РОЗДІЛ 2
ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЗРАЗКІВ ТА МЕТОДИКИ ДОСДІДЖЕНЬ
2.1. Основні фізико-хімічні параметри моноселенідів галію та індію
Вся сьогоденна техніка без перебільшення тримається на кристалах (діоди, транзистори, п'єзоелементи, катодні матеріали в джерелах живлення та ін.), кожен з яких володіє особливими властивостями, що і дозволяє використовувати їх для тих чи інших цілей. Властивості кристалів в значній мірі визначаються їх будовою, геометричним розміщенням атомів. Моноселеніди індію та галію відносяться до гексагональної та ромбоедричної сингоній з нетривіальною трансляцією у напрямку, перпендикулярному до площини шарів ?160, 179?. Характерною особливістю шаруватих напівпровідників є наявність сильного ковалентного зв'язку всередині шару та слабких ван-дер-ваальсових зв'язків між шарами. Така будова цих кристалів зумовлює існування цілого ряду модифікацій, які мало різняться між собою енергією утворення. Так, для GaSe відомо чотири (?-, ?-, ?-, ?-) а для InSe - три модифікації ?179?. Основні фізико-хімічні параметри моноселенідів індію ?- та галію ?-модифікації (матеріалів, які використовувалися для виготовлення ГК) приведені в таблиці 2.1.
Анізотропія хімічних зв'язків шаруватих GaSe та InSe обумовлює можливість отримання підкладинок з параметром шорсткості порядку атомного розміру. Саме ця обставина і є однією із причин, що спонукають дослідників до створення та дослідження фоточутливих ГК на основі цих напівпровідників. Крім цього, як вважається, поверхні шаруватих кристалів, отримані шляхом сколу, є інертними до адсорбції сторонніх атомів із атмосфери ?2?.
Однією із багатьох умов, яких необхідно дотримуватися при створенні ГП, є необхідність забезпечення доброї узгодженості постійних граток та коефіцієнтів лінійного розширення, що приводить до зменшення поверхневих станів на гетерограниці. Однак, як свідчатить цілий ряд досліджень, ці питання не є настільки актуальними для шаруватих напівпровідників, як для матеріалів, добре освоєних промисловістю. Так, наприклад, неузгодженість параметрів граток в найбільш дослідженій гетеропарі InSe-GaSe, ?a =2?(a1 - a2)/( a1 +a2)??100? становить ? 7.24?. Разом з тим, уже при невеликих прямих зміщеннях, у такій структурі спостерігається інтенсивна люмінесценція, зумовлена рекомбінацією інжектованих через ГП неосновних носіїв заряду ?19?, що може служити доказом того, що густина станів на межі поділу є незначною. Саме ця обставина і дозволяє пропонувати використання InSe та GaSe у якості буферних шарів для пом'якшення наслідків неузгодженості постійних граток традиційних напівпровідників ?46, 180?.
Таблиця 2.1.
Основні фізико-хімічні параметри GaSe та InSe. Символи ? та ?? означають положення кристалографічної орієнтації напівпровідника - перпендикулярно та паралельно вісі симетрії С, відповідно
Параметр GaSen-InSep-InSe
Постійна кристалічної гратки a, A3.742
? - ?181?4.023
? - ?181?Ширина забороненої зони при 300 К, Eg еВ
2.0 ?182?
1.2 ?182?Температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони, dEg/dT?104, eB?K-1
-3.6 ?181?
-4.2 ?181?Діелектрична проникність (?s/?o)?
(?s/?o)??10.6 ?182?
8.0 ?181?7.0 ?181?
7.6 ?181?Показник заломлення, n (Е ? с) при 300 К3.05 ?182?2.549 ?186?Електронна спорідненість ?, eB3.4 ?2?
3.6 ?183?
3.72 ?32?
3.6 ?30?
Ефективна маса: eлектронів mn/mo
дірок mp/mo0.51 ?181?
0.2(?? C) ?182?
0.8(? C) ?182?
0.57 ?184? 0.14(?? C) ?182?
0.17(? C) ?182?
2.0 ?181?
0.73(?C) ?125?
0.17(?? C) ?125?
0.6 ?31?Рухливість, см2?В-1?с-1:
eлектронів, ?n?
дірок ?p?
10-30 ?181?
600-1000
?39?
10-90 ?39?Коефіцієнт термічного розширення ??C ? 106 , К-1
10.85 ?181?
16.07 ?181?Температура плавлення, К950 ?181?650 ?181?
Проте, як показано в ?185?, нехтуваня реальним станом поверхні шаруватих напівпровідників може призвести до невірної інтерпретації експериментальних результатів.
2.2. Параметри і характеристики вихідних підкладинок
Для створення ГС вихідними підкладинками служили шаруваті сполуки моноселенідів індію та галію, вирощені методом Бріджмена-Стокбаргера. Дані кристали вирощувалися в Чернівецькому відділенні ІПМ НАН України. В ході досліджень використовувалися ромбоедричний ? - політип InSe та гексагональний ? - політип GaSe. Селенід індію вирощувався із нестихіометричного складу. Для створення ГС використовувалися як нелеговані кристали InSe (n-типу провідності), так і леговані Zn і Cd (р-типу провідності). Для створення ГС на основі GaSe використовувалися підкладинки кількох типів: 1. нелеговані, 2. леговані Dy. Питомий опір кристалів, легованих Dy, зменшувався на 2?3 порядки а концентрація основних носіїв збільшувалася на 2 порядки (2?1016 см-3) в порівнянні з нелегованим.
2.3. Методика та технологія виготовлення гетероконтактів на основі InSe та GaSe
Дослідженя, що приводяться в наступних трьох розділах, проводилися на наступних ГК: ITO-р-GaSe, власний окисел-р-InSe, р+-Bi2Te3-p-GaSe, p-GaSe- n-InSe, n-In2Se3 (кристал, плівка)- p-GaSe (InSe), Sn- р-InSe та прополіс-напівпровідник, де в якості контактуючого напівпровідника використовувався р-InSe і n-Si.
В якості онови для створення структур ITO-р-GaSe використовувалися монокристали GaSe:Dy з концентрацією основних носіїв ?1016 см-3 і рухливістю дірок вздовж шарів (перпендикулярно кристалографічній вісі С) ? 30?40 см2В-1с-1 при кімнатній температурі. ГС виготовлялися за допомогою одного із найбільш простих і розповсюджених способів - гідролізу суміші спиртових розчинів InCl3 і SnCl4 на нагрітих до Т=4500С підкладинках GaSe:Dy в повітряній атмосфері ?187, 188?. 0.5 М спиртовий розчин InCl3?3H2O з 3 % ваговою добавкою SnCl4?5H2O розпилювався за допомогою пульверизатора в режимі послідовного багатократного нарощування шарів для запобігання недоокислення плівки. Товщи