso, J.M. Sasaki, S.E. Girdwood, K.J. Roberts, D. Pugh and J.N. Sherwood. Synchrotron-radiation x-ray multiple diffraction applied to the study of electric-field-induced strain in an organic nonlinear optical material // Physical Review B., 61(10), рр. 6507-6514 (2000).

Получение и оптические свойства пленок ZnSe:Cr на кристаллических подложках ZnSe:In

Ю.Ф. Ваксман, В.В. Павлов, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов

Одесский национальный университет им.И.И. Мечникова, Одесса, Украина

Известно [1], что введение примесей хрома в широкозонные полупроводники приводит к образованию глубоких акцепторных центров. Это позволяет формировать полуизолирующие слои и пленки, являющиеся неотъемлемым элементом при изготовлении ряда приборов электроники.

Целью настоящей работы является разработка технологии формирования диэлектрических слоев на поверхности низкоомных кристаллов ZnSe:In (r = 0,3 Ом∙см). Эта задача представляется актуальной для создания на основе кристаллов ZnSe светоизлучающих структур. Электрофизические и оптические свойства кристаллов ZnSe:In ранее исследованы и представлены в [2,3].

Формирование диэлектрического слоя осуществлялось путем диффузии хрома из металлического слоя, напыленного на поверхность кристалла. Диффузионный процесс осуществлялся в эвакуированных кварцевых ампулах при температуре 1000-1050⁰С в течение 2 ч. После отжига приповерхностный слой кристалла приобретал характерный темно-красный цвет. Толщина полученных слоев примерно равная 50мкм оценивалась при помощи оптического микроскопа.

При измерениях спектров оптического поглощения ZnSe:Cr в качестве эталонных использовались кристаллические подложки ZnSe:In. Установлено, что введение хрома в кристаллы ZnSe:In приводит к образования дополнительных полос поглощения в области 440-560 нм с максимумами на 456, 462 и 510-520 нм при 77 К. Основная из этих полос с максимумом на 456нм испытывает температурное смещение, аналогичное температурному изменению ширины запрещенной зоны полупроводника. Полоса зеленого поглощения (510-520 нм) не претерпевает заметного смещения в интервале температур 77-293К. Показано, что слои ZnSe:Cr, сформированные на подложках ZnSe:In, обладают широкой полосой инфракрасного поглощения в области 1400-1900 нм.

[1]. С.С. Хлудков, О.Б. Корецкая, А.В. Тяжев. Диффузия хрома в арсенид галлия// Физ. и техн.полупроводников., 38(3), cс. 274-277 (2004).

[2]. Ю.Ф. Ваксман, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов., П.В. Шапкин. Собственные и примесные дефекты в монокристаллах ZnSe:In, полученных методом свободного роста // Физ. и техн.полупроводников., 35(8), cс.920-926 (2001).

[3]. Yu.F. Vaksman, Yu.A. Nitsuk, Yu.N. Purtov, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin. Growing and physical properties of indium-doped zinc selenide crystals // Functional Matarials.,10(2), pp. 330-333(2003).

Термодинамічний аналіз процесів травлення монокристалів CdSb і Cd_1-xZn_xSb

А.Г. Волощук, С.Г. Дремлюженко, Б.М. Грицюк

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна

Електричні параметри електронних напівпровідникових приладів і їх стабільність залежать від стану поверхні напівпровідника, що міняється внаслідок фізичних і хімічних процесів, що протікають на поверхні. Одержання високоякісних поверхонь, максимально досконалих по структурі, однорідних за хімічним складом та чистотою є дуже важливою проблемою при виробництві напівпровідникових приладів.

На основі термодинамічних уявлень розглянуто процеси, які відбуваються на міжфазних границях травник – CdSb, твердий розчин Cd_1-xZn_xSb. На основі проведеного термодинамічного аналізу окисно-відновних реакцій, можливих в даних системах, обчислені значення вільної енергії Гіббса, та рівноважних електродних потенціалів, виведені рівняння залежності j-рН, що дало можливість побудувати діаграми Пурбе для відповідних сполук.

Аналіз діаграми показує, що область термодинамічної стійкості CdSb та Cd_1-xZn_xSb у вигляді твердої фази поширюється на весь інтервал досліджуваних значень рН. У всіх випадках травлення CdSb та Cd_1-xZn_xSb є окисно-відновним процесом, тому практична задача по створенню травника зводиться до аналізу питання стійкості сполук, що утворюються в процесі травлення при різних рН в присутності окислювача.

Поява у складі твердого розчину Zn-компоненти не вносить з термодинамічної точки зору, суттєвих змін в характер окислювальних процесів, які можливі в системі CdSb–H₂O. Оскільки кадмій і цинк в хімічному відношенні елементи аналоги, більш висока активність дещо звужує границі рН, в яких поверхня твердих розчинів Cd_1-xZn_xSb може перебувати в активному стані.

Розглянута можливість застосування діаграм Пурбе для прогнозування оксидних і оксидно-гідроксидних плівок, які можуть утворитись на поверхні досліджуваних напівпровідникових матеріалів в процесі травлення, а також одержання високоякісних поверхонь. На основі проведеного термодинамічного аналізу було одержано ряд сульфідних плівок на поверхні CdSb і Cd_1-xZn_xSb, в плані створення гетероструктур. Конкретний механізм утворення плівок визначається потенціалом і рН середовища.

Методами потенціометрії та атомно-абсорбційного досліджено якісний та кількісний склади плівок, що утворюються на поверхні CdSb і Cd_1-xZn_xSb.

Вплив лазерного опромінення на фізичні процеси на границі розділу і бар’єрні властивості структур плівка металу - CdZnTe, CdMnTe

О.І. Воробець, Г.І. Воробець, Т.А. Мельничук, В.М. Стребежев, К.С. Ульяницький

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, Україна

Електричні властивості бар’єрних структур на основі CdTe і його твердих розчинів добре інтерпретуються моделлю генераційно-рекомбінаційного струмопереносу з участю глибоких рівнів (ГР) в області просторового заряду (ОПЗ) контакту метал-напівпровідник (КМН) [1]. Однак, наявність ГР в ОПЗ КМН приводить до швидкого їх старіння і деградації параметрів. Тому метою даної роботи було експериментальне дослідження фізичних процесів на границі розділу КМН і можливостей застосування імпульсного лазерного опромінення (ІЛО) для корекції фазового складу і структури приповерхневого шару напівпровідника, і відповідно, вольт-амперних характеристик і параметрів контактів [2].

В якості об’єкта досліджень використали КМН, одержані термічним напиленням плівки металу (Al, Au, Ag) або хімічним осадженням Au з розчину H[AuCl₄]·4H₂O на поверхню полірованих кристалів Cd_хZn_1-хTe,
Cd_хMn_1-хTe (х = 0,1). ІЛО проводилось в режимі одиничних імпульсів інтенсивністю І₀ = 0,02-50 МВт/см², тривалістю τ = 2-4 мс, на довжині хвилі λ=1,06 мкм. Дослідження морфології поверхні та поперечних сколів КМН проводили з допомогою оптичної та растрової електронної мікроскопії (РЕМ). Вольт-амперні та вольт-фарадні характеристики КМН вимірювали при температурах від 77 до 350 К.

Дослідження морфології поверхні і структури плівок металу та кристалів після стравлювання металу показало, що при певних режимах опромінення відбуваються структурно-фазові перетворення на границі розділу КМН, які можуть супроводжуватись інверсією типу провідності у приконтактному шарі напівпровідника. Виявлено перехідні області, які характеризуються наявністю структурних порушень та дефектів. Встановлено режими ІЛО при яких дефектність границі розділу зменшується. На бар’єрні властивості впливає наявність локальних включень фази телуру в ОПЗ КМН. Методом рентгеноструктурного електроннозондового мікроаналізу досліджено фазовий склад та розподіл включень в області потенціального бар’єра. Візуалізація локальних електричних полів біля границі КМН підтверджує зміни просторового розподілу потенціалу в перехідній області внаслідок ІЛО.

[1]. Л.А. Косяченко, И.М. Раренко, З.И. Захарук, и др. // ФТП, 37(2), сс. 238-242 (2003).

[2]. Г.И. Воробец, М.М. Воробец, В.Н. Стребежев, и др.// ФТП, 38(6), сс. 690-692 (2004).

Нерівноважний синтез Zn-заміщених літій-залізних шпінелей

С.А. Галігузова, Л.С. Кайкан, І.П. Яремій, В.В. Бачук

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Відновлення інтересу до літій-залізної шпінелі, що раніше використовувалась в якості магніто-твердого матеріалу пов’язано з можливістю їх використання в якості катодного матеріалу електрохімічних джерел живлення.

Проте експлуатаційні вимоги магнітних матеріалів передбачають високу ступінь однорідності матеріалу та низьку концентрацію пор та дефектів. У випадку катодного матеріалу такі умови не є визначальними, а навіть можуть виявлятися і шкідливими. Тому, при керамічному синтезі цих матеріалів відпадає потреба у тривалому рівноважному процесі спікання при високих (порядку 1300˚С) температурах, що несе великі енергетичні затрати.

Нами досліджено процес твердофазного керамічного синтезу системи Li_0,5Fe_2,5-xZn_xO₄, де x = 0; 0,1; 0,3; 0,6; 0,8; 1,0 при температурах 950 і 1000ºС і тривалості 5 год. Рентгеноструктурні, мессбауерівські дослідження та аналіз залежності ступеня спікання показали:

1) однофазна шпінельна структура утворюється уже при попередньому спіканні (температура 900ºС; тривалість спікання 3 год);

2) рентгеноструктурний аналіз доводить наявність добре вираженої шпінельної структури з впорядкуванням іонів Li і Fe у октаедричній катіонній підгратці; в напрямі [111] чергування іонів заліза та літію здійснюється у співвідношенні 1:3;

3) мессбауерівські спектри зразків обох режимів синтезу змінюються від упорядкованої магнітної структури з незначним парамагнітним дублетом при x = 0 до структури з немагнітним впорядкуванням уже при x = 0,6. Проте, підвищення температури спікання веде до зменшення парціального вмісту парамагнітної фази.

[1]. Г.И. Журавлев. Химия и технология ферритов. Химия, Л. 192 с. (1970).

[2]. П.И. Летюк, Г.И. Журавлев. Химия и технология ферритов. Химия, Л. (1983).

Дифракционные изображения дислокационных петель в Si в условиях аномального прохождения ренгеновских лучей

В.Б. Гевик, С.Н. Новиков, Д.Г. Федорцов, И.М. Фодчук

Черновицкий национальный университет, Черновцы, Украина

Метод аномального прохождения рентгеновских лучей (АПРЛ) обладает высокой чувствительностью и информативностью при исследовании различных дефектов полупроводниковых материалов. Бездислокационные кристаллы кремния наряду со скоплениями точечных дефектов, как правило, содержат и дислокационные петли (ДП) [1]. Однако, однозначная интерпретация изображений этих дефектов на экспериментальных секционных и проекционных топограммах часто усложняется вследствие явлений рефракции и межветвевого взаимодействия волновых полей [2-3].

Поэтому теоретические расчеты дифракционного контраста различных модельных представлений ДП с использованием динамической теории рассеяния рентгеновских лучей (системы уравнений Такаги [2]) являются практически важной задачей.

В данной работе на основании численного решения уравнений Такаги построены дифракционные изображения различных типов ДП, которые возможны в кремнии. Модели ДП представлены в виде симметричных включений разных размеров и мощностей, системы касательных к петле отрезков прямолинейных краевых дислокаций, а также в виде гексагона с отдельными дислокационными сегментами, направленными вдоль <110> и векторами Бюргерса 1/2<110>. Дифракционный контраст от ДП в условиях АПРЛ (mt = 10, где μ – фотоэлектрический коэффициент поглощения, t- толщина) рассчитан для кристалла с входной поверхностью (111) и отражения (440) MoK_α излучения. Показано разнообразие в изменении дифракционных многолепестковых розеточных изображений ДП на секционных и проекционных топограммах в зависимости от их пространственного расположения. В частных случаях трансформации в контрасте отдельных частей изображений ДП объясняются суммарным влиянием множителей для каждой части петли на общую функцию локальных разориентаций отражающих плоскостей.

Указывается на необходимость создания атласа рентгеновских изображений отдельных дефектов и соответствующих программных пакетов для расчета их топографических изображений в каждом конкретном случае.

[1]. И.Е. Таланин, В.И. Таланин. Физическая классификация ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах // Металлофизика и новейшие технологи, 26(3), сс. 310-314 (2004).

[2]. A. Authier. Dynamical Theory of X-Ray Diffraction. N.Y.: Oxford University Press, рр. 661 (2001).

[3]. Л.Н. Данильчук. Бормановская рентгеновская топография дефектов в кристаллах с медленно изменяющимися полями деформацій / Автореферат диссертации д. физ.-мат. наук. ИМФ АН Украины, Киев (1992).

Видалення тонких шарів з поверхні твердих розчині
Cd_1-xZn_xTe методом ХДП в бромвиділяючих травниках

І.І. Гнатів, В.М. Томашик, З.Ф. Томашик, І.Б. Стратійчук

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

З метою розробки методики контрольованого видалення тонких шарів з поверхні монокристалів твердих розчинів Cd_1-xZn_xTe травильними сумішами систем H₂O₂–HBr і H₂O₂–HBr–етиленгліголь (ЕГ) було вивчено залежності швидкості травлення (v) від концентрації компонентів, температури і швидкості перемішування розчинів.

Процес хімічного травлення пластин Cd_0,96Zn_0,04Te і Cd_0,8Zn_0,2Te проводили у відтворюваних гідродинамічних умовах на установці для хіміко-динамічного полірування (ХДП) в інтервалі температур 290-295 К та швидкості обертання диску (g) 25-120 хв^-1. Для приготування травників використовували 40 % HBr марки “ос. ч.” і 35 % H₂O₂ марки “х. ч.”.

Встановлено, що швидкість травлення вказаних напівпровідників залежить від складу травника і збільшується із зростанням вмісту Zn в складі твердих розчинів. Так, в травильних композиціях системи H₂O₂–HBr в інтервалі концентрацій 2-10 об.% H₂O₂ вона змінюється відповідно в межах: для Cd_0,96Zn_0,04Te – (4,8-16,8) мкм/хв і Cd_0,8Zn_0,2Te – (6-22,5) мкм/хв, причому в усіх сумішах одержували поліровані поверхні.

Для зменшення швидкості розчинення пластин і покращення якості полірування до травильних розчинів додатково вводили третій компонент – етиленгліколь (ЕГ) і будували відповідні діаграми в концентраційних межах (об. %): H₂O₂ (2-10) : HBr (10-98) : ЕГ (0-80). Швидкості травлення в цих сумішах для Cd_0.96Zn_0.04Te і Cd_0.8Zn_0.2Te становлять відповідно (1,7-15,3) і (2,4-17) мкм/хв і є меншими в порівнянні з розчинами бінарної системи. З аналізу діаграм Гіббса випливає, що розчинення цих матеріалів проходить по однотипному механізму, оскільки характер і розмір областей поліруючих травників однаковий для обидвох матеріалів.

Розроблено серію травників на основі сумішей системи H₂O₂–HBr–ЕГ для контрольованого видалення тонких шарів з поверхні монокристалів та плівок Cd_0,96Zn_0,04Te і Cd_0,8Zn_0,2Te із збереженням високої якості поверхні, що підтверджується аналізом мікроструктури поверхні за допомогою універсального контрольного мікроскопа ZEISS JENATECH INSPECTION з цифровою відеокамерою при збільшенні від 25× до 1600×. Процес ХДП слід проводити в інтервалі температур 290-295 К при швидкості обертання диску 86 хв^–1, після чого зразки необхідно промивати 0,01 М розчином тіосульфату натрію, а потім великою кількістю дистильованої води.

Вплив режимів іонної імплантації та ступеня заміщення немагнітними іонами на магнітну мікроструктуру Ві-заміщених ФГП

О.З. Горішна, В.В. Каспрук, Я.Т. Соловко

Прикарпатський національний університет ім. В. Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Досліджувалися зміни властивостей Ві-заміщених ферит-гранатових плівок (ФГП) викликаних імплантацією іонами бору дозою (D = 1*10¹⁴cм^-2) і енергіями (80 та 110 кеВ). Дослідження проводилося методом конверсійної електронної месбауерівської спектроскопії (КЕМС).

Значення магнітних полів на ядрах Fe⁵⁷ в а- та d- позиціях є меншими, ніж в неімплантованої Y₃Fe₅O₁₂ - плівки, що обумовлено зменшенням магнітних сусідів заліза, в результаті заміщення іонів заліза іонами кремнію, які займають d-позиції. По цій самій причині магнітне поле на ядрі Fe⁵⁷ в а-позиції зменшується інтенсивніше при імплантації, ніж в d- позиції, в порівнянні з магнітними полями Y₃Fe₅O₁₂.

Незначна зміна ефективних магнітних полів в імплантованих зразках вказує на те, що утворені радіаційні дефекти порівняно слабо впливають на магнітне впорядкування. Уширення лінії КЕМ спектру, що відповідають d- позиції, пояснюється ростом величини напруг іонно-імплантованого шару. Невеликі зміни параметрів КЕМ спектру а-позицій, в порівнянні із неімплантованим зразком, свідчать про те, що вони є більш радіаційно стійкими по відношенню до d-позицій. Поява лінії дублету в імплантованих зразках може свідчити про появу великої кількості немагнітних сусідів заліза і зміну його зарядового стану в а-позиції (Fe³⁺→Fe²⁺). На останній факт вказує також велике значення квадрупольного розщеплення.

