Розділ 2
Методика отримання зразків і проведення експериментів
2.1. Вирощування кристалів PbI2
Однією з найважливіших задач при дослідженні напівпровідників є отримання
сировини високого ступеня чистоти та вирощування структурно досконалих
монокристалів. Вихідною сировиною для одержання кристалів PbI2 служать солі
PbI2 марки „ч.д.а.”. Ці солі відповідають державному стандарту ГОСТ 8421-79 і
містять 99,8 ваг. % основної речовини. Домішками в цих солях, які
регламентуються діючим стандартом, є:
нерозчинні у воді речовини (до 0,01%);
вільний йод і йодати (не нормуються);
сульфати (до 0,005%);
метали Fe, Cu, Zn, Na, K, Ca, Mg в кількості 0,01?0,0005 ваг. %.
Контроль цих домішок здійснюється такими методами:
колориметричним (вільний йод і йодати);
візуально-нефелометричним (сульфати, хлориди, броміди);
сульфо-саліциловим (залізо);
методом атомно-абсорбційної спектроскопії (цинк);
методом атомно-емісійної спектроскопії (магній, мідь, натрій, калій, кальцій).
Для очистки PbI2 від домішок металів (Cu, Ni, Mg, Fe, Zn) у роботі було
розроблено комплекс фізико-хімічних методів, що складається з трьох етапів.
Перший етап – попередня очистка – включав вакуумну фільтрацію водного розчину
солі з наступними чотириразовими осадженням і перекристалізацією. На першому
етапі відбувалася очистка солі від механічних забруднень, а також, частково,
від інших розчинних солей, які залишаються в залишках розчину після
кристалізації.
Другий етап (проміжний) включав обезводнення солі та видалення органічних
домішок. Він складався з вакуумного осушування і гарячої фільтрації розплаву
через кварцову вату в двосекційній кварцовій ампулі. Верхня частина ампули
наповнювалась очищуваною сировиною, нижня – служила приймачем очищеної солі.
Між секціями ампули розміщувався фільтр із кварцової вати. Ампула з кварцовим
фільтром та сіллю у верхній секції приєднувалася до вакуумної системи і
поміщалась у вертикальну трубчату електропіч. Для видалення води сіль повільно
нагрівалася до 300°С і витримувалася при цій температурі протягом 3-х годин.
Потім температура підвищувалася до 420°С і протягом 30 хв. здійснювалася
фільтрація розплаву через кварцову вату в нижню частину ампули. Нагрівання до
температури плавлення відбувалося рівномірно зі швидкістю 60?80 град/год. Після
повільного охолодження ампули з сіллю до кімнатної температури, нижня частина
ампули відпаювалася. Приготована таким чином ампула з сіллю використовувалась
як заготовка для третього етапу – зонної плавки.
Зонна плавка проводилась у вертикальній тризонній печі з повітряним
охолодженням між зонами. Очищуваний зливок мав довжину 250 мм і діаметр 10 мм.
Ширина розплавленої зони складала 10?15 мм. Швидкість проходження зонної плавки
складала 35 мм/год. Після перших проходів зливок мав мутне сірувате
забарвлення, і тільки після 12?15 проходів ставав прозорим. При подальшому
збільшенні числа проходів прозора частина розширювалась і домішки відтіснялись
у кінець зливка. Після 40?45 проходів зони наступав рівноважний стан, при якому
подальша очистка ставала малоефективною. При цьому очищена і середня частини
зливка мали рівномірне жовте забарвлення.
Вирощування монокристалів з очищеної сировини проводилося методом
Бріджмена-Стокбаргера у вакуумованих до 10-4 Торр. кварцових ампулах [[cxxvii],
[cxxviii]]. Активування кристалів проводилося шляхом введення в шихту
активатора у вигляді солі. Ампула для вирощування поміщалась у верхню частину
вертикальної двосекційної печі, температура якої підтримувалася на 40-60°С
вищою від температури плавлення PbI2 у верхній секції, а температура в нижній
секції печі – на 30?50°С нижчою від температури кристалізації PbI2.
Температурний градієнт печі у зоні кристалізації складав 30 град./см.
Температура в зоні кристалізації підтримувалася з точністю до 0,5 градуса, а
швидкість вирощування складала 1,5 мм/год.
Вирощений в ампулі кристал піддавався відпалу протягом 10 годин при
температурі, на 50°С меншій від температури кристалізації, з подальшим
охолодженням до кімнатної температури зі швидкістю 15 град./год.
2.2. Методи напилення тонких плівок
Для нанесення тонких плівок методом іонно-плазмового високочастотного (ІПВЧ)
напилення в магнетронній системі використовувалась установка, блок-схема якої
зображена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Блок-схема установки ВЧ-магнетронного напилення плівок
Конструктивно вона складалася з розпилювальної камери, високочастотного
генератора ВЧД?2.5, вакуумної відкачної системи, системи напуску робочого газу
та вимірювання тиску в камері, системи вимірювання та стабілізації температури
підкладок та допоміжних пристроїв.
Розпилювальна камера мала вигляд циліндра діаметром 0,22 м та висотою 0,18 м, у
нижній частині якого були розташовані ВЧ?електрод, захисний електрод, мідний
диск. З метою запобігання виникнення розряду між стінками камери та
ВЧ?електродом, а також для вакуумного ущільнення були встановлені фторопластові
ізолятори. З такою ж метою застосовувався і захисний електрод. Вибрана відстань
l=3 мм між захисним та ВЧ?електродом виключає розгоряння паразитного іскрового
розряду між двома періодами імпульсів частотою f=13,56 МГц. Охолодження
ВЧ?електрода і мішені забезпечувалося трансформаторним маслом за допомогою
термостата ІТЖ?0?03ХП.
У верхній частині вакуумної камери розташований заземлюючий електрод,
виготовлений із немагнітної нержавіючої сталі. Він служить як для кріплення,
так і для зміни температури підкладки. Для нагрівання підкладок призначена
система нагрівання та стабілізації температури. Нагрівник забезпечував
нагрівання підкладок до температури 900 К
- Киев+380960830922