Ви є тут

Механізми дефектоутворення і термодинамічний n-p-перехід у бездомішковому та легованому кадмій телуриді при двотемпературному відпалі

Автор: 
Писклинець Уляна Михайлівна
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
0405U004334
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
ТЕХНОЛОГІЯ СИНТЕЗУ, ВИРОЩУВАННЯ ТА ВІДПАЛУ МОНОКРИСТАЛІВ CdTe ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ЇХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
Наведено детальний опис процесів синтезу сполуки CdTe та її легування, вирощування монокристалів і способи відпалу у парах компонентів. Звернуто увагу на контроль хімічного і фазового складу, дослідження спектрів фотолюмінесценції, електронно-парамагнітного резонансу та вимірювання електричних параметрів.

2.1. Технологія синтезу зразків
Кадмій телурид відноситься до сполук, напівпровідникові властивості яких дуже чутливі до відхилення від стехіометрії і до неконтрольованих домішок навіть у незначних кількостях, тому необхідно як на етапі вибору матеріалу, так і проведенні технологічних процесів це враховувати.
Вихідними компонентами для синтезу CdTe використовували кадмій марки КД-0000 та телур - ТВ-4. Додатково проводили очистку матеріалів методом зонної плавки.
Синтез сполуки проводили у кварцових ампулах. При цьому особлива увага приділялася чистоті контейнерів, внаслідок можливого забруднення матеріалу із стінок ампул. Тому їх промивали гарячим розчином лугу, деіонізованою водою і 1-2 години піддавалися дії HNO3:HCl (1:3) та повторно промивалися деіонізованою водою. Для уникнення взаємодії кадмій телуриду з кварцом ампулу графітизували шляхом піролізу ацетону при температурі 1073 К та прожарювали при 1373 К в атмосфері аргону.
Синтез і гомогенізацію матеріалу проводили в два етапи. Сплавляння компонентів проводили спочатку у горизонтальній печі. Ампулу поступово нагрівали до температури 673-773 К, витримували дві години для гомогенізації суміші, потім температуру підвищували до 1073 К і витримували ще 4-6 годин. При одержанні телуридів необхідно забезпечити правильний температурний режим синтезу, щоб уникнути вибухів, оскільки при нагріванні компонентів вище температури плавлення більшість ампул вибухає. Наприкінці синтезу ампулу ще близько години витримували вище температури плавлення ? 1393 К. Потім матеріал разом з пічкою дуже повільно переводили у вертикальне положення і охолоджували. В результаті синтезу одержували полікристали.

2.2. Методика вирощування монокристалів кадмій телуриду
Синтезований матеріал поміщали у вертикальну піч Бріджмена, нагрівали вище температури плавлення CdTе і після витримки розплаву при 1393 К протягом 24 годин здійснювали направлену кристалізацію (рис. 2.1). Процес вирощування тривав 4-5 діб.

Рис. 2.1. Схематичне зображення конструкції печі для вирощування кристалів методом Бріджмена і її температурний профіль: 1 - кожух; 2 - азбестова теплоізоляція; 3 - екран; 4 - нагрівник; 5 - заглушки; 6 - керамічна трубка; 7 - ампула; 8 - механізм переміщення.

Легування здійснювали двояко: під час вирощування монокристалів та шляхом насичення через парову фазу готових зразків (високотемпературні відпали в атмосфері пари домішки).
Особлива увага приділялася підготовці зразків для проведення експериментів, пов'язаних із структурно-чутливими властивостями. Вирощені монокристали різали на шайби товщиною 2-3 мм струнною різкою, з яких виготовляли прямокутні зразки для високо- і низькотемпературних вимірювань. Оскільки товщина порушеного шару залежить від методів різки і може сягати кількох сотень мікрон, то після різки, зразки ручним способом полірували послідовно абразивами М-20, М-5 і алмазною пастою М-3. Промиті органічними розчинниками (бензол, етиловий спирт), зразки протравлювали у хімічному травнику складу K2Cr2O7: HNO3: H2O = 4 г:10 мл:25 мл. Для зняття адсорбованого хрому із зразків останні додатково протравлювали у травнику HNO3:HCl = 1:1 з наступною промивкою.
Зразки вирізали із внутрішньої частини пластинок, що не містять границь зерен і двійникових площин, на яких можуть знаходитися включення другої фази.

2.3. Методи контролю відхилення від стехіометрії
Кадмій телурид є нестехіометричною сполукою. При надлишку атомів кадмію чи телуру електрофізичні властивості матеріалу визначаються власними дефектами в обох підгратках. Вакансії аніонів і катіонні атоми у міжвузлях створюють у забороненій зоні донорні рівні, а катіонні вакансії і аніонні атоми у міжвузлях - акцепторні рівні.
Концентрація власних носіїв в CdTе змінюється в межах 2,0·105-1,5·1014 см-3 в температурному діапазоні 300-700 К. Це свідчить про те, щo в області кімнатних температур і вищих, основну роль в кінетичних характеристиках відіграватимуть носії, поява яких зумовлена домішками, власними дефектами та їх можливими комплексами.
2.3.1. Ізотермічний відпал
Згідно методики ізотермічного відпалу (рис. 2.2.) монокристалічні зразки

Рис. 2.2. Схема ізотермічного відпалу кристалів: 1 - кристали CdTe; 2 - шихта Cd (Te).
CdTe з довільною початковою концентрацією носіїв струму приводять в рівновагу з шихтою, яка лежить по складу за межами області гомогенності зі сторони металу чи телуру. Оскільки при відпалі температура стала, то система в цілому термодинамічно визначена і склад кристалу зафіксований. Після цього кристал відпалюється досить довго, щоб привести його у рівновагу з парою.
Ізотермічний відпал ефективний тільки для випадків коли лінії солідусу достатньо близько підходять до стехіометричного складу при температурі, значно меншій від критичної точки плавлення, але ще достатньо високій для зрівноваження з фазою пари на впродовж певного (не дуже тривалого) проміжку часу.
2.3.2. Двотемпературний відпал
Техніка проведення двотемпературного відпалу схематично зображена на рис. 2.3. Кристали CdTe поміщають в ізотермічно гарячу температурну зону, а метал Cd або халькоген Te - в ізотермічно холодну. При зміні температури холодної зони і відповідно тиску пари Cd або Te (температура кристалів залишається постійною) склад кристалів можна варіювати в межах поля солідусу.
Метод двотемпературного відпалу являє собою практичний інтерес для регулювання складу розплавів. При фіксуванні температури відпалу і парціального тиску пари одного із компонентів, а так