Наступним етапом дослідження було встановлення впливу Ge поряд з Si, які знаходяться в тетрапозиціях, на магнітні і структурні характеристики Ві-заміщених ФГП. Уширення лінії в а-позиції в спектрі для зразків, які містять Ge⁴⁺, можна інтерпретувати появою магніто-нееквівалентних положень іонів Fe³⁺ в d-положеннях. Крім того, при заміщенні іонів Fe³⁺ на немагнітні іони Ge⁴⁺ відбувається ослаблення надтонкої a-d-взаємодії і як наслідок цього зменшення ефективних магнітних полів H_a і H_d. Зміна інших параметрів КЕМ спектру обумовлена відмінністю розмірів іонного радіусу Ge⁴⁺ (r = 0,53 Å) і Si⁴⁺ (r = 0,42 Å), оскільки останні займають в основному d - позиції.

Температурная стабильность вертикальной изоляции элементов ИС, изготовленной методом полиэнергетической ионной имплантации GaAs

П. Жуковски¹, М. Ковальски¹, Я. Партыка¹, П. Венгерек¹, Т. Колтунович¹, Ф.Ф. Комаров², А.С. Камышан², А.М. Миронов², А.В. Юрченко²

¹ Люблинский технический университет, Люблин, Польша;

² Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь

В качестве вертикальной изоляции элементов интегральных схем, изготавливаемых на основе GaAs, используют слои, компенсированные oблучением ионами [1-3]. Чаще всего применяются ионы Н⁺ и Не⁺, поскольку легкие ионы позволяют получить полуизолирующие слои большой толщины.

Применение моноэнергетических ионов не позволяет создать однородные по величине удельного сопротивления слои. Поэтому в наших экспериментах использована полиэнергетическая имплантация ионов Н⁺. Энергии и дозы были выбраны на основе компьютерного моделирования таким образом, чтобы неоднородности распределения компенсирующих дефектов была минимальной [4]. Энергии и дозы имплантации приведены в таблице.

Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления слоя, компенсированного полиэнергетической имплантацией ионов Н⁺ от температуры изохронного 15 мин. отжига. Измерения при комнатной температуре. Частоты измерений: 1 – 1 кГц; 2 – 10 кГц; 3 – 100 кГц; 4 – 1 МГц.

Таблица

Е, эВ	65	130	220	300	400
Д ∙ 10^1^4см^2.	1,0	1,1	1,2	1,5	2,0

С целью совмещения создаваемых ионной имплантацией полуизолирующих слоев с существующей технологией ИС нами проведена полиэнергетическая имплантация ионов Н⁺ через омические контакты Аu(Ge) с подслоями Ni толщиной около 0,15 мкм. Это позволило измерить абсолютные значения удельного сопротивления полуизолирующего слоя
в направлении, перпендикулярном поверхности пластины GaAs
с исходным удельным сопротивлением около 0,10 Oм×см.

Использование перемененного тока позволяет определить механизмы переноса носителей в компенсированных ионным облучением слоях.

На рисунке 1 приведены зависимости удельного сопротивления компенсированного слоя от температуры 15 минутного изохронного отжига, измеренные при комнатной температуре. Как видно из этого рисунка, до Т_а ≈ 200 ºС, удельное сопротивление является практически постоянным, а затем происходит его увеличение почти на порядок. При температурах свыше 330 ºС удельное сопротивление начинает уменьшаться.

Рис. 2. Температурные зависимости удельного сопротивления слоя, компенсированного полиэнергетической имплантацией ионов Н⁺, измеренные на частоте 1 МГц для температур 15 мин. изохронного отжига: 1 – 200 ^оС; 2 – 250 ^оС; 3 – 300 ^оС.

На рисунке 2 приведены температурные зависимости ρ измеренные после отжига при Т_а = 200 ºС, т.е. до начала стадии роста ρ, и при Т_а = 250 ºС и 300 ºС, т.е. после завершения этой стадии. Как видно из рисунка 2, отжиг при Т_а = 250 ºС и 300 ºС стабилизирует температурную зависимость ρ в интервале рабочих температур интегральных схем
(-50 ºС ÷ +100 ºС).

[1] S. Ahmed, A.P. Knights, R. Gwilliam and B.J. Sealy. The effect of substrate temperature on the isolation of n-type GaAs layers using MeV boron implantation // Semiconductors Scence and Technology, 16, L17-L19 (2001).

[2] S. Ahmed, R. William, B.J. Sealy. Implant isolation in GaAs device technology: Effect of substrate temperature // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 188, 196-200 p. (2002).

[3] H. Boudinov, A.V.P. Coelho, H.H. Tan, C. Jagadish. Characterization of deep level traps responsible for isolation of proton implanted GaAs // Jurnal of Appleid Physics, 93(6), рр. 3234-3238 (2003).

[4] M. Kowalski, J. Partyka, P. Węgierek, P. Żukowski, F.F. Komarov, A. Jurczenko. GaAs Layers Compensated with a Poly-Energetic Implantation of H⁺ Ions Applied to Horizontal Insulation of Integrated Circuit Elements // V-th International Conference “Ion implantation and other applications of ions and electrons”, Kazimierz Dolny, Poland, 119 p. (2004).

Структура и свойства сплавов Fe-Ni-P, полученных импульсным электролизом

В.А. Заблудовский, Р.Ф. Ганич, А.Н. Гуливец, В.С. Краева

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта, Днепропетровск, Украина

Сплавы Fe-Ni-P являются перспективными для использования в качестве износостойких покрытий в узлах и деталях механизмо. Для электроосаждения пленок Fe-Ni-P использовался импульсный ток. Замена традиционного метода осаждения пленок с помощью постоянного тока связана с тем, что на импульсных режимах за счет варьирования параметров тока: частоты, скважности, средней плотности тока, удается в широких пределах управлять фазовым составом и структурой, получаемых сплавов.

Фосфор, входящий в состав сплавов позволял формировать пленки с метастабильной структурой. Так при возрастании концентрации фосфора от 1 до 15 ат% структура пленок менялась от кристаллической до аморфно-кристаллической и при содержании фосфора свыше 16 % становилась полностью аморфной. Особенностью возникновения аморфной структуры при импульсном электроосаждении является то, что она формируется уже при 14-15 ат. % фосфора, в то время как для постоянного тока данное состояние наблюдается при содержании фосфора не менее 17-18 ат. %. Данный факт можно объяснить, как возникновением больших пересыщений на фронте электрокристаллизации, которые тормозят рост будущих кристаллических зародышей, так и адсорбцией фосфора на гранях кристаллитов, приводящей к подавлению их роста.

Структура кристаллических покрытий Fe-Ni-P представляла собой смесь фаз с ОЦК решеткой на основе железа с ГЦК решеткой на основе никеля с интенсивными отражениями от кристаллических плоскостей, которые по мере роста концентрации фосфора уменьшались. На месте плоскостей (100) железа и никеля наблюдалось формирование диффузного гало. Размер блоков мозаики при этом уменьшился от 200-300 до 30-50 Å.

Исследование физических свойств сплавов показало, что максимальная микротвердость в исходном состоянии составляла 4500-5800 МПа (при 4-6 ат. % фосфора). После отжиг за счет выделения фосфидов (Fe, Ni)₃-P микротвердость возросла до 9000-11000 МПа.

Проведенные коррозионные испытания выявили высокую химическую стойкость аморфных сплавов по сравнению с кристаллическими. Износ для аморфних составил менее 0,07 мм/год, для кристаллических более 3 мм/год.

Исследование продуктов разложения гетероценных полимеров методом масс-спектроскопии

В.Г. Задорожный, С.Г. Полищук

Одесская национальная академия пищевых технологий, Одеса, Украина

Рассмотрены кинетические закономерности при разложении, испарении и конденсации гетероценных полимеров в вакууме при различных видах воздействия на исходный полимер.

С помощью масс-спектроскопического анализа исследованы продукты разложения ряда гетероценных полимеров в вакууме под действием термического нагрева и электронного пучка различной мощности. Для ряда полимеров наблюдаемый механизм термического разложения связей совместим с теорией Rise-Kossiakoff. При этом молекула теряет атом водорода при столкновении с другим свободным атомом водорода или малым свободным радикалом и сама становится радикалом, который затем распадается. Обнаружено, что замена атома водорода на другие боковые группы приводит к затруднению реакции передачи цепи и в газовую фазу попадает мономер. Причём чем больше боковая группа, тем большее экранирующее действие она оказывает, и доля мономера возрастает. При температурах испарителя до 773 К и мощности электронного луча до 50 Вт/см² фрагменты содержат не более 45-50 атомов углерода, что связано, во-первых, с сшиванием некоторых на них в испарителе, а во-вторых, в процессе пролёта до масс-спектрометра и в нём происходит фрагментация.

Анализ спектров разложения гетероцепных полимеров позволяет сделать вывод, что испаряется большое количество фрагментов, на потерявших боковых групп.

При разложении полиэтилентерефталата (ПЭТФ) разрыв макроцепи происходит, в основном у карбоксиальной группы в одном из следующих положений: ~ СН₂СН₂СООС₆Н₄ ~ . В случае поли--капролактона из-за легкой дегидратации -гидроксикарбонильных соединений спектры содержат ряд олигомерных ионов с массами 438, 552, 666, 781:
Н₂С=СН-[-(СН₃)₃-С^=О-О-(СН₂)₂-]_n-СН₂СН₂-СН=С=О⁺, где n = 0…6.

Масс-спектр полиамида – 66 содержит максимальные пики, соответствующие ионам с массами 321, 453, 495, 623, 914. В этом интервале лежат и массовые числа разложения поликарбоната (ПК).

Вплив двократної іонної імплантації на структурні зміни в варізонних епітаксійних шарах Cd_xHg_1–xТе

Р.А. Заплітний¹, І.М. Фодчук¹, А.П. Власов², О.Ю. Бончик³

¹ Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, Україна

² Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

³ Львівський Інститут прикладних проблем механіки і математики Академії наук України, Львів, Україна

Проведено дослідження структурних змін в епітаксійних шарах
Cd_XHg_1-XTe (Х = 0,23) після двократної імплантації іонами As. Діагностику зміни ступеню кристалічної досконалості епітаксійних шарів Cd_XHg_1-XTe здійснено за допомогою рентгенівських методів.

Нарощування Cd_XHg_1-XTe проводилось на нелегованих підкладках CdTe з орієнтацією вхідної площини (111). Товщина нарощеного шару ≈ 51 мкм. Імплантація іонів As з енергією 100 кеВ проведена в два етапи: спочатку дозою D1 = 10¹⁵ см^-2, потім, закриваючи маскою частину зразка дозою D2 = 5×10¹⁴ см^-2.

Для досліджуваних кристалів характерними є наступні дефекти: малокутові границі, включення іншої фази та викривлення атомних площин. Іонна імплантація As при таких дозах вносить значні напруги в приповерхневі шари кристалу. Ефективна глибина локалізації значних пошкоджень приповерхневих шарів, як слідує із побудованих розподілів деформацій, знаходиться в межах від 1 до 1,5 мкм. Максимальне значення деформацій після імплантації дозами D1 та D2 на порядок вище, ніж при імплантації дозою D1, і становить 4∙10^-4-5∙10^-4.

Товщина сильнорозупорядкованих шарів становить 0,3 мкм при однократній імплантації та 0,38 мкм при двократній. Після проведення двократної імплантації спостерігається значне збільшення (~ в 2÷3 рази) півширини кривих дифракційного відбивання та приріст дифузного розсіяння на її хвостах. Причиною цього є поява значної кількості дислокацій у приповерхневому шарі. В припущенні хаотичного розподілу дислокацій визначена їх густина: ≈ 5,86∙10⁶ см^-2 для дози D1 та
≈ 6,4∙10⁵ см^-2 для доз D1+D2.

Состояние поверхности монокристаллов CdTe после
имплантации ионов As

Р.А. Заплитный¹, И.М. Фодчук¹, А.П. Власов², А.Ю. Бончик³

¹ Черновицкий национальный университет имени Ю. Федьковича, Черновцы, Украина

² Львовский национальный университет имени Ивана Франка, Львов, Украина

³ Львовский Институт прикладных проблем механики и математики НАН Украины,
Львов, Украина

Монокристаллы СdTe широко используются в качестве подложек при эпитаксиальном выращивании пленок твердых растворов CdHgTe, а также при изготовлении солнечных элементов и детекторов рентгеновского и гамма-излучения. При практическом использовании этих приборов весьма важна их стабильность при длительной работе, которая существенным образом зависит от состояния поверхности материала. В связи с этим возрастают требования к качеству обработки и контролю поверхности используемых материалов.

Проведены исследования структурных изменений в приповерхностных слоях кристаллов CdTe после имплантации ионами As. Монокристаллы CdTe выращены методом Бриджмена, кристаллографическая ориентация поверхностей – (111) и (110). Для качественной подготовки поверхностей образцов проведена неабразивная двухсторонняя химико-механическая полировка. В результате получены плоскопараллельные поверхности подложек с минимальной толщиной поврежденного поверхностного слоя. После химико-механической обработки произведена имплантация ионов As с энергией Е = 100 кэВ и дозой D = 10¹⁵ см^-2.

Для исследуемых кристаллов характерно наличие объемных нарушений кристаллической структуры – это фрагментарность структуры и наличие малоугловых границ, существование градиента периода решетки в определенных кристаллографических направлениях.

Используя полукинематическое приближение рассеяние рентгеновских лучей рассчитаны кривые дифракционного отражения. С использованием подходов решения прямых и обратных задач рентгеновской дифракции уточнены профили распределения деформаций после имплантации. Область значительных искажений поверхностных слоев находится в пределах ~ 0,3÷0,35 мкм. Общая область структурных нарушений распространяется на глубину ~ 0,6÷0,8 мкм от поверхности.

Формирование металлизационных слоев на А³В⁵ методом обратной фотолитографии

Э.В. Запорожец, С.А. Малышев, Л.И. Романова, Е.А. Тявловская

Институт электроники НАН Беларуси, Минск, Беларусь

При использовании материалов А3В5 для формирования полупроводниковых приборов для создания топологического рисунка в ряде случаев требуется применение обратной фотолитографии, например, при создании омических контактов или металлизационных слоев для разварки. Особенностью обратной фотолитографии является нанесение металлического слоя в вакууме в присутствии фоторезиста, представляющего собой комбинацию сульфоэфира нафтахинондиазида и фенолформальдегидных смол.

Проведено исследование обратной фотолитографии с использованием позитивных фоторезистов, и слоя Ti-Al в качестве металлизации как наиболее распространенного в технологии. Использовали подложки InP со слоем SiO2 и без него. Слой металла наносили методом термического испарения в вакууме на предварительно нагретые подложки с заранее нанесенной маской фоторезиста.

В рентгеновских фотоэлектронных спектрах поверхности металлизационного слоя обнаруживается, кроме атомов алюминия в окисленном и неокисленном состояниях, значительное количество углерода и азота. В процессе хранения образцов на воздухе содержание азота и углерода на поверхности увеличивается, а пик азота в спектре оказывается смещенным в область больших значений энергии связи, что может свидетельствовать о присутствии нитрогруппы. Наличие большого количества углерода и азота свидетельствует о том, что в процессе напыления металла нагрев и вакуум способствуют реакции термолиза сульфоэфиров с отщеплением азота и образованием инденкарбоновой кислоты через стадии появления нестойких промежуточных продуктов, которые захватываются атомами металла и оказываются включенными в осажденный металлический слой. Продукты разложения фоторезиста, являясь гигроскопичными, создают кислую среду на поверхности металла и способствую коррозии металла, что и наблюдалось в процессе хранения образцов на воздухе.

Можно сделать вывод, что в случае применения обратной фотолитографии, которую в некоторых случаях невозможно исключить при работе с материалами А3В5, необходимо для формирования металлизационных слоев использовать более химически стойкие металлы и проводить нанесение их на подложки без предварительного подогрева.

Экзоэлектронная эмиссия как метод анализа пленок, биогенных препаратов, пьезо- и полупроводниковых соединений

Н.А. Захаров¹, В.А. Клюев², Ю.П. Топоров², Т.В. ахарова³, В.Т. Калинников¹, М.Г. Хренова¹, А.А. Труберг¹, О.В. Чижова¹, А.В. Егоров¹, И.И. Ивахненко¹

¹Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Москва

²Институт физической химии РАН, Москва

³Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Москва, Россия

Анализ поверхности пленочных покрытий, керамики и кристаллов пьезоэлектрических и полупроводниковых соединений и биосовместимых препаратов, а также изучение фазовых превращений в таких материалах предполагает создание эффективных экспериментальных методик, способных реагировать на соответствующие структурные характеристики в исследуемом объекте. Одним из перспективных в этом отношении подходов является использование для термического анализа метода термостимулированной экзоэлектронной эмиссии (ТСЭЭ).

Метод основан на изучении температурной зависимости интенсивности нестационарной эмиссии низкоэнергетических электронов (0,2-0,6 eV) с поверхности твердого тела, предварительно приведенного в неравновесное возбужденное состояние (поток γ-квантов или плазма газового разряда). Измерения проводятся в вакууме при внешней стимуляции процесса экзоэмиссии за счет подвода энергии путем нагрева исследуемого образца до температуры ниже порога возникновения стационарных эмиссионных эффектов (термоэмиссии). Носителями информации являются электроны, эмиттированные с возбужденного поверхностного слоя материала толщиной порядка 10³-10⁴ Å.

