Введение к работе
Актуальность
Полупроводниковые соединения AUBVI и твердые растворы на их основе широко используются как материалы для фотоприемньк и излучательных устройств, работающих в видимом и ближнем ИК-диапазоне В большинстве случаев для изготовления таких устройств используются керамические или поликристатлические материалы в составе гомо- или гетероструктур, получаемых прессованием с последующей термообработкой, вакуумными технологиями и газофазной эпитаксией. Одним из недостатков этих методов является высокая стоимость используемого оборудования и трудоемкость технологических процессов.
В связи с этим актуальной научно-технической задачей является создание низкозатратной технологии получения материалов без потери качества (функциональных свойств) Одним из путей ее решения является получение поликристаллических пленок AnBVI высокого качества при помощи альтернативных, более дешевых технологий, таких как метод разбрызгивания суспензии с дополнительной термообработкой, химическое осаждение из растворов, различные методы печати (трафаретная, струйная, тампопечать). Среди этих технологий метод трафаретной печати обладает рядом преимуществ. В частности, он позволяет сочетать локальность нанесения пленок и возможность варьирования их состава на поверхности и по толщине Возможность метода обеспечить получение дешевых поликристаллических пленок практически любой необходимой площади за один цикл делает его потенциально пригодным для производства фотоприемных устройств, а также для разработки новых конструкций преобразователей с применением пленок большой площади на поверхностях различной кривизны.
Однако преимущества этого метода могут быть реализованы только при решении ряда синтетических и технологических проблем, касающихся, в частности, обеспечения чистоты конечного продукта, управляемого формирования пленок требуемого состава и структуры, разработки контролируемого процесса активации фоточувствительности поликристаллических пленок.
В связи с этим целью работы являлась разработка технологических приемов получения фоточувствительных поликристаллических пленок CdSi-xSex методом трафаретной печати для обеспечения характеристик, сопоставимых с характеристиками пленок, изготавливаемых другими методами, либо превосходящих их, при снижении трудоемкости
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Выявление влияния условий приготовления (состав пасты, условия спекания и термической активации фоточувствительности) пленок на их фазовый состав и микроструктуру.
Исследование влияния микроструктуры и состава пленок на их фотоэлектрические и электрофизические свойства.
3. Изготовление макетных образцов фотосопротивлений на основе пленок CdSi. xSex, полученных по усовершенствованной технологии трафаретной печати, и исследование их характеристик. Научная новизна
1. Впервые проведено систематическое исследование влияния процесса подготовки порошков для
паст и режимов термообработки на свойства (состав, микроструктуру и фотоэлектрические па
раметры) пленок CdSj.xSex, полученных методом трафаретной печати.
Показано, что при использовании порошка с дисперсностью частиц менее 3-5 мкм при помощи метода трафаретной печати могут быть получены однофазные пленки CdS!.xSex с хорошо сформированными межзеренными границами за 15-30 мин отжига при 823 К и за 10-15 мин при 873 К.
На основе исследования процессов испарения связующих и растворителей и термического окисления полупроводниковой составляющей паст установлены оптимальные режимы сушки и термической активации фотопроводимости пленок CdSi-xSex
Впервые изучено формирование барьерных слоев на поверхности кристаллитов, образующихся в процессе термической активации пленок при температурах 823-873 К, определен состав и оценена толщина слоев, а также выявлено их влияние на фоточувствительность пленок CdS,.xSex
Определены кинетические параметры спекания пленок при температуре 823 К и продолжительности спекания 5-90 мин.
Практическая значимость
Предложены оптимальные режимы этапов трафаретной печати, которые позволяют получать пленки CdSi.xSex с хорошо сформированными границами зерен высокого структурного качества и обеспечивают формирование поликристатпических пленок CdSi.xSex заданной площади за один цикл. На основе результатов исследования фотоэлектрических свойств пленок CdSi.xSex (г=0; 0,2, 0,8) показана возможность их использования для создания оптоэлектронных устройств с функциональными характеристиками, сопоставимыми с характеристиками устройств, изготовленных на основе керамических структур, либо превышающими их.
В результате комплексных исследований условий получения пленок твердых растворов CdSi.xSex оптимизированы этапы изготовления фоторезисторных структур на их основе, обладающих высоким значением отношения темпового сопротивления к световому RJRC (105- 109) и широкой спектральной чувствительностью (510-830 пм).
Изготовлены макетные образцы фоторезисторов на основе поликристаллических пленок CdS, CdSo,8Seo;j и CdSo,2Seo,8 с использованием усовершенствованной технологии трафаретной печати Данные фоторезисторы могут быть применены для изготовления приемников и датчиков оптического излучения в составе оптико-электронной аппаратуры, систем фотоэлектриче-
ской автоматики и телемеханики, счетно-измерительных приборов, работающих в указанном диапазоне длин волн.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Перекристаллизация (спекание) поликристаллических пленок CdSi-xSex при оптимальном содержании (10 ± 2 мае. %) флюса и температурном режиме способствует улучшению фазового состава конечного материала и структурных характеристик пленок.
2 В процессе активации фоточувствителыюсти пленки на поверхности каждого кристаллита образуется нанослой диэлектрической фазы (CdSCu и/или CdSeCy, приводящий к образованию перехода диэлектрик - полупроводник Состав и толщина этого слоя и содержание посторонних примесей (CdCb, CdSiC>3, CdCCb) определяют величину фотопроводимости и коэффициент оптического поглощения фоточувствительного устройства.
3. Разработаны режимы управляемого формирования контролируемых по электрофизическим параметрам барьеров оксидная фаза - полупроводник за счет оптимизации состава и свойств наносимых паст, режима термической обработки и состава газовой среды, которые позволяют получать пленки CdSi.xSexc высокими параметрами фотопроводимости (Rm/Rc = 10-10 ) методом трафаретной печати
Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы были представлены на Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам "ЛОМО-НОСОВ-2007", Москва, 11-14 апреля 2007 г, 14-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2007», Москва, 18-20 апрель 2007 г.; International Conference «NANOHARD - 2007», Velingrad (Bulgaria), May 13-16, 2007 г.; VII Международной научной конференции "Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии", Кисловодск, 17-22 сентября, 2007 г.; II Молодежной научно-технической конференции "Наукоемкие химические технологии", Москва, 16-18 октября, 2007 г.; Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам "ЛО-МОНОСОВ-2008", Москва, 11-14 апреля, 2008 г.; XIV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии», Томск, 24-28 марта, 2008 г.; IX Ежегодной научной конференции ИТПЭРАН, Москва, ИТПЭРАН, 31 марта-
3 апреля, 2008 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, из них:
4 статьи, в т.ч. 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК, и 6 работ в материалах научно - техни
ческих конференций.
Струкгура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 206 наименований, и приложения. Работа изложена на 196 страницах машинописного текста и включает 97 рисунка, 24 таблицы.
