РОЗДІЛ 2
ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ ВИРОЩУВАННЯ НА ПРОЦЕСИ ДЕФЕКТОУТВОРЕННЯ І
ВЛАСТИВОСТІ ТОНКИХ ПЛІВОК AIVBVI
Пояснення впливу технологічних факторів на електрофізичні властивості плівок
ХС, вирощених з парової фази методом гарячої стінки, виявляється можливим на
основі більш загальної моделі розупорядкування металічної підгратки за
механізмом Френкеля з одночасним утворенням різних зарядових станів точкових
дефектів – від електронейтральних до двократно заряджених вакансій і
міжвузловинних атомів [201, 202]. Питання про переважаючі дефекти розв'язується
при знаходженні концентрацій розглянутих дефектів в методі квазіхімічних
реакцій [203-217] в залежності від повноти врахування процесів взаємодій в
електронній і дефектній підсистемах і значень відповідних констант рівноваги
реакцій, визначених незалежно. Перевіркою результатів розрахунку моделі є
співставлення отриманих теоретичних залежностей концентрацій носіїв струму від
технологічних факторів вирощування плівок з експериментальними залежностями,
які можна знайти, напр., за допомогою вимірювання ефекту Холла. Важливо, що
запропоновані моделі дозволяють також врахувати внутрішні напруження в плівці і
тип підкладок, як це виявилось необхідним для кількісного узгодження з дослідом
[218] для плівок PbTe, а також оптимізувати технологічні фактори вирощування
кристалів і плівок із максимальними значеннями термоелектричних параметрів
[219-224]. Результати чисельних розрахунків моделі, в основному, узгоджуються з
одержаними експериментально для плівок PbSe і PbS. Проведено також
експериментальне дослідження утворення металічної фази при синтезі плівок ХС в
методі гарячої стінки і отримано перше квазіхімічне пояснення механізму цього
явища на основі відомих констант рівноваги [225, 226].
2.1. Процеси дефектоутворення в плівках халькогенідів свинцю при парофазній
епітаксії з врахуванням складного спектра зарядових станів дефектів
Розглянемо кристалохімічну модель, яка враховує можливість термодинамічного
процесу з утворенням різних зарядових станів власних точкових дефектів у
катіонній підгратці плівок PbX (де X=Тe, Sе, S): міжвузловинних атомів і
вакансій свинцю (, , , , , ). Припустимо, що склад зразків у зоні випаровування
відповідає мінімуму загального тиску. Тоді при одержанні плівок PbX з парової
фази в технології гарячої стінки рівновагу систем „наважка-пара” і
„пара-конденсат” можна описати згідно методу Крегера [202] системою
квазіхімічних реакцій:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
Тут n – концентрація електронів, p – концентрація дірок, квадратними дужками
[…] позначено концентрацію дефектів, індекс „s”' відноситься до твердої фази,
„v” – до парової. і – парціальні тиски парів свинцю і халькогену відповідно, –
електрони, – дірки, К – константи рівноваги. Рівняння (2.1) визначає рівновагу
системи „наважка-пара” при розкладі твердого PbX у випарнику при температурі
випаровування . Реакції (2.2)-(2.5) характеризують рівновагу „пара-конденсат”,
відповідальну за утворення власних атомних дефектів при температурі осадження
(підкладок) . Прояви власної провідності і різних процесів іонізації та
рекомбінації дефектів описуються рівняннями:
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)
(2.10)
(2.11)
(2.12)
Загальна умова електронейтральності має вигляд:
(2.13)
З (2.1)-(2.13) одержимо рівняння для визначення концентрації носіїв (n) через
константи рівноваги квазіхімічних реакцій K і парціальний тиск пари халькогену
:
(2.14)
де
(2.15)
Експериментально визначена з ефекту Холла концентрація носіїв струму
(2.16)
Рівноважні концентрації заряджених і електронейтральних дефектів дорівнюють:
(2.17)
2.2. Вплив умов вирощування з парової фази методом гарячої стінки на дефектну
підсистему і електричні властивості плівок халькогенідів свинцю
Отримані в розд. 2.1 загальні формули (2.14), (2.15) і (2.17) дають можливість
в принципі розрахувати концентрації носіїв струму і дефектів в залежності від
технологічних факторів (парціального тиску пари халькогену в зоні осадження і
температурних умов), якщо тільки відомі константи рівноваги K врахованих в
моделі квазіхімічних реакцій для різних плівок PbX, де X = Te, Se і S. Нижче
використовуються константи , визначені для відповідних кристалів PbX.
Порівняння теоретичних результатів з експериментом дає можливість уточнення цих
констант для плівок. Далі окремо розглянемо випадки плівок PbTe, PbSe і PbS.
Для плівок PbTe досліджено вплив внутрішніх механічних напружень плівки для
різного типу пікладок.
2.2.1. Внутрішні напруження і дефекти у плівках телуриду свинцю
Фізичні властивості плівок PbTe сильно залежать від типу підкладок, які
використовуються при вирощуванні плівок. Це підтверджується і при дослідженні
холлівської концентрації носіїв для плівок PbTe, вирощених з парової фази
методом „гарячої стінки” на підкладках NaCl і BaF2 [218]. Зауважимо, що на
теперішній час не існує пояснень встановлених суттєвих відмінностей у значеннях
рівноважної концентрації носіїв струму плівок, отриманих на різних підкладках
при однакових інших умовах, а також постійності цієї величини в досить широкому
інтервалі парціальних тисків пари телуру. Кількісно не пояснено також
спостережувальну зміну типу провідності (з n- на p-тип) і подальший ріст
концентрації дірок із збільшенням номінального тиску пари телуру при фіксованій
температурі підкладки .
Відзначені особливості можна пояснити впливом внутрішніх механічних напружень,
які виникають в процесі вирощування плівок на різних підкладках. Кількість
інформації про вплив підкладки на деформаційні ефекти у плівках AIVBVI є
невеликою. Та
- Київ+380960830922