Регистрация интенсивности ТСЭЭ при нагреве образца с постоянной скоростью дает характерную кривую с максимумами, температурное положение которых определяется типом структурных нарушений поверхностного слоя образца, а интенсивность пропорциональна концентрации эмиссионно-активных центров.

На основе анализа спектров ТСЭЭ предложены модели дефектов алмазных пленок, поверхности керамики биосовместимого Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ и интерпретированы фазовые переходы Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂, монокристаллов LiIO₃ и CuCl.

Работа выполняется по Программам Президиума РАН «Направленный синтез веществ с заданными свойствами» и «Фундаментальные науки – медицине».

Об интерпретации спектров термостимулированной экзоэлектронной эмиссии алмазных пленок

Н.А. Захаров, В.Т. Калинников, А.В. Егоров, И.И. Ивахненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Москва, Россия

Интерес к изучению электронных и оптических процессов в алмазе и алмазных пленках (АП) определяется перспективами их использования в твердотельной электронике. В связи с этим актуальной является проблема поиска эффективных методов исследования подобных объектов, способных оперативно и в достаточно полной мере выявить электронную структуру АП и возникающих в ходе их синтеза дефектов.

Приведены результаты использования метода термостимулированной экзоэлектронной эмиссии (ТСЭЭ) для исследования поликристаллических АП толщиной 10-70 мкм, выращенных из водород-углеродной плазмы разряда постоянного тока на вольфрамовых и кремниевых подложках [1]. Измерение температурной зависимости ТСЭЭ проводили в соответствии с методикой, описанной ранее [2]. Объектами исследования служили подложки размером 10х10 мм² толщиной 1 мм с нанесенной АП. Возбуждение поверхности проводили коронным разрядом переменного тока на воздухе при атмосферном давлении.

Показана возможность расчета энергии активации Е_т и времени жизни центров захвата на основе анализа спектров эмиссии. Основой анализа спектров ТСЭЭ являлась концепция термоактивационного процесса, аналогичного термолюминесценции, электропроводности и т.д. Спектры ТСЭЭ объяснены на основе модели, согласно которой эмиссия происходит за счет делокализации электронов с энергетических уровней Е_т, возникающих в запрещенной зоне при образовании дефектов. В ходе предварительного возбуждения электроны заполняют имеющиеся локальные уровни, а последующий нагрев приводит к их освобождению, вызывая появление пиков ТСЭЭ.

Работа выполняется по Программам Президиума РАН «Направленный синтез веществ с заданными свойствами» и «Фундаментальные науки – медицине».

[1]. The Properties of Diamond / Ed. By J. Fild. London; New York: Academic Press (1979).

[2]. Н.А. Захаров, В.П. Орловский, В.А. Клюев и др. Структура энергетических уровней поверхности керамики биосовместимого Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ // Неорган. Материалы, 37(3), сс. 132-138 (2001).

Модификация тонких плёнок CdSe наносекундными лазерными импульсами

Г.Д. Ивлев, С.А. Манего

Институт электроники НАН Беларуси, Минск, Беларусь

Исследовалось влияние наносекундного лазерного облучения на морфологию поверхности, фоточувствительность и фотолюминесцецию тонких пленок селенида кадмия на ситалловых подложках. Пленки толщиной 1…1.5 мкм были получены на ионно-плазменной установке с последующей активацией в шихте и облучались 80-наносекундными импульсами излучения рубинового лазера при высокой однородности распределения энергии в лазерном пятне (неоднородность не выше ± 5 %). Плотность энергии облучения W варьировалась в интервале 0,04…0,2 Дж/см².

Согласно данным растровой электронной микроскопии исходная пленка CdSe имеет гранулированную (зернистую) структуру с развитым рельефом поверхности и средним размером зерен ~ 1 мкм, т.е. примерно равным толщине пленки, характеризующейся некоторой пористостью. Воздействие нескольких лазерных импульсов при W = 0,053 Дж/см² практически не изменяет структурное состояние пленки. Однако при W = 0,16 Дж/см² морфология облученной пленки уже существенно отличается от исходного состояния. Явно заметно слияние зерен вследствие оплавления пленки.

Факт плавления CdSe более выражен при дальнейшем, хотя и незначительном, повышении W до 0,18 Дж/см². При плотностях энергии облучения более 0,18 Дж/см² на поверхности оплавленной пленки наблюдаются инородные частицы, появление которых связано с десорбцией части испаренного материала плёнки после окончания действия лазерного импульса, что указывает на усиление роли испарения в процессе лазерной модификации пленки.

Измерения фоточувствительности поликристаллических пленок CdSe для различных плотностей энергии лазерного воздействия показали, что максимум фоточувствительности находится в области
(0,15…0,18 Дж/см²). Фоточувствительность плёнок, облучённых при 0,15-0,2 Дж/см², в 2-3 раза выше исходной. Рост фоточувствительности объясняется уменьшением скорости поверхностной рекомбинации после лазерной обработки, и с образованием разделяющих рекомбинационных барьеров для неравновесных носителей заряда. Интенсивность ИК-люминесценции плёнок с ростом W уменьшается, причём полоса люминесценции сдвигается в длинноволновую область.

парна взаємодія зарядів на поверхні надтонких плівок з розмірно-квантованим спектром електронів

Л.Г. Ільченко¹, В.В. Лобанов¹, В.В. Ільченко²

¹Інститут хімії поверхні НАН України, , Київ, Україна

²Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Київ, Україна

Створення газових датчиків на основі поверхнево-бар’єрних структур виявило залежність адсорбційних властивостей різних по товщині плівок металу на поверхні кремнію. Товщина напилених плівок варіювалася в межах від 3 до 30 нм в залежності від чого параметри Шоткі-структур суттєво відрізнялись між собою як по електрофізичних, так і адсорбційних властивостях [1].

Відомо, що об’ємні характеристики просторово обмежених структур (квантові точки, квантові ями, надтонкі плівки) суттєво відрізняються від відповідних характеристик необмежених структур завдяки ефекту розмірного квантування (РК) [2]. В даній роботі теоретично досліджено вплив РК в надтонких плівках металу (напівметалу або виродженого напівпровідника) на парну взаємодію зарядів, які знаходяться в атмосфері (вакуумі) поблизу поверхні плівки з РК спектром електронів. Показано, що латеральна компонента кулонівської взаємодії зарядів є немонотонною функцією товщини плівки , що може впливати на хід адсорбційних процесів для різних по товщині плівок металу.

[1]. О.I. Bomk, L.G. Il’chenko, V.V. Il’chenko, A.M. Pinchuk, V.M. Pinchuk, G.V. Kuznetsov, V.I. Strіkha. // Sensors and actuators В, 62, 131 (2000).

[2]. L.G. Il’chenko, T.V. Goraychuk. // Ultramicroscopy, 95, 67 (2003).

формування потенціального бар’єру між двома близько розділеними металами з субмоношаровим адсорбційним покриттям

Л.Г. Ільченко, В.В. Лобанов, О.О. Чуйко

Інститут хімії поверхні НАН України, Київ, Україна

Формування потенціалу взаємодії між двома близько розділеними твердими тілами (металами, напівпровідниками чи діелектриками) визначається розподілом потенціалу сил зображення , який зумовлений різницею в об’ємних властивостях кожного з трьох середовищ. Подальша зміна обумовлена зарядовим станом меж розподілу, їх мікроскопічною структурою та наявністю адсорбційних покриттів.

В даній роботі розподіл сумарного потенціального бар’єру , що сформований між двома близько розташованими металами з впорядкованими гратками субмоношарових адсобційних покриттів поверхонь металів розраховано, використовуючи метод функцій Гріна нелокального рівняння Пуассона з врахуванням ефектів просторової дисперсії в функціях діелектричної проникності металів [1]. Показано, що для малих розділяючих відстаней врахування зарядової та структурної компонент сумарного потенціалу зумовлює латеральну зміну висоти потенціального бар’єру у всьому вакуумному проміжку.

[1]. L.G.Il’chenko, T.V.Goraychuk. // Surf. Sci., 478, 169 (2001).

Отримання плівок As-Se і Ge-Sb методом дискретного термічного випаровування

В.С. Ковтуненко, С.О. Колінько, Г.М. Дубровська

Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, Україна

Практично важлива проблема відтворюваності властивостей аморфних плівок вимагає детального вивчення впливу технологічних умов напилення на структуру конденсатів. Багато робіт присвячено дослідженню залежності структури халькогенідних плівок від умов нанесення. В цих роботах тема мікроструктури тонких шарів згадується епізодично, а отримані результати показують, що мікроструктура аморфних конденсатів, навіть одного і того ж хімічного складу, може суттєво змінюватися від досліду до досліду. Тому було проведено спеціальний цикл досліджень для з’ясування причин таких розбіжностей в експериментальних даних для системи As-Se і Ge-Sb при напиленні методом дискретного термічного випаровування.

Метод дискретного термічного випаровування використовується замість простого термічного випаровування у випадку, коли випаровування речовини має інконгруентний характер. Метод полягає у випаровуванні маленьких частинок речовини, які неперервно і рівномірно подаються на поверхню розжареного випаровувача. Якщо одночасно випаровується велика кількість дрібних частинок, кожна з яких знаходиться на різній стадії випаровування, то при рівномірному розподілі в часі моментів їх падіння на випаровувач забезпечується середній хімічний склад пари, що відповідає складу вихідної речовини. Проте, є сенс у використанні дискретного термічного випаровування також при напиленні елементарних речовин і речовин, що випаровуються конгруентно, оскільки технологічні параметри в даному випадку суттєво відрізняються від умов простого термічного випаровування. У першу чергу це стосується зміни температури парової фази, а також молекулярного складу пари, яка конденсується на підкладці. Зміна зазначених технологічних параметрів дає можливість реалізовувати на підкладці різні структурні стани однієї й тієї ж по хімічному складу речовини.

Преобразование состава электрохимически осажденных пленок селенида цинка в процессе вакуумного отжига

Г.И. Копач¹, Н.П. Клочко¹, М.В. Добротворская², П.В. Матейченко², В.Р. Копач¹, В.И. Шкалето¹

¹Национальный технический университет Харьковский политехнический институт'', Харьков, Украина

²Институт монокристаллов, Национальная академия наук Украины

Электрохимическое осаждение из водных растворов пленок селенида цинка является перспективным методом для создания буферных и базовых слоев фотоэлектрических преобразователей, но допускает наличие в них примесей компонентов растворов. Данная работа посвящена анализу состава пленок и изучению возможности их гомогенизации и очистки от примесей посредством вакуумных отжигов. Для анализа морфологии поверхности и состава электроосажденных пленок до и после отжигов использованы методы рентгеновского микроанализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Обнаружено, что свежеосажденные пленки были обогащены селеном и состояли из ZnSe и Zn(OH)2, покрытых слоями Se, SeO2 и OSe(OH)2. На поверхности пленок до отжига имелись рыхлые скопления, состоящие преимущественно из Zn(OH)2. Отжиги в вакууме уже при 1000 С, а тем более при 3500 С обеспечивали превращение Zn(OH)2 в ZnO, удаление из пленок воды и частичную десорбцию кислорода и элементарного селена. Другая часть избыточного селена в форме Se, SeO2 и OSe(OH)2 в процессе отжига при 3500С взаимодействовала с Zn(OH)2 и ZnO и окклюдированным в пленках водородом, образующимся в результате побочной катодной реакции восстановления воды, с образованием ZnSe. Рыхлые скопления в результате отжига обогащались селеном и также превращались в ZnSe. Таким образом, вследствие вакуумного отжига происходила гомогенизация и очистка от примесей электроосажденных пленок селенида цинка.

Ансамбль точкових дефектів у монокристалах CdTe у випадку повної рівноваги та закалювання

В.В. Косяк, А.С. Опанасюк

Cумський державний університет, Суми, Україна

З використанням загальноприйнятих [1] та новітніх [2] уявлень проведено моделювання ансамблю точкових дефектів (АТД) у монокристалах телуриду кадмію в залежності від фізико-технологічних параметрів їх одержання та післяростової обробки для двох крайніх випадків: повної рівноваги та закалювання дефектів. При розрахунках використані уточнені дані про константи квазіхімічних реакцій.

Встановлено, що в області високих тисків кадмію обидві моделі дають досить близькі значення концентрації носіїв струму в матеріалі, та передбачають зміну його провідності з p на n-тип при підвищені P_Cd. Разом з тим, модель дефектів, запропонована в [2], вказує на існування телуриду кадмію n-типу в області дуже низьких тисків кадмію. Закалювання зразків приводить до суттєвої зміни стану АТД у матеріалі. При цьому у широкому інтервалі тисків кадмію питомий опір CdTe збільшується майже на 8 порядків. В результаті він набуває напівізолюючих властивостей, що дозволяє ефективно використовувати такий матеріал в якості базових шарів детекторів g-випромінювання. Проведено порівняння розрахункових та експериментальних результатів.

n_H, см^-3

P_Cd, Па

Рис. 1. Залежність холівської концентрації носіїв від парціального тиску пари кадмію в процесі відпалу кристалів .  = 1170 К. Модель дефектів [1]: 1 – повна рівновага; 2 – закалювання; модель дефектів [2]: 3 – повна рівновага, 4 – закалювання. , - ! " – експериментальні результати.

[1]. J. Saraie, M. Kitagava. Effect of Component Element during LPE on Electrical Properties of CdTe // J. Solid State Chem., 126(12), рр. 2225-2231 (1979).

[2]. M.A. Berding. Native point defects in CdTe // Phys. Rev., 60(12). рр. 8943-8950 (1999).

Імпедансні характеристики гетероконтактів на основі електрохімічно синтезованих напівпровідникових плівок CdS

Г.А. Ільчук, В.О. Українець, В.В. Кусьнеж, О.І. Кутий, Є.В. Охримчук, Н.А. Українець

Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна

Одним із пріоритетних напрямків досліджень в електроніці є пошук матеріалів і методів для реалізації високоефективних фотоперетворювачів великих площ і низької вартості. Вирішення цього питання в певній мірі пов’язується із використанням технології електрохімічного синтезу. В [1] нами продемонстрована можливість синтезу електрохімічним методом тонких плівок CdS на металічній підкладці-аноді чистого кадмію і реалізації фоточутливих поверхнево-бар’єрних структур In-CdS/Cd и Ag-CdS/Cd типу бар’єру Шотткі. З метою одержання плівок великих площ в цьому дослідженні використані кадмійовані стрічки міді і нікелю та металізована сріблом кераміка, як основа для електрохімічного синтезу CdS. Досліджені вольт-амперні (ВАХ) і вольт-фарадні залежності (ВФХ), зокрема з використанням імпедансного спектрометра FRA, гетероконтактів (ГК), утворених, з одного боку, електрохімічно осадженим шаром CdS на таких підкладках, а з другого – бідистилятом води чи природнім білком, які контактували з скляною пластиною, покритою напівпрозорим провідним шаром SnO₂+In₂O₃. ВАХ ГК демонструють наявність випрямлення. Пропуский напрямок відповідає додатній полярності на шарі CdS. На рис. 1 наведені типові залежності диференціальних опору R = f(U) та ємності С = j(U), (f = 1×10⁴ Гц) ГК в залежності від напруги зовнішнього зміщення. На обох залежностях в області напруги зміщення U @ 0,38 В спостерігається стрибкоподібна зміна C і R, яка узгоджується з наявністю такої ж величини е.р.с. Її утворення зумовлене контктною різницею потенціалів між підкладочними шарами Cu і Cd , і корелює з різницею їх робіт виходу (@ 0,36 еВ). Показано, що контакта різниця потенціалів є основною перешкодою для такого напрямку технологічних рішень.

[1]. Г.А. Ильчук, В.О. Украинец, Ю.В. Рудь, И.О. Кунтый, Н.А. Украинец, Б.А. Лукиянец, Р.Ю. Петрусь. Электрохимический синтез тонких пленок CdS // Письма в ЖТФ, 30(15), сс. 19-24 (2004).

Рост термических оксидных пленок на A^IIIB^V, стимулированный соединениями Mo (+6)

С.С. Лаврушина, Е.В. Лебедева

Воронежский госуниверситет, Воронеж, Россия

Для ускоренного роста оксидных слоев в процессах термического окисления GaAs и InP эффективно использование сложных хемостимуляторов, разлагающихся при температурах процесса с образованием активных по отношению к данным полупроводникам бинарных соединений, способных к подавлению реакций собственного транзита. Целью данного исследования было установление закономерностей термооксидирования GaAs и InP при введении в систему гептамолибдата аммония и фосфорномолибденовой кислоты. Оба активатора при разложении образуют оксид молибдена (+6), способного к окислительно-восстановительным взаимодействиям с данными полупроводниками. В случае фосфорномолибденовой кислоты эффективным может оказаться участие фосфорной кислоты, также образующейся при температурах процесса.

Активаторы вводили в систему испарением из кварцевого контейнера, за которым (или над которым) помещали пластину GaAs или InP. Температуры окисления – от 500 до 600⁰С. Установили, что в присутствии (NH₄)₆Mo₇O₂₄ рост слоев протекает в среднем в 1,4 раза быстрее, чем в случае эталонного окисления в кислороде (без активатора). Наибольшие величины ускорения (до 10 раз) достигаются в случае использования H₇[P(Mo₂O₇)₆]^.nH₂O. В последнем случае содержание молибдена в слоях (рентгенофлуоресцентный анализ) существенно меньше, чем при окислении с участием (NH₄)₆Mo₇O₂₄.Таким образом, при использовании (NH₄)₆Mo₇O₂₄ основным активирующим агентом является MoO₃, который участвует в процессах по транзитному механизму с последующим образованием гетерополисоединений:

2АВ+2MoO₃+O₂=A₂O₃+B₂O₅+2Mo, (1)

Ga₂O₃+As₂O₃+O₂+24MoO₃=2Ga(AsMo₁₂O₄₀), (2)

InPO₄+12MoO₃=In(PMo₁₂O₄₀. (3)

При использовании в качестве хемостимулятора H₇[P(Mo₂O₇)₆]^. nH₂O участие оксида молибдена подавляется, основную роль в формировании слоев играет фосфорная кислота. Наблюдается очень быстрый рост пленок в начальный период (до 10 минут), при дальнейшей изотермической выдержке имеют место твердофазные превращения и прирост толщины при этом небольшой.

изменения в пористом Si при имплантации ионами фосфора

И.В. Литвинчук, З. Святек¹ , И.М. Фодчук

Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, Черновцы, Украина

¹ Краковский институт металлургии и материаловедения, Краков, Польша

С помощью методов рентгеновской топографии, рефлектометрии, двух - и многоволновой дифрактометрии, фотолюминесценции, атомно-силовой микроскопии исследованы образцы (111) кремния, подверженные различным внешним воздействиям: химическому травлению, имплантации ионов фосфора (Е = 50-180 кэВ, доза ~ 8×10¹⁴ ион/cм²) и последовательному действию обоих факторов.

Для послойного селективного анализа структурных изменений в приповерхностных слоях использованы симметричные (111), (333), асимметричные (311) отражения CuK_a и CuK_b-излучения, а также косонесимметричные (533) CuK_a и (331) CоK_a отражения.

Расчет кривых качания (КК) проводился с использованием методов численного решения уравнений Такаги-Топэна с последующей процедурой подгонки на основании метода минимизации функции невязки. Это дало возможность построить толщинные профили относительного изменения межплоскостного расстояния (деформации), оценить максимальную величину деформации , глубину ее локализации L₁ и протяженность области упругих деформаций L₂ . Показано, что указанные выше воздействия на поверхность образца приводят к изменению характеристик и формы КК, особенно ее «хвостов», по отношению к эталонной части образца. Имеет место также незначительное увеличение полуширины кривой качания и отношения интегральной интенсивности к высоте максимума. Все это свидетельствует о наличии разных по характеру, протяженности и степени поврежденности приповерхностных слоев в частях образца, подвергнутых разным внешним воздействиям.

Пористый слой, полученный на модифицированной имплантацией ионами фосфора поверхности кремниевой пластины, характеризуется существенно отличным спектром фотолюминесценции по сравнению со спектром от обычного пористого слоя. На полученных спектрах фотолюминесценции от пористой области при длительной экспозиции и воздействии возбуждающего люминесценцию светового потока наблюдается эффект ''утомляемости'' люминесценции и спектральный сдвиг в красную область спектра.

В условиях естественного старения на протяжении двух лет наблюдается изменение относительной интенсивности спектра фотолюминесценции, а также смещение части спектра в длинноволновую область.

Особливості технології фотостимульованого осадження тонких алмазоподібних вуглецевих плівок

М.І. Клюй¹, А.М. Лук’янов¹, В.Д. Осовский², В.П. Темченко¹,

О.В. Гоменюк¹, Р.М. Мотренко¹

¹ Інститут фізики напівпровідників ім В.Є.Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

² Інститут фізики НАН України, Київ, Україна

Завдяки унікальним властивостям алмазоподібні плівки знайшли широке застосування для покращення експлуатаційних характеристик різних матеріалів і приладів. В зв’язку з цим важливим і актуальним є розробка нового обладнання для осадження плівок та відпрацювання відповідної технології.

Протягом виконання роботи було проведено систематичний аналіз варіантів конструкції установки плазмово-фотостимульованого формування плівок, запропоновано оригінальну конструкцію плазмового реактора ємнісного типу. Розроблено та виготовлено оригінальні вузли та блоки установки – плазмовий реактор, високочастотний генератор, систему напуску і регулювання робочих газів, систему фотостимульованого збудження, системи ручного та комп’ютерного керування процесом осадження плівок. На основі запропонованих конструкторських і наукових підходів виготовлено експериментальний зразок установки, проведено її наладку та випробування. Виготовлено експериментальну партію алмазоподібних вуглецевих плівок та, з метою оптимізації технологічних режимів осадження та вивчення механізмів формування структури плівок, досліджено вплив умов осадження на їх властивості.

Показана перспективність запропонованих наукових підходів і отриманих плівок для суттєвого покращення експлуатаційних характеристик фотоперетворювачів сонячної енергії (сонячних елементів) та модулів сонячних елементів з розробленими захисними та просвітлюючими алмазоподібними плівками. Встановлено, що завдяки осадженню розроблених плівок можна суттєво покращити параметри холодних катодів (роботу виходу, порогову напругу емісії), перспективних для розробки сучасних плоских дисплеїв.

Розроблені установка та технологія можуть знайти широке застосування для розробки сучасних технологій формування і модифікації плівок як складових частин оптичних, мікро- та оптоелектронних приладів.

Влияние температурной памяти раствора соли свинца на структуру и свойства пленок сульфида свинца

Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Петухова Т.А.

Уральский государственный технический университет, Екатеринбург, Россия

Известно достаточно много экспериментальных данных, из которых следует, что вода и водные растворы солей обладают способностью сохранять на некоторое время возникшие в них изменения под действием ряда внешних факторов: электрических и магнитных полей, температуры и т.д. Важное значение для объяснения особенностей поведения водных систем имеет исследование проявления и механизма температурной памяти. Особенно актуально это для разработки условий получения из водных сред полупроводниковых пленок халькогенидов металлов, так как изменение свойств раствора оказывает влияние на их состав, структуру и электрофизические характеристики.

В работе было исследовано влияние температурной памяти водного раствора соли свинца на кинетику роста, морфологию и фоточувствительные свойства химически осажденных пленок PbS. Слои осаждались при температуре 298 K из раствора, содержащего азотнокислый свинец, гидро-ксид натрия, тиомочевину и сернистокислый натрий. При приготовлении реакционных смесей для сравнения в качестве контрольного использовал-ся как раствор (Pb(NO₃)₂), длительное время хранившийся при 298 K, так и растворы указанной соли, имеющие различную температурную предысторию (растворы II и III). Эти растворы перед опытом в течение 30 минут находились соответственно при температурах 275 и 368 K. Затем они приводились к температуре синтеза и вводились в реакционную смесь.

Исследование кинетики осаждения сульфида свинца показало, что температурная предыстория раствора азотнокислого свинца оказывает сильное влияние на длительность индукционного периода образования твердой фазы, увеличивая его с 20 до 180 минут при использовании раствора II и, сокращая до 10 минут в случае раствора III. Температурная предыстория раствора соли металла сохраняет свое влияние на кинетику осаждения сульфида свинца в течение 24 часов.

По результатам электронно-микроскопических исследований полученных пленок установлено, что, если при применении раствора II размеры микрокристаллов составляют 0,50-0,75 мкм, то использование раствора III приводит к уменьшению их величины до 0,35-0,50 мкм при более плотной упаковке.

Влияние температурной предыстории раствора соли свинца на фоточувствительность пленок наиболее заметно для небольших времен осаждения с нивелированием этой характеристики при увеличении длительности времени синтеза.

Процессы самоорганизации при гидрохимическом получении пересыщенных твердых растворов сульфидов металлов

Л.Н. Маскаева, В.Ф. Марков, Т.Н. Гайгер

Уральский государственный технический университет, Екатеринбург, Россия

При гидрохимическом осаждении пленок сульфидов металлов с использованием тиоамидов с присущими методу высокими пересыще-ниями по осаждаемой твердой фазе за счет кооперативных и флуктуаци-онных явлений могут формироваться молекулярные комплексы, агрегаты, кластеры, являющиеся продуктами структурирования коллоидных частиц сульфидов металлов с последующим упорядочиванием их состава и структуры.

Выявленная по результатам физико-химических исследований фрак-тальная структура пленок сульфидов металлов на начальном этапе роста формируется за счет частиц от 5 до 70 нм и имеет особенности наноразмерных систем.

При существующей высокой дискретности твердой фазы система приобретает высокую избыточную энергию за счет увеличения вклада поверхностной составляющей энергии Гиббса и склонность к образованию диссипативных структур. В сильно пересыщенных условиях, создаваемых в реакционной смеси при получении сульфидов металлов и твердых растворов на их основе, достаточно хорошо реализуются условия самоорганизации. При этом в системах возможны стабилизация высокотемпературных и возникновение новых метастабильных фаз, не характерных для данного вещества в равновесных условиях. Ярким подтверждением этому служат полученные нами при температурах до 363 K сильно пересыщенные и относительно стабильные во времени тонкие пленки твердых растворов замещения на основе сульфида свинца: Cd_xPb_1-xS (х £ 0,204), Zn_xPb_1-xS (х £ 0,023), Cu_xPb_1-xS (х £ 0,016), (х £ 0,086), (х £ 0,16).

Достигнутая при этом растворимость CdS при 353 K более, чем на четыре порядка превышает его термодинамически равновесную концен-трацию в кристаллической решетке сульфида свинца. Установленная растворимость ZnS и Ag₂S в PbS при гидрохимическом синтезе также значительно превышают аналогичные величины по сравнению с высокотемпературными диаграммами состояния, а данных о растворимости CuS в PbS нами в литературе вообще не найдено.

Структурні властивості гетерошарів селеніду кадмію, отриманих ізовалентним заміщенням

В.П. Махній, М.Ф. Павлюк, Ю.І. Семенишин

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,
Івано-Франківськ, Україна

Використання методу ізовалентного заміщення дозволило отримати стабільні у часі гетерошари (ГШ) як гексагональної (α), так і кубічної (β) модифікацій [1].

На відміну від об’ємних кристалів та плівок, синтезованих іншими способами, цим шарам притаманна високотемпературна (аж до 450 К) екситонна люмінесценція [2]. Дана робота присвячена дослідженню основних структурних властивостей ГШ. Аналіз фігур селективно травлених поверхонь свідчить про їх суттєву відмінність: трикутники для ГШ синтезованих на кристалах β-InSe і шестикутники – на α-CdS. Це вказує на те, що кристалічна структура ГШ повністю визначається типом базової підкладинки. Підтвердженням цього є також експериментальні Х-променеві дифрактограми, а розраховані з них сталі кристалічних граток виявились рівними а = 6,05 Å для β- та а = 4,3 Å і с = 7,007 Å для α-CdSe, що добре узгоджується з відомими літературними даними. Аналіз Х-променевих топограм свідчить про те, що шари гексагональної модифікації є більш дефектними, ніж кубічної, причому вони ідентичні топограмам відповідних підкладинок. Подібні результати отримані також при дослідженні кривих гойдання, оскільки напівширина останніх становить 280-350 кут.сек. для α-CdSe і 100-150 кут.сек. для β-CdSe.

[1]. М.М. Березовский, Е.В. Махний. Свойства слоев CdSe, выращенных на подложках кубической и гексагональной модификаций // ФТТ, 38(2), сс. 646-648 (1996).

[2]. О.В. Махній. Екситонні стани у селеніді кадмію кубічної та гексагональної модифікації //  Наук. вісник ЧДУ. Фізика. Електроніка, 63, сс. 85-86 (1999).

Методи вимірювання теплопровідності напівпровідникових матеріалів та їх термоелектрична добротність

В.М. Кланічка¹, Р.Я. Михайльонка²

¹ Інститут природничих наук Прикарпатського національного університету
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

²Фізико-хімічний інститут Прикарпатського національного університету
імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна

Розглянуто стаціонарні і динамічні методи визначення теплопровідності напівпровідників. Звернена увага на особливості конструкцій установок та оцінки похибок вимірювань [1].

Стаціонарні методи вимірювання проводяться після встановлення рівноваги. Це істотно для досягнення високого ступеня точності, проте встановлення рівноваги, особливо для поганих провідників тепла, може виявитися дуже тривалим процесом. При цьому час, необхідний для вимірювань на даному зразку при декількох різних температурах, виявиться дуже великим. Серед стаціонарних методів відзначено: порівняльні методи (метод Стакс і Чесмара, метод Бауерса), абсолютні методи (метод Розенберга при низьких температурах, низькотемпературний метод, метод вимірювання теплопровідності з низькою провідністю тепла, високотемпературний метод, метод з радіаційним екраном, метод радіального теплового потоку), метод Кольрауша, метод динамічного калориметра.

При використовуванні ж динамічного методу, в якому потоки тепла вимірюються залежно від температури, можна набагато швидше і детальніше провести вимірювання в широкому інтервалі температур. Проте динамічні вимірювання мають свої недоліки, оскільки з їх допомогою важко досягти дуже високого ступеня точності. Основними динамічними методами є: метод А.В. і А.Ф. Іоффе, зондові методи, метод Ангстрема, метод Хармана, методи регулярного режиму, метод акалориметра.

Особлива увага звернена на вимірювання теплопровідності тонких плівок [2]. Вимірювання теплопровідності тонких плівок важливе як для конструювання елементів мікроелектронних схем, плівкових приймачів випромінювання і т. д., так і для досліджування фізичних особливостей плівкового стану. Ці вимірювання ускладнені тим, що у зв’язку з малою площею поперечного перерізу зразків, температурне поле в них порушене неконтрольованим відводом тепла дротинами термопар або термометрів опорів, які використовуються для вимірювання температури.

[1]. Д.М. Фреїк, Р.Я. Михайльонка, В.М. Кланічка. Методи вимірювання теплопровідності напівпровідникових матеріалів (огляд) // Фізика і хімія твердого тіла, 5(1), cc. 173-191. (2004).

Визначення ростових напруг в епітаксійних ферит-гранатових плівках рентгенодифракційним методом

В.В. Мокляк

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника,

Івано-Франківськ, Україна

В роботі методом кривих дифракційного відбивання (КДВ) [1,2] досліджено трансформацію кристалічної гратки ферит-гранатової плівки складу Y_2,907La_0,093Fe_4,9Ga_0,1O₁₂ вирощеній на підкладці ГГГ з площиною зрізу (111).

Систему координат, в якій розглядається тензор деформації () вибрано так, що вісь z перпендикулярна до поверхні зразка, а осі x та y лежать у площині плівки (рис.1.). Вісь x напрямлена вздовж проекції кристалографічного напрямку [884] на площину плівки, причому вектор, спрямований вздовж цієї проекції, паралельний до проекції напрямку [001] на площину плівки і напрямлений в протилежну сторону. Вибір осі y обумовлений умовами зйомки.

Таблиця

значення, x10^-5	6,2	-4,2	-64,6	0,6	-5,6
похибка, x10^-5	1,2	1,6	0,2	0,5	1,0

Таким чином (табл.), в процесі гетероепітаксійного нарощування відбувається деформація кристалічної структури ФГП складу Y_2,907La_0,093Fe_4,9Ga_0,1O₁₂:

– в плівці генеруються напруги стиску вздовж кристалографічного напрямку [111] (перпендикулярно до поверхні зразка);

– вздовж осей x та y спостерігається поява напруг розтягу та стиску відповідно на порядок менших за величиною порівняно з характеристиками деформації вздовж напрямку [111];

– у площинах xz та yz відбуваються відповідно незначні розтяги та стиски того ж самого порядку, що й деформації вздовж осей x та y.

Одержані результати експериментально підтвердили модельні розрахунки про трансформацію кубічної структури ЕФГП в ромбоедричну та дали можливість отримати цілісну інформацію про розподіл пружніх напруг в даній структурі.

[1]. Ю.П. Хапачев, Ф.Н. Чуховский. // Кристаллография, 34(3), с. 776 (1989).

[2]. Ф.Н. Чуховский, В.В. Лидер. // Кристаллография, 38(4), с. 259 (1993).

Новая методика получения слоёв A₂B₆ для солнечных элементов способом трафаретной печати

Н.М. Осипёнок, Г.С. Пекарь, А.Ф. Сингаевский

Институт физики полупроводников имени В.Е. Лашкарёва, Киев, Украина

Одной из наиболее простых технологий получения фотоактивных полупроводниковых слоёв A₂B₆ и создания солнечных элементов на их основе является метод трафаретной печати [1]. Основной принцип этой технологии заключается в том, что на подложку путём продавливания через отверстия сетчатого трафарета наносится паста, содержащая рабочий материал и органическое связующее вещество, определяющее вязкость пасты (рис.1) [2]. В процессе последующих отжигов происходят выжигание органического связующего вещества и рекристаллизация слоёв.

Рис.1. Трафаретная печать. Рис.2. Структура сетки.

Традиционно используемые трафареты представляют собой сетчатую структуру, образуемую переплетением тонких проволок (рис.2). Сетка туго натягивается на жёсткую рамку. Количество материала, проходящего через трафарет и определяющего толщину слоя, зависит от диаметра проволоки и размера отверстий [3].

В настоящей работе предлагается способ снижения толщины слоёв на 35÷40 % путём изменения конструкции сетки и ракеля. Разработанная методика позволяет также заменить органическое связующее вещество дистиллированной водой и, как следствие, упростить и удешевить саму технологию изготовления поликристаллических слоёв A₂B₆. Это достигается за счет уменьшения расхода рабочей пасты, исключения из ее состава органического связующего вещества и отказа от проведения операции его выжигания. Показана возможность использования полупроводниковых слоев, изготовляемых по предлагаемой методике, для создания солнечных элементов на основе структур CdS/CdTe.

[1]. N. Nakayama, H. Matsumoto, A. Nakano, S. Ikegami, H. Uda and T. Yamashita. // Jpn. J. Appl. Phys., 19, 703 (1980).

[2]. К.Л. Чопра, С.Р. Дас. Тонкоплёночные солнечные элементы. Мир, М. 435 с. (1986).

[3]. М.П. Ткачук. Трафаретний друк. ХаГар, К. 264 с. (2000).

Одержання і властивості тонких плівок дийодиду свинцю

Р.М. Пастернак¹, В.О. Воронін²,О.З. Калуш¹

¹Луцький державний технічний університет, Луцьк, Україна

²НУ ,,Львівська політехніка’’, Львів, Україна

Полікристалічний дийодид свинцю (PbI₂) придатний для прямого конвертування рентгенівського випромінювання. Створюються структури a-Si-PbI₂ (полікристалічні плівки) для цифрових сенсорів рентгенівського випромінювання [1].

Тонкі плівки PbI₂ наносили у вакуумі з використанням ВУП-5М. Для одержання плівок використовувався дийодид свинцю високої чистоти (99,999 %). Плівки PbI₂ товщиною 100 нм-100 мкм отримувалися вакуумною сублімацією. Для цього використовувалися різні підкладки: скло, кварц, сапфір, склографіт.

Встановлено, що потрібно нагрівати підкладку до температури не вище 180ºС, інакше одержуються полікристалічні плівки з неоднаковими зернами. Плівки одержані на не підігрітих підкладках мали погану адгезію до неї. Аморфні плівки отриманні методом швидкого напилення на охолоджені до 77 К підкладки. Розмір зерен полікристалічних плівок (10-100 мкм) залежав від технологічних умов і легуючих домішок. Для легування брали метали перехідної групи (Nb, Zr, Hf і інші).

Випробувано різні типи тонкоплівкових контактних площадок. Найкращими для PbI₂ були металічні плівки паладію чи індію (як омічні) і срібло, золото (як переходи Шоттки) товщиною 100 нм-30 мкм.

Встановлено, що контакти до PbI₂ характеризуються лінійністю, а також механічною міцністю (адгезією до плівки дийодиду свинцю та самої підкладки).

ВАХ плівок лінійна і симетрична при зміні знака прикладеної напруги. Питомий опір одержуваних плівок в залежності від технологічних умов був в межах 5×10¹⁰-10¹³ Ом×см, що близьке до його значення для об’ємного PbI₂. Плівки фоточутливі і їх питомий опір під дією світла змінювався на декілька порядків.

Встановлено, що найкращі по однорідності полікристалічні шари дийодиду свинцю одержано при напиленні на кварцові і сапфірові пластинки. При одержання шарів PbI₂ товщиною 0,5-1 мм використовували підкладку із склографіту. Досліджувалися плівки оптичним методом як безпосередньо після приготування так і після витримки при кімнатній температурі.

[1]. Robert A. Street. Large arrea image sensor arrays in technology and applications of amorphous silicon // Springer Series in Materials Science, 37, Springer-Verlag, Berlin, chap. 4, p. 147 (2000).

Фотохимический способ создания планарных оптических элементов на основе полимерной композиции

А.М. Поликанин

Институт электроники НАН Беларуси, Минск, Беларусь

Несмотря на то, что многие органические и неорганические соединения чувствительны в УФ области спектра, сведения об их использовании для создания элементов интегральной оптики (волноводов дифракционных решеток, устройств деления, селекторов излучения и др.) методами голографии ограничены. Это связано с низкой пространственной и временной когерентностью УФ лазеров в голографическом эксперименте.

Предложена технология создания оптических планарных элементов излучением лазера ЛГИ-21 на полимерной композиции на основе комплексных солей висмута, используемых в качестве фотоинициатора модификации полимера - поливинилового спирта (ПВС).

Запись оптических элементов (решеток) проводили по двухлучевой схеме с ахроматизацией полос в квазинепрерывном режиме. Мощность излучения в импульсе составляла 2,5 кВт при длительности 10 нс и частоте импульсов 100 Гц. Пространственную частоту голографического поля варьировали от 500 до 2000 лин/мм. Для зондирования использовали неактивное для композиции излучение (632,8 нм) лазера ЛГ-38.

Изготовленные на основе композиции слои имеют простую технологию нанесения, разрешение на молекулярном уровне, низкую стоимость, и селективны к длинам волн 280-340 нм, что позволяет экспонировать их в условиях сильных фоновых засветок.

Рост амплитудной составляющей в структуре голограммы при дозе излучения до 2,5 Дж/см² происходит за счет образования центров окраски (полиенов) в ПВС, инициированных продуктами фотолиза солей висмута. Рельеф поверхности слоя, образующийся при модификации полимера продуктами фотолиза вносит вклад в фазовую составляющую. Нагрев экспонированного слоя до температур 350-410 К повышает величину дифракционной эффективности (h) до 15-20 %.

Процесс хранения слоев сильно критичен к действию паров воды, что определяется свойствами фотоиннициатора. В результате хранения слоев в условиях повышенной влажности уменьшается пропускание в видимой и УФ-области спектра и растет их светорассеяние. Разработана технология фиксации изображения слоев за счет удаления фотоинициатора из состава слоя, позволяющая увеличить h до 35-40 %. Срок хранения оптических элементов после фиксации неограничен.

Напылением в вакууме металлического покрытия (алюминия, никеля) можно получать отражающие оптические элементы.

Кількісна спектроскопія електронно-стимульованих процесів на поверхні MgO

О.П. Поплавський, С.І. Вашкевич

Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника

Івано-Франківськ, Україна

Одним з потужних аналітичних методів дослідження елементно-фазового складу поверхні твердої фази та міжфазових меж є оже-електронна спектроскопія (ОЕС). Метод ОЕС дає можливість контролювати ступінь чистоти поверхні до 10^-3 моноатомного шару (10¹¹ ат./cм²) при локальності до 10^-16 см^-3, зміну стехіометрії матеріалу на поверхні та у глибину в декілька моноатомних шарів, здійснювати контроль домішок на рівні до 10¹⁶-10¹⁷ см^-3.

Об’єктами дослідження були поверхні сколювання » 3´4 мм², одержані на повітрі, номінально чистих кристалів MgO(100), а також тонкі діелектричні плівки цієї сполуки, одержані певними технологічними методами. Зразки механічно закріплені на спеціальних тримачах-“супутниках”, пройшовши відповідну термовакуумну обробку, при допомозі штанги маніпулятора зразків, подавались в надвисоковакуумну (НВВ) камеру двокамерного оже-спектрометра 09ИОС-2 і досліджувалась у вакуумі 1´10^-9 Торр.

Кількісний оже-аналіз проводився за результатами експерементальних спектрів оже-електронів поверхонь з вимірюванням пік-пік амплітуд елементів та використовуючи відповідні бази даних і програмне забезпечення, що детально описане в [1]. Розроблений метод кількісної оже-спектроскопії дає можливість за відносними пік-пік амплітудами хімічних елементів одержати їх відносні, а не абсолютні концентрації на поверхні.

В процесі електронного опромінення стехіометрія поверхні кристалу MgO в залежності від дози опромінення змінюється слабо, що свідчить про радіаційну стійкість цього діелектрика.

При цьому концентрація вуглецю, як основної сторонньої забруднюючої домішки на поверхні MgO різко зменшується з ростом дози опромінення, що є результатом електронно-стимульованої дифузії і локалізації вуглецю в приповерхневих шарах сполуки.

[1]. П.В. Галій, Т.М. Ненчук. // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз., 32, сс. 121-135 (1999).

Модифікація поверхні тітану біосумісними матеріалами з допомогою лазерного випромінювання

І.І. Попович, Й.П. Шаркань, М.Ю. Січка, О.О. Кикинеші, С.О. Корпош

Ужгородський національний університет, Ужгород, Україна

Імплантати, які використовуються у стоматологічній і ортопедичній хірургії, виготовляються в основному із титану. Якість імплантату дуже важлива для костеінтегрування, часу заліковування, відновлення тканини, і в кінцевому підсумку для робочих характеристик імплантату. Відомо, що кістка формується прямо на поверхні імплантатів завдяці адгезії остеобластів, яка залежить від хімічного складу поверхні імплантату, поверхневої енергії і морфології поверхні. Суттєвий вплив на остеоінтеграцію імлантатів відіграє впровадження в поверхню титану біосумісних метеріалів. Тому відповідна обробка поверхні імплантату важлива для контролю хімічних і морфологічних властивостей імплантатів.

Для покращення біосумісності, збільшення ефективної площі і забезпечення відповідної морфології поверхні на границі розділу середовищ при контакті кістки із імплантатом проводилась модифікація поверхні біоактивним гідроксилапатитом (ГАП). Представлено теоретичну модель для лазерної імплантації мікрочастинок із біосумісних матеріалів у титанову підкладку та умови імплантації частинок в залежності від параметрів лазерного випромінювання та фізико-хімічних характеристик впроваджуваного матерілу і підкладки. Розроблено та створено технологічну лазерну систему для імплантації біосумісних матеріалів у титанову підкладку, на основі неодимового лазера. Лазерна модифікація поверхні полягає в розплавленні лазерним випромінювання поверхневого шару матеріалу, що обробляється і введення в утворений розплав модифікуючих біосумісних матеріалів.

Електронно-мікроскопічні дослідження морфології і рентгеноспектральний аналіз поверхні та перерізу модифікованого ГАП-ом титану показали, що механізм проникнення та розподілу модифікуючих компонентів являє собою складний процес, який включає в себе як механізм перемішування складових елементів під дією гідродинамічних сил і температурних градієнтів, так і дифузійне розповсюдження з утворенням нових кальцій-фосфатних фаз. Цей процес можна регулювати в досить широких межах, змінюючи параметри режиму обробки. Основними параметрами при цьому є тривалість, енергія та форма імпульсу ОКГ, кількість імпульсів лазерного випромінювання, що подається в одну зону та обробка поверхі (поліровка, піскостреєння).

К задаче восстановления параметров сверхтонких пленок волноводным методом

И.У. Примак

Институт технологии металлов НАН Беларуси, Могилев, Беларусь

Работа посвящена привлечению методов решения некорректных математических задач к представляющим интерес для биохимии, медицины и молекулярной электроники исследованиям сверхтонких пленок. Рассмотрена задача восстановления диэлектрических проницаемостей и толщин пленок, адсорбированных поверхностью планарных оптических волноводов, на основе измерений угловых распределений энергетического коэффициента отражения световых пучков ТЕ- и ТМ-поляризации от призменного устройства связи (рис. 1).

Предложена процедура регуляризации. В ней минимизируется функционал

, ,

где и теоретическое и экспериментальное значения коэффициента отражения светового пучка ТЕ- (k = 0) или ТМ- (k = 1) поляризации для угла падения ; параметр регуляризации, выбор оптимального значения которого осуществляется по известному критерию невязки; вектор с координатами , ; нулевое приближение для вектора . Численные исследования адсорбционных слоев протеинов

подтвердили высокую эффективность процедуры.

а б

Рис. 1. (а) Схема призменного устройства связи: 1 – призма,
2 – металлический буферный слой, 3 – волновод, 4 – сверхтонкая пленка, 5 – среда, 6 – фотоприемник. (б) Угловые распределения энергетического коэффициента отражения световых пучков от призменного устройства связи.

Установлено, что увеличения точности восстановления параметров пленок можно достигнуть за счет параметрической оптимизации волноведущей структуры. Анализ погрешностей восстановления параметров слоев протеинов показал, что их величины не превосходят обычно 7 %.

Трансформація структури в плівках Gd₂Fe₁₇ в залежності від умов одержання

В.І. Присяжнюк, О.Г. Миколайчук

Львівський національний університет ім.І.Франка, Львів, Україна

Проводились дослідження впливу температури на структуру плівок сполуки Gd₂Fe₁₇. Плівки отримували за допомогою термічного напилення при різних температурах NaCl-підкладок а потім піддавались термічному впливу в колоні мікроскопу. Температура підкладок змінювалась в межах 300-400 К, а межі термічного впливу на плівки становили 300-800 К. Структурні дослідження проводились за допомогою електронного мікроскопу.

Встановлено що плівки отримані при температурі підкладки 300 К були аморфними, підвищення температури підкладки і нагрівання плівок приводили до появи кристалічної фази, яка співіснує з аморфною фазою в певних співвідношеннях. Нами проводились порівняння розмитих дифракційних максимумів з інтенсивними рефлексами гексагональної та ромбоедричної модифікацій масивної сполуки Gd₂Fe₁₇. Більшість ліній на електронограмах індексуються на основі гексагональної ґратки з константами а = 4,907 А, с = 4,168 А, с/а = 0,849. Знайдене відношення с/а такого ж порядку, що і в структурах типу CaZn₅. В сполук цього структурного типу константа а приблизно рівна почетвереному радіусу атомів меншого розміру (в даному випадку це атоми Fe в сполуці GdFe₅). В той же час не виключено, що частина дифракційних ліній формується не тільки гексагональною фазою (структурний тип Th₂Ni₁₇), а й ромбоедричною (структурний тип Th₂Zn₁₇).

Дані структурні типи близькі до типу CaZn₅. Вони утворюються в результаті заміщення в структурі GdFe₅ третини “великих” атомів гадолінію “малими” атомами заліза (Gd₃Fe₁₅  Gd₂Fe₂Fe₁₅), які характеризуються параиетрами ґратки а (Gd₂Fe₁₇)  а (GdFe₅) , с (Gd₂Fe₁₇)  с (GdFe₅) , де N = 2, 3, 6. Структурні типи Th₂Ni₁₇ і Th₂Zn₁₇ відрізняються у випадку сполуки Gd₂Fe₁₇ один від одного розміщенням груп Fe₂.

Наявність в досліджуваних плівках кристалітів двох фаз (гексагональної і ромбоедричної) приводить до взаємного блокування росту кристалітів в процесі кристалізації плівок, що зумовлює дрібнодисперсність плівок і стійкість аморфної фази.

Определение оптических параметров многослойных структур волноводным методом

А.А. Романенко, А.Б. Сотский, А.В. Хомченко, А.А. Куканов

Институт технологии металлов НАН Беларуси, Минск, Беларусь

Для ряда приложений важное значение имеет определение толщин и комплексных диэлектрических проницаемостей слоев, составляющих многослойную тонкопленочную структуру. В настоящем сообщении представлен алгоритм решения соответствующей обратной оптической задачи.

Входными параметрами являются экспериментальные данные для комплексных постоянных распространения мод многослойных структур . Значения , определяются методом наименьших квадратов. Минимизируется функционал

, (1)

где под понимается й комплексный корень дисперсионного уравнения для постоянных распространения оптических мод структуры, а через обозначен вектор-столбец, составленный из неизвестных величин. В силу аналитичности функций условия минимума имеют вид

, (2)

где  – компонента , и . Система (2) решается методом Мюллера. При этом функции рассчитываются с помощью контурного интегрирования [1,2], а производные находятся из рекуррентных соотношений для полей мод [3]. Нулевое приближение для выбирается из решения системы дисперсионных уравнений для мод эффективного анизотропного пленочного волновода, моделирующего многослойную структуру. Устойчивость итерационной схемы достигается добавлением к (1) стабилизирующего функционала. Эффективность описанного подхода проверена экспериментально при исследовании тонкопленочной структуры, осажденной на подложку из кварцевого стекла и сформированной 30 слоями оксида гафния, разделенных оксидом кремния.

[1]. А.А. Романенко, А.Б. Сотский. // ЖТФ, 68(4), сс. 88-95 (1998).

[2]. А.Б. Сотский. // Докл. НАН Беларуси, 45(3), сс. 19-22 (2001).

[3]. А.А. Романенко, А.Б. Сотский, А.В. Хомченко. // Препринт №649 ИФ АН БССР (1991).

Особенности влияния неполяризованного лазерного излучения на формирование спонтанных решеток в волноводных фоточувствительных пленках

В.И. Лымарь, А.П. Силка

Кафедра физической оптики Харьковского национального университета

им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина

Процессы рассеяния и дифракции света на различного рода периодических структурах постоянно составляют определенный интерес для физической оптики. Основополагающим здесь оказывается представление о т.н. дифракции Брэгга на дифракционной решетке конечной толщины, причем с прикладной точки зрения особенно важными являются случаи такой дифракции при бесконечно малых либо бесконечно больших толщинах решетки. В режиме дифракции Брэгга справедливо единственное условие резонанса, определяющее, что квадраты волновых векторов падающей и дифрагированных на решетке плоских волн равны.

Однако, как показывает теоретическое рассмотрение процесса дифракции света на дифракционной решетке внутри тонкой пленки волноводной толщины, преобразование падающей извне плоской волны в волноводную моду пленки подчиняется, в отличие от режима классической брэгговской дифракции, двум независимым условиям компланарного и поперечного резонансов для соответственно тангенциальных и нормальных к пленке компонент волновых векторов. Условие компланарного резонанса оказывается “более сильным” из-за протяженности решетки в плоскости волновода, определяя резонанс т.н. аномалий Вуда. Одновременное выполнение обоих условий приводит к удовлетворению условия резонанса классической дифракции Брэгга. В силу вышесказанного описанный процесс дифракции падающей плоской волны в волноводную моду при выполнении условия для аномалий Вуда мы называем двумерной дифракцией Брэгга-Эвальда (ДДБЭ).

На основе развитого представления о ДДБЭ удобно описывать явление образования т.н. спонтанных решеток (СР) в тонких фоточувствительных волноводных пленках под действием лазерного излучения различной поляризации [1], в том числе и неполяризованного. По характерным картинам наблюдаемого малоуглового рассеяния (МУР) экспериментально установлено, что при нормальном падении неполяризованной лазерной волны и толщинах пленки вблизи толщины отсечки ТЕ₀-моды образуются СР гексагональной симметрии. Увеличение толщины пленки приводит к понижению симметрии СР, что фиксируется по картине МУР в виде двух взаимноперпендикулярных “хвостов”. Моделируя сложный отклик пленки упрощающим предположением керровской нелинейности волновода, удается удовлетворительно объяснить полученные экспериментальные результаты.

[1]. В.К. Милославский, Л.А. Агеев. Светоиндуцированные спонтанные решетки в волноводных пленках // Фізична інженерія поверхні, 1(1), сс. 59-81 (2003).

Закономерности формирования структуры конденсатов, полученных магнетронным распылением боридов переходных металлов

О.В. Соболь, А.Н. Стеценко, В.О. Шабаршин

Национальний техничний университет “ХПИ”, Харьков, Украина

В работе рассматриваются общие закономерности формирования структуры боридов металлов IV группы (на примере диборида титана), VI группы (диборид вольфрама), а также боридов квазибинарной системы TiB₂-W₂B₅. Сильная связь металл-бор, характерная для диборида титана, приводит к сохранению фазового состава мишени при конденсации (TiB₂-фаза, пространственная группа P6/mmm). При скорости конденсации 0,5 нм/с и температуре подложки 500⁰С и выше появляется преимущественная ориентация кристаллитов TiB₂-фазы с плоскостью (100) параллельной поверхности роста. Повышение температуры конденсации приводит к совершенствованию текстуры.

Распыление W₂B₅ мишени с присущей для этой системы относительно слабой связью металл-бор по сравнению с металл-металл приводит к формированию конденсатов с нанокристаллически-кластерной структурой, в которой нанокластеры b-WB фазы связывают нанокристаллические b-WB и WB₂ включения. Фаза WB₂ отвечает тому же структурному типу, что и TiB₂ (с характерным отсутствием в направлении [00L] объемной конфигурации в слоях бора).

Более простая слоистая решетка, присущая TiB₂ фазе, определяет структуру конденсатов, полученных при распылении квазибинарной системы TiB₂-W₂B₅. Формирующийся на ее основе твердый раствор (Ti,W)B₂ остается стабильным даже при увеличении соотношения атомов W/Ti »7 в металлической подрешетке. Высокая скорость конденсации стимулирует к формированию преимущественно ориентированных кристаллитов с плоскостью (00L) параллельной поверхности роста. К повышению совершенства текстуры приводит увеличение температуры конденсации, снижение относительного содержания атомов титана в распыляемой мишени и близкий к 90⁰ относительно плоскости роста угол падения пленкообразующих частиц.

Предложена обобщенная модель формирования структуры и субструктурных характеристик ионно-плазменных конденсатов со слоистой упаковкой разнородных атомов.

Использование триодной схемы распыления для получения текстурированных пленок боридов квазибинарной системы TiB₂-W₂B₅

О.В. Соболь, А.С. Паникарский, А.А. Подтележников

Национальний техничний университет “ХПИ”, Харьков, Украина

Широкий диапазон значений напряжений распыления (0,3-5 кВ), обеспечивающий высокую среднюю энергию осаждаемых частиц и автоматическое повышение температуры осаждения до 300-600⁰С в процессе конденсации, большие площади конденсатов с близким к нормальному углом падения пленкообразующих частиц и относительно хорошие вакуумные условия, характерные для триодной схемы получения ионно-плазменных покрытий, являются необходимыми условиями формирования высокосовершенных текстурированных материалов. К числу наиболее перспективных по своим физико-механическим характеристикам относятся ионно-плазменные конденсаты квазибинарной системы TiB₂-W₂B₅. В качестве базового в работе использовался состав с соотношением атомов вольфрама и титана в металлических слоях, как 3:1.

При высокой скорости конденсации 0,2-0,25 нм/с и распыляющем напряжении (Us) более 3 кВ удалось получить пленки микронной толщины с высокой степенью совершенства текстуры [00L] (с шириной кривой качания менее 2,5⁰) кристаллитов твердого раствора (Ti,W)B₂ с гексагональной кристаллической решеткой. При этом установлена немонотонная зависимость повышения степени совершенства текстуры при увеличении распыляющего напряжения с резким изменением в районе U_s » 2 кВ. При меньшем напряжении проявлялось кластерно-нанокристаллическое структурное состояние при котором нанокристаллы (Ti,W)B₂-фазы с высокой степенью разориентации граничили с нанокластерной прослойкой (Ti,W)B-фазы с кубической решеткой (структурный тип NaCl). Формирование неравновесной (Ti,W)B-фазы обусловлено как радиационно-стимулированными процессами при конденсации, так и стабилизирующим действием примесных атомов рабочей атмосферы, попадающих в пленку при конденсации. Увеличение U_s ³ 2 кВ не только приводит к преимущественному росту кристаллитов (Ti,W)B₂-фазы с осью [00L] по нормали к поверхности, но и к связанной с этим кристаллизацией (Ti,W)B-фазы с ориентацией кристаллитов плоскостью (111)_(Ti,W)Bôô(00L)_(Ti,W)B2. Уменьшение скорости конденсации до 0,1 нм/с при высоком U_s = 1,5-3,2 кВ приводит к формированию однофазных нанокристаллических пленок (Ti,W)B с кубической решеткой.

Відображення структурно-енергетичних властивостей плівок Al І Si В рентгенівських спектрах

О.І. Соколенко., В.І. Соколенко, О.Х. Тадеуш

Південноукраїнський державний педагогічний університет ім. К.Д.Ушинського, Україна

У найбільш близьких за електронною конфігурацією атомів Al (3s²3p¹) і Si (3s²3p²), практично, у електронних аналогів у твердому стані різні атомні розподілення відповідно типів простої ГЦК і “алмазу” – складної ГЦК решіток. Взаємодія між атомами, яка зумовлена в першу чергу електронною конфігурацією, змінює саму конфігурацію, знижуючи симетрію і задовольняючи термодинамічним вимогам. В атомних розподіленнях реалізується відповідно неповний тетрагексаедричний і тетраедричний типи конфігурацій. Ці типи симетрії певно появляються і в зовнішньому електронному розподіленні кожного атома або в його внутрішньоатомних електронних переходах, які задовольняють фундаментальним законам. Більш чітко і прозоро типи симетрії відображаються в координаційних групах атомів з відповідними координаційними числами і радіусами. Вони були використані при розрахунках рентгенівських К_β – спектрів алюмінію і кремнію, що відображають електронні переходи із зовнішніх станів в найбільш глибокі Іs – стани. Розраховані і експериментальні спектри досить добре співпадають.

Розрахунки показали, що відсутність у кремнію трансляційної симетрії повздовж кристалографічних напрямів через атоми головної координаційної сфери має місце і в електронному розподіленні. Головним наслідком цієї відміни в структурно-енергетичних кореляціях є ярко виражена різниця в електропровідності алюмінію і кремнію.

В тонких плівках співставленні структурно-енергетичні властивості в зв’язку із значною невпорядкованістю у взаємодіючих і у самій взаємодії конфігураціях.

Структурна невпорядкованість в атомному розподіленні корелює з подальшим зниженням симетрії в електронних конфігураціях атомів. Це проявляється в розмиванні експериментальних рентгенівських К_β – спектри. Для розрахунків відповідних ім спектрів використані, крім термічних дисперсій, дисперсії структурної невпорядкованості. Експериментальні і співпадаючі з ними розрахункові К_β-спектрів показують, що ближній порядок зберігається при збільшенні невпорядкованості не тільки у кремнію, що відома, а і в алюмінію.

В координація зберігаються координаційні числа, розмиваються координаційні радіуси І, як наслідок, знижується трансляційна симетрія. У властивостях тонких плівок це проявляється аналогічно термічному фактору в Al – зменшується коефіцієнт електропровідності. Для плівок кремнію це однозначно вказує на виродження напівпровідника.

Heterostructures based on conducting polymer films on the surface of inorganic semiconductors

P.Y. Stakhira, O.I. Aksimentyeva, Ya.I. Vertsimakha, B.R. Tsiiz

*National University “Lviv Polytechnics”, Lviv,,Ukraine

Lviv Ivan Franko National University, Lviv, Ukraine

Institute of Physics of NASU, Kiev, Ukraine²

New electrooptic devices such as plastic solar cells, light emissive diodes and display electrochromic materials are ground on the using of conjugated polymers with intrinsic electron conductivity [1]. For these polymers energy gap E_g is in the range 1,5-3 еV, which provides their perspective for using in optical devices operating in visible range of spectrum. In the present work for the first time the isotype “p-p”-heterojunctions based on conducting polymers and inorganic semiconductors InSe(:Ag), In₄Se₃, GaSe, porous Si and conducting polymers (polyphenylacetylene /PPA/, poly-N-epoxypropilcarbazole /PEPC/, polyaniline/PAN/, pentacen (Pn) and others) have been fabricated and studied. Conducting polymer layers on the inorganic semiconductor surfaces were obtained by both electropolymerization method and casting from solution. On polymer film the semitransparent layer of Pt or Au was evaporated by magnetron saw procedure. For the contact providing the metal with lower work function (In, Al ) were used. The study of volt-ampere, volt-faradic and spectral photosensitivity characteristics showed that experimental values of potential barrier of such structures coordinate each other and equal to calculated value (for instance 0,61 eV in the case PPA-InSe:Ag). The photosensitivity spectra clasp a vast range (from ultraviolet to near infrared area), what is perspective for solar cell fabrication. For the porous Si-PAN (or PEPC) heterojunctions the significant photo- and electroluminescence emission have been manifested. The band zone diagrams and charge transport mechanism in such heterostructures have been discussed.

[1]. G.G. Wallace, D.L. Dastoor, D.L. Officer, C.O. Too. // Chem.Innovations, 30(1), рр. 14-22 (2000).

[2]. P.Y. Stakhira, Ya.I. Vertsimakha, O.I. Aksimentyeva, O.B. Dorosh, V.P. Savchyn, V.V. Cherpak. Photovoltaic properties of conducting polymer-(InSe) heterostructures // Molec.Cryst.& Liq.Cryst., 426,. (2005).

Измерение параметров процесса ионно-стимулированного осаждения тонких пленок

Н.Г. Стервоедов, А.Е. Бородавка, М.Ю. Силкин, С.Н. Стервоедов

Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, Украина

Ионно-стимулированное осаждение (ИСО) является одним из наиболее перспективных методов синтеза тонкопленочных систем и нанесения функциональных покрытий для различных отраслей промышленности. Синтезируемые пленки обладают уникальными свойствами, а покрытия, полученные данным методом, обладают высоким эксплуатационными характеристиками и по своим параметрам – адгезии, износостойкости, однородности или, наоборот, градиентности свойств и т.д. – чаще всего значительно превосходят пленки и покрытия, полученные альтернативными методами.

В связи с тем, что в данном процессе осаждение материала производится одновременно с бомбардировкой поверхности пучком высокоэнергетичных ионов, необходимо, кроме контроля толщины покрытия и температуры подложки, измерение дозы имплантации и равномерности облучения. При этом необходимо учитывать дополнительно привносимые пучком заряженных частиц энергию и заряд, влияющие на параметры процесса и точность измерений.

Целью настоящей работы было создание и исследование экспериментального технологического комплекса для измерений параметров процесса ИСО тонких пленок при их напылении. В работе описывается программно-техническая реализация такого измерительного комплекса, выполненного на современной микроэлектронной схемотехнической базе и подключаемого к компьютеру через USB интерфейс. В комплекс входит измеритель толщины наносимой пленки на основе кварцевого дифференциального датчика с защитой от накопления заряда, температурный сенсор на основе платинового микро термометра-сопротивления, интегратор для измерения дозы имплантации на основе набора стационарно расположенных и подвижных цилиндров Фарадея. В докладе приведены принципиальные схемы измерительных преобразователей, контроллера и оптически развязанной интерфейсной части. Представлены характеристики устройств, измеренные в реальных условиях эксплуатации и структура пользовательского программного обеспечения (ПО). ПО комплекса позволяет интерактивно вносить коррекции в результаты измерения, отрабатывать результаты измерений, создавать свои базы данных технологических режимов синтезируемых тонкопленочных систем.

Вплив кристалографічної орієнтації CdTe на хімічне травлення розчинами іоду в диметилформаміді

В.М. Томашик, В.Г. Іваніцька, З.Ф. Томашик

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

Принциповою особливістю напівпровідникових сполук типу А^IIIВ^V, як відомо, є суттєва різниця в швидкостях розчинення кристалів та плівок на площинах (111)А та (111)В, що пояснюється різницею в характері хімічних зв’язків поверхневих атомів. При цьому в одному й тому ж травнику сторона (111)В полірується (стає гладкою та дзеркальною), а сторона (111)А набуває матового вигляду або характеризуєтся сильно розвинутою мозаїчною структурою. На співвідношення між швидкостями травлення різних площин напівпровідникового кристалу впливає також склад травника та його концентрація. Процеси адсорбції деяких компонентів травника (не окисників) також залежать від електронної структури поверхні, і нагромадження таких речовин на активних атомах може змінити залежність швидкості травлення від орієнтації.

Для встановлення залежності швидкості розчинення CdTe від орієнтації його поверхні нами використовувались монокристалічні пластини телуриду кадмію, вирізані по напрямках [111], [110], [100], та неорієнтований зразок площею приблизно 0,5 см² і товщиною 1,5-2 мм. Як травильну суміш використовували розчин іоду в диметилформаміді (ДМФА). Дослідження кінетики розчинення проводили у відтворюваних гідродинамічних умовах з використанням методики диску, що обертається.

В результаті проведення експериментальних досліджень встановлено, що швидкість розчинення різних площин CdTe залежить від їх оріеєнтації. Так, в розведених розчинах (при вмісті І₂ = 2-5 мас. % в ДМФА) швидкість травлення різних кристалографічних площин зменшується в такому порядку: [100] > [110] > [111]> неорієнтований зразок. При збільшення концентрації окисника в травильному розчині спостерігається зміна цієї залежності і в достатньо концентрированих розчинах (при [І₂]= 20-25 мас. % в ДМФА) порядок зменшення швидкостей травлення різних площин наступний: [111] > [110] > неорієнтований зразок > [100]. Очевидно, можна зробити висновок, що швидкість розчинення телуриду кадмію залежить не тільки від кристалографічної орієнтації його площин, але й від концентрації травника.

Необхідно відмітити, що процес хімічного травлення телуриду кадмію в розчинах іоду в ДМФА характеризуються невисокими швидкостями (0,8-15,3 мкм/хв) при збереженні достатньо високої якості оброблюваної поверхні. Найбільш якісним виявилось полірування напівпровідникових зразків в травильній суміші, що містить приблизно 15 мас. % іоду в ДМФА.

Хімічне травлення монокристалів CdTe та Cd_xHg_1-xTe травильними композиціями системи H₂O₂–HCl–молочна кислота

В.М. Томашик, Е.М. Лукіянчук, З.Ф. Томашик

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

Хімічна модифікація поверхні напівпровідникових матеріалів і плівок є невід’ємною частиною технології виготовлення різноманітних приладів сучасної електроніки. У ході технологічних операцій для травлення напівпровідникових сполук типу А^ІІВ^VI нерідко використовують травильні суміші, до складу яких входять пероксид водню (завдяки його сильній окисній здатності) разом з соляною кислотою.

Метою даної роботи є розробка повільних поліруючих травильних композицій на основі розчинів системи H₂O₂–HCl–молочна кислота (С₃H₆O₃) для зняття тонких шарів з поверхні монокристалів і плівок CdTe та твердих розчинів Cd_xHg_1-xTe, а також вибір режимів обробки поверхні оптимізованими травниками для застосування в різноманітних технологічних операціях.

Для досліджень використовували номінально нелеговані монокристалічні зразки CdTe p-типу з концентрацією дірок [h] = 8,5·10¹⁵–1,2·10¹⁶ см^-3 і рухливістю μ_h = 100 cм²/(В∙с), орієнтовані в напрямку [110], а також номінально нелегований Сd_0,22Hg_0,78Te p-типу. Досліджувані зразки мали поверхню площею приблизно 0,5 см² і товщину 1,5-2 мм. Перед травленням їх механічно шліфували абразивними порошками марки М5 і М1, полірували алмазними пастами й знежирювали. Травильні суміші готували з 36 %-ної HCl, 35 %-ної H₂O₂ і 80 %-ної С₃H₆O₃ (всі реагенти марки „х. ч.”) Після травлення зразки промивали дистильованою водою й висушували на повітрі.

Кінетичні закономірності розчинення поверхні CdTe та твердого розчину Сd_0,22Hg_0,78Te вивчали у відтворюваних гідродинамічних умовах за допомогою методики диску, що обертається, з використанням установки хіміко-динамічного полірування. Експериментально встановлено, що максимальна (2,8 мкм/хв) і мінімальна (1,5 мкм/хв) швидкості розчинення телуриду кадмію у розчинах досліджуваної системи досягаються при співвідношенні компонентів у травильній композиції (в об. %) H₂O₂ : HCl : С₃H₆O₃ = 9,5 : 85,5 : 5 та 6,5 : 83,5 : 10 відповідно. У травильній суміші складу H₂O₂ : HCl : С₃H₆O₃ = 5 : 85 : 10 має місце максимальна швидкість розчинення твердого розчину Сd_0,22Hg_0,78Te (2,2 мкм/хв), а мінімальна (1,1 мкм/хв) – у травильній композиції H₂O₂ : HCl : С₃H₆O₃ = 8 : 82 : 10.

Таким чином, в результаті проведення експериментів досліджена кінетика процесу розчинення і встановлені гідродинамічні й кінетичні умови проведення хіміко-динамічного полірування монокристалічних зразків і плівок CdTe та Cd_xHg_1-xTe. Показано, що при обробці оптимізованими травильними композиціями системи H₂O₂ : HCl : С₃H₆O₃ можна отримувати високоякісну поліровану поверхню вказаних напівпровідникових матеріалів.

Хіміко-динамічне полірування поверхні монокристалів і плівок GaAs травниками системи H₂O₂–HBr–розчинник

З.Ф. Томашик, Н.В. Кусяк, В.М. Томашик

Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

Особливий інтерес для хімічної обробки напівпровідникових монокристалів і плівок представляють травильні суміші з низькою швидкістю розчинення, оскільки їх можна використовувати для контрольованого зняття тонкого шару матеріалу та фінішної обробки. Такими властивостями володіють травильні композиції, що формуються в розчинах на основі систем H₂O₂–HBr–розчинник, де розчинником може виступати оксалатна (С₂H₂O₄), цитратна (С₆H₈O₇) та лактатна (С₃H₆O₃) кислоти.

Для експериментальних досліджень використовували монокристалічні зразки арсеніду галію, вирощені методом Чохральського, з орієнтацією (100), густиною дислокацій 5^.10⁴ см^–2 та питомим опором 1^.10⁶ Ом^.см. Травильні суміші готували з 40 %-ної HBr, 35 %-ної H₂O₂, 9 %-ної С₂H₂O₄, 20 %-ної С₆H₈O₇ і 40 %-ної С₃H₆O₃ (всі реагенти марки „х. ч.”). Кінетичні закономірності процесу розчинення від складу травника, температури та швидкості перемішування вивчали за допомогою методики диску, що обертається, на установці для хіміко-динамічного полірування (ХДП).

Аналізуючи концентраційні залежності швидкості розчинення (діаграми Гіббса), встановлено межі поліруючих розчинів для обробки поверхні монокристалів і плівок GaAs в системах H₂O₂–HBr–C₂H₂O₄, H₂O₂–HBr–C₆H₈O₇ та H₂O₂–HBr–C₃H₆O₃. Показано, що область поліруючих розчинів в даних системах збільшується при послідовній заміні органічних кислот в ряду: „оксалатна → цитратна → лактатна кислота”, а додавання в’язкого компоненту етиленгліколю (ЕГ) до C₆H₈O₇ призводить до зменшення меж поліруючих травильних композицій. При цьому швидкість полірування арсеніду галію складає 0,1-12 мкм/хв (таблиця).

Таблиця.

Склади травильних композицій та режими для ХДП арсеніду галію

Система розчинів	Склади травників, об.%	Т, К	g, хв^-1	Швидкість ХДП, мкм/хв
H2O2–HBr–С2Н2О4	(10-20):(90-75):(15-0)	296	86	4-10
H2O2–HBr–С6Н8О7	(10-45):(90-50):(40-0)	296	86	0.1-8
H2O2–HBr–С6Н8О7:ЕГ	(10-20):(90-75):(25-0)	295	86	2-12
H2O2–HBr–С3Н6О3	(10-65):(90-60):(35-0)	297	86	0.1-12

Промивку оброблених поверхонь доцільно здійснювати спочатку великою кількістю дистильованої води, потім сильно розбавленими водними розчинами NH₄OH і знову дистильованою водою.

Волноводные градиентные слои на высокопреломляющей подложке

А.В. Томов

Институт технологии металлов НАН Беларуси, Беларусь

В [1] была показана возможность применения обратного метода ВКБ для восстановления профилей показателя преломления градиентных волноводных слоев на высокопреломляющих подложках для случая, когда волновод отделен от подложки буферным слоем с пониженным показателем преломления. Расчеты и практические измерения показали, что для этих целей можно использовать моды с потерями до 40-45 dВ/см, при этом суммарная ошибка восстановления профиля показателя преломления не превышала 5 %. Предложенная методика была использована для восстановления параметров волноводов, сформированных в полимере диффузией из раствора [2] (Рис. 1) и в кремниевых пластинах окислением предварительно образованного слоя пористого кремния [3] (Рис. 2) для ТЕ (1) и ТМ (2) поляризаций зондирующего излучения (λ = 633 нм).

Рис. 1.	Рис. 2.

Полученные результаты позволили установить роль механических напряжений в процессе формирования этих волноводов и предложить способ управления их параметрами.

[1]. И.У. Примак, А.В. Томов. // Весці НАНБ, Сер.фіз.-мат.навук, 2, сс. 97-101 (2001).

[2]. А.В. Томов, А.В. Хомченко. // Письма в ЖТФ, 30(17), сс. 83-87 (2004).

[3]. V.P. Bondarenko, A.M. Dorofeev, N.M. Kazuchits. // Microelectronic Engineering, 28, рр. 447-450 (1995).

Дефектоутворення у тонких плівках селеніду свинцю при їх вирощуванні з парової фази

І.М.Хацевич, В.В.Прокопів (мол.)

Прикарпатський університет імені Василя Стефаника, Україна

Тонкі плівки селеніду свинцю вирощували з парової фази методом гарячої стінки на монокристалічних підкладках BaF₂, сколотих по площині (111). Змінними технологічними факторами були вибрані температури конденсації (температура підкладки, на яку осаджується плівка), випаровування (температура у випарнику) а також парціальний тиск пари селену.

Встановлено, що технологічні умови вирощування тонких плівок селеніду свинцю безпосередньо впливають на концентрацію дефектів, і відповідно на властивості плівок. Тобто описавши вплив технологічних параметрів на дефектний стан тонкої плівки можна однозначно визначити її фізичні параметри (концентрацію носіїв заряду, рухливість та ін.).

Утворення власних атомних дефектів у плівках селеніду свинцю при їх вирощуванні з парової фази методом гарячої стінки описано системою квазіхімічних реакцій.

Одержано аналітичні вирази, що добре описують експериментальні залежності концентрації носіїв струму та переважаючих власних атомних дефектів від технологічних факторів отримання плівок.

Применение волноводного метода к исследованию оксидных пленок на металлах

А.В. Хомченко, А.А. Куканов, И.У. Примак, А.Б. Сотский, Н.И. Стаськов*

Институт технологии металлов НАН Беларуси,

*Могилевский государственный университет, Беларусь

Рассмотрена обратная задача об определении диэлектрической проницаемости металлов, диэлектрической проницаемости и толщины оксидных пленок на их поверхности на основе измерения угловой зависимости энергетического коэффициента отражения светового пучка от призменного устройства возбуждения поверхностных электромагнитных волн. Вследствие того, что задача является некорректной, использован метод регуляризации, основанный на минимизации функционала

, ,

где и теоретическое и экспериментальное значения коэффициента отражения для угла падения светового пучка ; параметр регуляризации, выбор оптимального значения которого осуществляется по известному критерию невязки; вектор с координатами , , , , ( толщина буферного слоя между призменным устройством связи и пленкой); нулевое приближение для вектора .

Численные эксперименты показали эффективность такого алгоритма при толщине пленок, изменяющейся в пределах от 100 нм до 3 мкм. Для определения параметров более тонких слоев (до 10 нм), предложен подход, основанный на измерении зависимости при двух значениях диэлектрической проницаемости буферного слоя. В этом случае

,

где и экспериментально измерянные и рассчитанные значения коэффициента отражения, соответствующие разным буферным слоям (), а - вектор с координатами , , , , , ( и толщины буферных слоев). Анализ точности измерений показал, что погрешности восстановления d и обычно не превышают 5 %. С использованием данного подхода и метода эллипсометрии проведено экспериментальное исследование оксидных пленок на алюминиевой подложке.

Измерение спектров поглощения тонких пленок волноводным методом

А.Б. Сотский, А.В. Хомченко, И.У. Примак, А.В. Шульга, Л.И.  Сотская, В.В. Хомченко

Институт технологии металлов НАН Беларуси, Беларусь

Электрические и оптические свойства полупроводниковых и диэлектрических материалов в значительной мере определяются характеристиками и распределением электронных состояний внутри запрещенной зоны. Некоторую информацию в этом плане дает оптическая спектроскопия в области несобственного поглощения. Однако с помощью существующих оптических методов затруднительно измерить поглощение при значениях коэффициента поглощения a < 10 см ^-1. Поэтому необходимы более совершенные методы измерения.

Волноводные методы являются прямыми неразрушающими методами диагностики тонких пленок. В [1] предложен метод анализа распределения интенсивности отраженного светового пучка в схеме призменного возбуждения планарного оптического волновода, который позволяет восстановить комплексные постоянные распространения волноводных мод и на этой основе определять параметры пленки. Однако соответствующие алгоритмы были получены для модели монохроматического возбуждающего пучка, которая не всегда адекватна реальной физической ситуации. В частности, эксперименты показывают, что при использовании возбуждающего пучка, сформированного монохроматором, такая модель может приводить к существенным погрешностям при измерении спектров поглощения волноводных пленок [2]. В связи с этим данная работа посвящена вопросам обработки распределения интенсивности отраженного пучка в случае призменного возбуждения волноводной моды тонкопленочной структуры частично когерентным светом.

Приведены результаты выполненных волноводным методом измерений спектрально-оптических параметров тонких пленок в области несобственного поглощения, при этом в пленках толщиной менее 1 мкм регистрировался коэффициент поглощения ~ 1 см ^-1. Измерения были выполнены для тонких полимерных пленок легированных красителем Метиловый красный, и пленок ZnO полученных высокочастотным распылением керамической мишени на подложку из кварцевого стекла при T = 300^oК. Погрешность определения a(l) не превышала 0,03.

[1]. А.Б. Сотский, А.А. Романенко, А.В. Хомченко и др. // Радиотехника и электрон. 44(5), сс. 1-9 (1999).

[2]. А.В. Хомченко. // Письма в ЖТФ, 27(7), сс. 17-25 (2001).

Программируемая пористость в вакуумных конденсатах

никеля

Шулаев В.М.

Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» НАНУ, Харьков, Украина

Микро- и нанопоры оказывают значительное влияние на физические и химические свойства пленочных материалов [1]. Однако на сегодняшний день процессы формирования пористых систем в пленочных материалах относятся к категории плохо управляемых [2].

Цель данной работы – описание нового программируемого способа получения нанопористых пленочных материалов. В таких материалах система нанопор распределена внутри металлических зерен [2]. Программируемый способ получения нанопористых пленочных материалов основан на технологии электронно-лучевого испарения и последующей конденсации парового потока. Нанопористый конденсат получается при совместном соосаждении на подогретую подложку двух веществ, которые в конденсированном состоянии имеют между собой слабое межфазное взаимодействие. Суть метода состоит в том, что вакуумным конденсатом становится один из компонентов паровой фазы, а второй компонент в процессе конденсации удаляется. Поэтому данный технологический способ получил название метода «удаляемой второй фазы» [3,4]. Базируется данный метод на использовании ранее обнаруженного эффекта – «конденсационного затенения» [5]. Атомы или молекулы удаляемого компонента в процессе конденсации адсорбируются фронтом осаждения базового компонента. Так как межфазное взаимодействие между соосаждаемыми веществами в конденсированном состоянии слабое, то атомы и молекулы удаляемого компонента имеют малую величину теплоты адсорбции. Она близка по значению к величине теплоты физической адсорбции. Как следствие атомы и молекулы с такой теплотой адсорбции будут иметь малые времена пребывания в адсорбированном состоянии на растущей поверхности базового компонента. При этом будет выполняться основной критерий реиспарения (десорбции). По нему время пребывания атомов или молекул удаляемого вещества в адсорбированном состоянии должно быть меньше среднего времени заполнения одного монослоя вакуумного конденсата базового компонента. В этом случае атомы или молекулы удаляемого вещества за время пребывания в адсорбированном состоянии выступают в роли «центров затенения» для атомов основного компонента, образующего вакуумный конденсат.

Экспериментальная проверка способа программированного получения нанопористых конденсатов проведена на системе Ni-SiO. Никель – базовый компонент, который образовывал вакуумных конденсат. Оксид кремния – удаляемое вещество. Объектами исследований служили образцы вакуумных конденсатов никеля толщиной 20 мкм. Микроструктура, пористость, элементный состав, плотность, степень шероховатости изучались по раннее описанным методикам [5].

Двухкомпонтеную паровую фазу получали раздельным испарением из двух автономных источников. Скорость испарения никеля составляла 8…10 нм.с^-1. Доля монооксида кремния в паровой фазе составляла от 0,01 до 0,3 по отношению к основному металлу. Температура подложки в экспериментах составляла 200…400°С.. Введение в паровой поток атомов никеля паров монооксида кремния приводило к формированию вакуумного конденсата никеля, у которого внутри кристаллических зерен образовывалась полидисперсная система нанопор. Средний размер нанопор не превышал 15 нм. Степень полидисперсности и объемное содержание нанопор коррелировало с концентрацией легирующей добавки в паровой фазе. Анализ элементного состава и определение общей концентрации примесей в вакуумных конденсатах никеля показали то, что практически весь паровой поток монооксида кремния, поступавший на поверхность роста реиспарялся обратно в паровую фазу. Поэтому молекулы монооксида кремния, сталкивающиеся с поверхностью роста, являлись причиной генерации избыточных вакансий (вакансионных комплексов) на поверхности роста. Избыточные вакансии в течение конденсационного периода по диффузионно-вакансионному механизму коагулировали в нанопоры. Таким образом, основной причиной зарождения и последующего роста нанопор являлся эффект «конденсационного затенения» в процессе роста вакуумного конденсата никеля [5].

[1]. Л.С. Палатник, П.Г. Черемской, М.Я. Фукс. Поры в пленках. Энергоиздат, М. 216 с. (1982).

[2]. П.Г. Черемской, А.Т. Пугачев, В.М. Шулаев и др. Внутризеренное порообразование в конденсированных нанокристаллических системах // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов, Харьков, ч. 2, с. 247-260 (2004).

[3]. Б.А. Мовчан. Неорганические материалы, осаждаемые из паровой фазы в вакууме / Современные материаловедение XXI век. Наукова Думка, Киев, сс. 318 (1998).

[4]. Б.А. Мовчан, К.Ю. Яковчук/ Новый подход к получению микропористых материалов и покрытий электроннолучевым испарением неорганических веществ // Проблемы специальной электрометаллургии, 2, сс. 11-14 (2001).

[5]. В.М. Шулаев, В.С. Коган и др. Конденсационно-стимулированное порообразование в вакуумных конденсатах, осаждаемых из двухкомпонентных паровых фаз / Тонкие пленки в оптике и электронике, cc. 19-25 (2003).

Концентраційні залежності оптичних і електрофізичних властивостей модифікованих структур типу <Ge₄₀S(Se)₆₀:X> (X-Te,Bi,Pb)

Н.В. Юркович , Г.Т. Горват, І.Й. Росола, В.М. Черешня, І.М. Миголинець, В.Ю. Лоя¹ А.А. Мосьпак

Ужгородський національний університет, Ужгород, Україна

¹Інститут електронної фізики НАН України, Ужгород, Україна

Одержання плівок проводилось методом дискретного термічного напилення у вакуумі. Дослідження спектрів пропускання проводилися на однопроменевому спектрофотометрі СФ-46.

Досліджено дисперсію показника заломлення неоднорідних модифікованих структур Ge₄₀S₆₀+Х. Експериментальні результати дисперсії показника заломлення описано за допомогою моделі Зельмаєра та визначено параметри цієї моделі, які використовувалися для оцінки степені іонності досліджуваних плівок згідно формули Таббса .

Встановлено, що із збільшенням концентрації модифікатора дисперсійна енергія E_d та енергія електронного осцилятора E₀ зменшуються, а степінь іонності f_i зв’язків збільшується. Так, дисперсійна енергія змінюється від 13,61 (для Ge₄₀S₆₀) до 7,59 еВ (для Ge₄₀S₆₀+Te(15 ат.%)). Для

Склад	Концентрація, ат.%	n ()	Ed, еB	E0, еB	fi, %
Ge40S60	-	2,435	13,61	3,15	48,1
Ge40S60+Te	10	2,307	7,02	1,81	50,8
Ge40S60+Te	15	2,260	7,59	2,24	54,3

вказаних складів енергія електронного осцилятора змінюється від 3,15 до 2,24 еВ відповідно. Із збільшенням концентрації модифікатора степінь іонності зв’язків збільшується.

Досліджено вольт-амперні характеристики неоднорідних плівок на основі склоподібних Ge₄₀S(Se)₆₀ з різними модифікаторами (Te, Bi, Pb). Вольт-амперні характеристики знімались у неперервному режимі вимірювання із записом на двокоординатному самописці.

Виявлено, що для структур <Ge₄₀S₆₀+Х)> в залежностi від величини прикладеної напруги відбувається зміна механізму (від шотківського до френкелівського) переносу носіїв заряду.

Вимірювання перехідних контактних опорів і їх вольтамперних характеристик на тонких плівках

С.І. Ющук, С.О. Юр’єв, І.Є. Лопатинський

Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, Україна

Розглядається метод вимірювання контактних опорів та їх вольт-амперних характеристик, утворених плівковими структурами метал-метал.

Метод вимірювання ґрунтується на послідовному вимірюванні спаду напруги між трьома металевими контактними смужками, які знаходяться в електричному контакті із струмопровідною тонкою плівкою, і був застосований для визначення контактного опору між тонкою плівкою із алюмінію товщиною ~ 1400 Å і контактними смужками з міді товщиною ~ 2500 Å.

Плівкові структури отримували термічним розпиленням у вакуумі 1·10^-5 мм.рт.ст. алюмінію і міді на ситалові підкладки. До кожної контактної смужки приварювали здвоєну дротину діаметром 0,03 мм із золота, один кінець якої слугував струмовим провідником, а другий - для вимірювання напруги. Виміряні значення питомого перехідного контактного опору між мідною і алюмінієвою плівками лежали в інтервалі 9,8·10^-4...7,7·10^-3 Ом·см². Для перевірки омічності контактів вимірювання проводили при двох протилежних напрямках сили струму I = 2 мА. Виявлено, що всі контакти є омічними.

Для визначення частки внеску у вимірюваний перехідний контактний опір опору між золотою дротиною і мідною плівкою на ту ж саму підкладку одночасно з контактними смужками напилювали ділянки з міді, до яких також приварювали золоту дротину. Опір переходу дротина -плівка вимірювали мостовим методом. Встановлено, що питомий контактний опір переходу дорівнює близько 1,2·10^-6 ом·см², що становить 10...15 % від загальної величини вимірюваних перехідних контактних опорів структури плівка-плівка.

При оцінюванні похибки вимірювання було розглянуто внесок в її значення шунтуючого впливу вимірюваної контактної смужки на ділянку алюмінієвої плівки, що перебуває під нею. Величина цієї похибки залежить від співвідношення між розміром контактної смужки (а), тобто її протяжністю вздовж алюмінієвої плівки і віддаллю (в) між контактними смужками. Якщо а/в = 0,11 то похибка вимірювання контактного опору, яка зумовлена шунтуючою дією контактної смужки, становить 0,9 %, а для а/в = 0,25 вона зростає до 1,6 %.

Зміна кристалічної структури монокристалів ГГГ, імплантованих іонами Не⁺ та В⁺

І.П. Яремій, В.І. Кравець, В.В. Каспрук

Прикарпатський національний університет іцмені Василя Стефаника,

Івано-Франківськ, Україна

З метою пошуку можливості ціленапрямленої модифікації фізико-хімічних властивостей приповерхневих шарів ферит-гранатових плівок проводилися дослідження впливу імплантації іонів гелію та бору на їх кристалічну мікроструктуру.

В якості модельних зразків були вибрані монокристали гадоліній-галієвого гранату Gd₃Ga₅O₁₂ (ГГГ), вирощені методом Чохральського з площиною зрізу (111). Вибір у якості матриці монокристалів ГГГ був зроблений з метою усунення впливу підкладки на процес модифікації приповерхневого шару шляхом іонної імплантації. Крім того, на кривих дифракційного відбивання від монокристалів ГГГ відсутній головний брегівський пік підкладки, який може попадати в область додаткової осциляційної структури і приводити до часткової втрати інформації.

Монокристали ГГГ імплантувалися іонами Не⁺ (Е = 100 кеВ, D = 1·10¹⁵-1·10¹⁶ см^-2) та іонами В⁺ (E = 80 кеВ, D = 1·10¹⁴-1·10¹⁶ см^-2). Рентгеноструктурні дослідження проводилися методом двокристальної рентгенівської спектрометрії на установці ДРОН-2.0.

У загальному випадку дифракція рентгенівських променів на дефектних монокристалах крім когерентного випромінювання супроводжується дифузним розсіюванням, що призводить до зростання загальної інтенсивності дифрагованої хвилі. Згідно статистичної динамічної теорії розсіяння рентгенівських променів, часткова аморфізація приводить до піднімання лінії фону додаткової осциляційної структури. Типові криві дифракційного відбивання для зразків, імплантованих іонами Не⁺, В⁺ та F⁺ представлені на рисунку. Для зразків імплантованих іонами B⁺ та F⁺ вказане підняття фону не спостерігалося, тому при розрахунку профілів деформації вважалося, що статичний фактор Дебая-Валлера рівний нулю. На відміну від опромінення B⁺ та F⁺, піднімання лінії фону додаткової осциляційної структури спостерігалося в зразках, імплантованих іонами Не⁺, що пояснюється особливостями радіаційного дефектоутворення при імплантації легкими іонами: маса та енергія імплантанта визначатиме відстань між кластерами, сформованими при вторинних каскадах атом-атомних зіткнень.

Interdiffusion in II-VI nonhomogeneous thin films growing on binary substrates under time variable boundary conditions

S.V. Kletsky, Y.S. Yoon

Institute of Semiconductor Physics, Kiev, Ukraine

Inha university, #253, Yonghyun-Dong, Nam-Ku, Korea

Processes of heteroepitaxial growth of multicomponent II-VI thin films are usually carried out at high temperatures and gradients of concentration. The interdiffusion and diffusion of impurities in these solid solutions are very strong (practically as strong as in liquid) and leads to the intensive degradation of initial abrupt profiles of concentration and, as result, to the changes in device characteristics. The main goal of our note is a quantitative description of intermixing of components in the system ”thick substrate – thin nonhomogeneous growing film” in conformity with crystal growth of the semiconductor Cd_1-xMn_xTe/CdTe under variable time conditions typical for main epitaxial methods. The mathematical model of the problem and some particular cases of crystal growth are considered in [1-3]. The model provides the possibility on the one hand of calculating the concentration of the components diffused from a growing film into substrate and in the opposite direction and, on the other hand, of finding out the coefficient of interdiffusion in the system “substrate – growing epitaxial layer”. Some special cases of interdiffusion problem are discussed: graded band gap structures, triangular CdMnTe well growing between CdTe layers, thermal degradation in growing II-VI superlattices and others.

Thus, using the given approach, it is possible a) to estimate analytically the intensity of interdiffusion in the system ”substrate – growing epitaxial film” b) to determine the interdiffusion coefficient as a function of a total amount of diffused substances, time, rate and temperature of growth in the cases when traditional Boltzmann-Matano procedure is not applicable c) to find out the temperature limit of crystal growth below which the interdiffusion process is practically negligible.

[1]. Y.S. Yoon, S.V. Kletsky. Interdiffusion in the system “substrate-growing epitaxial layer” // Japan. J. Appl. Phys. 42(4A), pp. 1709-1712 (2003).

[2]. Y.S. Yoon, S.V. Kletsky. Interdiffusion in compound thin film growing on binary substrate under time variable boundary conditions // Japan. J. Appl. Phys. 43(11A), pp. 7386-7389 (2004).

[3]. С.В. Клецкий. Взаимодиффузия компонент при эпитаксиальном выращивании многокомпонентных тонких пленок // Металлофиз. новейшие технол., (в печати).

Investigation of postgrowth thermal annealing processes of the CdTe thin films and their properties

B. Kotlyarchuk¹, V. Savchuk¹, A. Zaginey¹, M. Oszwaldowski², J. Rzeszutek²

¹ Ya. Pidstryhach Institute for Applied Problems of Mechanics and Mathematics, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, Ukraine

²Poznań University of Technology, Poznan, Poland

The large band gap, good mobility and lifetime of carriers, high absorption coefficient and good stability at normal atmospheric conditions give the CdTe compound, especially in the kind of thin films, a great potential for application in X-ray and gamma-ray detecting technologies. In this paper we report the influence of postgrowth thermal annealing in various atmospheres on the optical, electrical and photoelectric properties of CdTe thin films prepared by the Pulsed Laser Deposition method.

CdTe thin films have been deposited on glass, quartz and sapphire substrates at substrate temperatures within the range of 150-350 ⁰C. The specifications of laboratory technological arrangement and relevant parameters of growing process of the II-VI semiconductor thin films have been previously presented and discussed in our early articles [1, 2]. As-deposited CdTe thin films were thermally annealed in the oxygen and mercury atmosphere at different temperatures for different intervals of time at different intervals of pressure. For both type of annealing atmosphere and values of pressures the correlation between the annealing temperature, time of annealing and optical, electrical, photoelectric parameters of annealed CdTe thin films have been established.

The sheet resistance was found greatly affected by the type of annealing atmosphere, as well as annealing temperature. Transmission spectras (in the wavelength range of 350-950 nm) for CdTe films with thickness of 0,2-1 mm that were annealed into oxygen and mercury ambiences under various conditions (annealing temperature, annealing time; annealing pressure) were recorded. We observed strong changes in the transmission spectra of films at given conditions. Investigations of the photoelectric properties of CdTe thin films annealed in he mercury atmosphere were carried out.

[1]. B. Kotlyarchuk, D. Popovych, V. Savitsky, V. Savchuk. Investigation of Vaporization and Condensation Processes of Thin Layers of CdHgTe from Laser Erosion Plasma in Hg Atmosphere // Applied Surface Science, 96-98, pp. 192-194 (1996).

[2]. M. Oszwałdowski, T. Berus, J. Rzeszutek, P. Sydorczuk, J. Polit, E. Sheregii, J. Szade. Pulsed Laser Deposition of II-VI Semiconductor Thin Films and Their Composed Structures // J. Alloys and Compounds, 371(1-2), pp. 164-167 (2004).

Acknowledgements: Dr. V.Savchuk is thankful for partial financial support of these research by the NATO Advanced Fellowships Programme under Grant No.17/B/03/PL and the NATO Reintegration Grant Programme under Grant No. NUKR.RIG 981337.

Valence of rare-earth in MBE grown Eu_1-x Gd_xTe Layers

S. Mickievicius²,B.A. Orlowski², V. Osinniy², P. Dziawa², T. Story²,
W. Drube³

¹ Semiconductor Physics Institute, Vilnius, Lithuania

²Institute of Physics, Polish Academy of SciencesWarsaw, Poland

³Hamburger Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY, Hamburg, Germany

The Europium chalcogenides EuX (X = O, S, Se, Te) crystals belong to the family of ionic Heisenberg magnetic semiconductors, which electrical, magnetic and magneto-optical properties are determined by an interaction of the half-filled 4f-shell electrons with the valence band electrons. The substitution of Gd³⁺ for Eu²⁺ ions introduces conducting electrons in these compounds and qualitatively changes magnetic properties of these semiconductor alloys: in particular the antiferromagnetic order observed in insulating layers of EuTe is replaced by ferromagnetic (RKKY interaction driven) state in n-type Eu_xGd_1-xTe.

The high-energy photoemission spectroscopy (hv = 3000 eV) was used to study the electronic structure and valence of magnetic ions in about one micron thick monocrystalline, ferromagnetic n-type (Eu,Gd)Te layers grown by molecular beam epitaxy on BaF₂ (111) substrate with EuTe buffer layer. The Eu, Te₂ and Gd were evaporated from separate effusion cells. The content of Gd (about 1 % in measured layer) was defined by X-ray fluorescence analysis.

The main core level photoemission spectra of elements as well as valence band spectra were measured before and after sequential Ar ion etching. Surface sputtering by Ar ions removes the oxidized top part of the layer and the Eu²⁺ ions dominate in the spectra. The high sensitivity of the surface stoichiometry on surface treatment (Ar ion sputtering, X-ray irradiation) leads to the transformation of the dominating Eu²⁺ ions to Eu³⁺ at the sample surface. The XPS core level spectra and valence band features of Eu_1-xGd_xTe well correspond to the calculated multiplet structures and DOS of europium monochalcogenides.

Acknowledgement

This work was supported in part within KBN research projects 1P03 B053 26, PBZ-KBN-044/P03B/2001, and 72/E-67/SPB/DESY/P-03/DWM68/2004-2006 and European Commission contract RII-CT-2004-506008 (IA = SFS) as well as European Community program G1MA-CT-2002-4017 (Center of Excellence CEPHEUS).

Iterative Gauss-Newton method for the inverse problem of the Fiber Bragg Gratings

P. Kisała¹, W. Wójcik¹, S. Cięszczyk¹

1Lublin University of Technology, Department of Electronics, Lublin, Poland

The direct problem of obtaining a reflection spectrum from the known grating parameters (grating period, length, index modulation and applied strain profile) is well understood. Several approaches, such as direct numerical integration [1] and matrix method [2], can be used for solving this problem.

In the distributed sensing, we need to study the inverse reconstruction problem of getting the grating parameters, especially applied strain profile, on the basis of well known reflection spectrum. Several methods, such as genetic algorithms [3], neural networks [5], multi-objective evolutionary programming [6], simulated annealing [7], inverse scattering layer-peeling algorithm [8] are used for the reconstruction which is based on the amplitude (some the phase, too) reflection spectrum.

Since our algorithm is fast enough, we use both the amplitude and phase of reflection spectrum in the reconstruction.

Our aim is to solve a system of nonlinear equations

(1)

The data model is as following:

(2)

In our case y₁ is the phase of the refractive index and y₂ is the effective value of the refractive index.

(3)

The goal of our analysis is to find the most featureless state vector x^δ consistent with the data and whatever other deterministic information are available. An estimate x^δ can be found by minimizing the so-called output least squares function [9].

(4)

possibly by an iterative method. The Gauss–Newton method for the minimization of equation (4) leads to the formal iterative solution:

(5)

where F’(x) Î R^{m x n} denotes the Jacobian matrix evaluated at point x.

(6)

and the Jacobian matrix

(7)

In our case the entries of Jacobian was determined either by finite difference approximations

(8)

where derivdelta is the delta of the derivate in each point (it was constans value), for derivdelta sufficiently small. or by user-supplied functions that take in values of x and return values for the entries in the Jacobian.

We use the GNA and the matrix method to obtain the grating parameters from the original spectrum. First we calculate the parameter of the FBG in the unperturbed case (e(z)=0), where e is the applied strain. The parameters include the refraction index modulation phase j and the effective refractive index of grating n_eff. Then we have applied the known strain profile and we have tested the grating spectra. On the basis of this grating spectra we use the GNA algorithm to recover the applied strain profile and the effective refractive index of the grating. The block diagram of the flow chart of GNA is depicted on fig. 1

Fig. 1. The simplified block diagram of GNA algorithm.

Figure 2 presents the results of strain profile and n_eff recovered with half of Gauss-Newton method. The real and recovered spectra are depicted on fig. 3.

Fig. 2. The strain profiles: original (blue, circled line)

and reconstructed by Gauss-Newton method (green line, the upper one)

in this case: original n_eff = 1,4470 and the reconstructed n_eff = 1,4468.

Fig. 3. The FBG sensor spectra: actual (blue line)

and recovered by Gauss-Newton method (green line).

As we can see in the fig. 2 and 3, the high convergence between actual values and recovered have been achieved by using iterative methods. The error of GNA achieves the constant insignificant value after 38-th iteration step (see fig. 4).

Fig. 4. Algorithm error in each iteration step.

In order to compare with odher methods, the results of the least squares and Newton method is presented below in the table 1.

Simulations have showed, that GNA is capable of determination the strain profile along the FBG. The strain recovery accuracy was in the range of a few microstrains. It’s necessary to test GNA in a few different strain profiles. Additional application of the regularization may be the next step in this method of the FBG strain sensors synthesis.

Table 1

Algorithm	Strain profile reconstruction	necessary amount of iteration	time of the algorithm	other comments
the least squares	very good	102	411 sec.	-
Newton	good	75	327 sec.	-
Gauss-Newton	very good	38	96 sec.	neff recovering additionally

It is possible that other methods based on Gauss-Newton method for synthesis of the fiber Bragg grating sensors may be more precise. It should be studied for better, faster and more accurate reconstructing or designing of FBGs.

[1]. Raman Kashyap. Fiber Bragg Gratings. Academic Press.

[2]. A. Othonos, K. Kalli. Fiber Bragg Gratings: Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing. Artech House Press, Boston (1999).

[3]. Hsu-Chih Cheng, Yu-Lung Lo. Arbitrary strain distribution measurement using a genetic algorithm approach and two fiber Bragg grating intensity spectra // Optics Communications, 239, рр. 323-332 (2004).

[4]. L. Poladian. Iterative and Noniterative Design Algorithms for Bragg Gratings // Optical Fiber Technology, 5, рр. 215-222 (1999).

[5]. Cheng-Ling Lee, Yinchieh Lai. Optimal narrowband dispersionless fiber Bragg grating filters with short grating length and smooth dispersion profile // Optics Communications, 235, рр. 99-106 (2004).

[6]. C.Z. Shi, N. Zeng, M. Zhang, Y.B. Liao, S.R. Lai. Adaptive simulated annealing algorithm for the fiber Bragg grating distributed strain sensing. Optics Communications, 226, рр. 167-173 (2003).

[7]. Yeuh OuYang, Yunlong Sheng. Design Fiber Bragg Grating using Iterative Layer-Peeling Algorithm // Optical Society of America (2004).

[9]. A.V. Balakrishnan. Applied Functional Analysis. Springer-Verlag New York Heidelberg Berlin (1981).