Введение к работе
Актуальность теш. Тонкие пленки составляют в настоящее время основу большинства кикроэлектронных и оптоэлектронных приборов и является объектом фундаментальных исследований в области физики кондесированных сред. Прогресс микроэлектроники, интегральной оптики, сверхпрозодниковой техники и многих новейших направлений науки и техника требуют оперевавдего развития исследований в области разработки новых технологических процессов синтеза и роста субмикронных монокристаллических пленок. Селективный рост пленок (молекулярное насливание, атомно-слоевая эпитаксия, ионно-слоевая эпитаксия) является одним из перспективных технологией выращивания тонких пленок и ультрадисперсных частиц.
Несмотря на разнообразие технологии селективного роста пленок, общей и необходимой для. всех этих процессов стадией является хемо-сорбция на поверхности конденсированной фазы. Поэтому обобщающим названием следует считать термин "послойная хемошрбция", который преимущественно нспользуегся з данной работе. Послойная хемзсорбция является принципиально новым и практически мало изученным механизмом кристаллизации не требувдим пересыщения кристаллизационной среды веществом растущего кристалла.
Доказано, что рост эпитаксиальных монокристаллических пленок по механизму послойной хемосорбцки возмокен в условиях очень низких температур (вплоть до^'урсзня комнатной температуры). Одним из главных преимушста метода является возмогность получения субмикрсквых пленок»' состояіцих кз любого» наперед заданного тлела мономолекулярних слоев, ' иеыш словами, возможность управления процессом формирования .кристаллической структуры .на
молекулярном уровне.
Вследствие новизны самого механизма кристаллизации и разнообразия возможных вариантов реализации метода, несомненно, потребуется выполнить очень большой обьем исследований как непосредственно по механизму адсорбции и формирования кристаллической1 структуры, а такке по выяснению особенностей технологических^процессов в различных кристаллизационных средаг.. Кроме этого требуются определения области применения полученных пленочных структур и условий, при которых свойства пленок будут удовлетворять определенным требованиям.
Целью данной работы явилось исследование физических процессов при выращиваний субмикронных полупроводниковых структур ж механизм}' послойной хемосорбции потенциал-определящих ионов из растворов электролитов. В качестве объектов исследования были выбраны халькогекидные полупроводники CdS, cd^ZirS субмикронные структуры которых могуг зшъ сравнительно ясное представление об особенностях кристаллиз?ции в условиях низкотеїшературной послойной ::емосорбшш и в перспективе представляют существенный интерес для .применения в устройствах оптоэлектровики и интегральной оптики.
Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты, полученные впервые в данной работе:
1.Установлено, что движущей силой процесса кристаллизации при послойном росте является разность химических потенциалов анионов (катионов)"находящихся в кристаллизационной среде и пленке.
2.Предложена термодинамическая модель роста кристаллической фазы по механизму послойной хемосорбции. В отличии от ранее
_ 5 -
устоязщяхся 'представления показано, что фазовый состав и стехиометрия пленок, полученных по механизму послойной хемосорбции зависят от концентрации растворов электролитов.
3.Показано, что смещение края фундаментаьного поглощения микрокристаллитов сульфида кадмия, сформированных в объеме полимерной матрицы, в область коротких волн с уменьшением размеров частиц обусловлено квантово-размерными эффектами в микрокристаллитах cds.
Сформированы оптические волновода на основе желатиновой пленки и микрокристаллитов сульфида кадмия. Показана возможность управления параметрами оптических волноводов путем контролируемого роста микрокристаллитов CdS в полимерной матрице.
4.Показано, что температурный отжиг пленок желатина с микрокристаллитами Cds приводит к смещению края фундаментального поглощения в длинноволновую область которое удовлетьорителъно объясняется процессами коалесцеяции частиц CdS в таких структурах.
5.В субмикронных пленках cds и Zns обнаружено смещение фазоого перехода сфалерит-вюрцит и твердое тело-газ в низкотемпературную область. Показано, что оно обусловлена с микропористостью полученных планок.
S.Показано, что при получении "пленок тройного соединения Cd^zn^b на поверхности растущей структуры сначала преимущественно адсорбируются ионы цинка, а по мере установления частичного термодинамического равновесия танк цинка заменяются ионами кадмия
Практическая ценной работа. Рсзрабстйн низкотемпературный .метод'получения пленок типа AMBvt с помощью послойной хемосорбции
— б -
из растворив электролитов.Структуры такого типа могут быть использованы для нанесения ультратонких высокоомных слоев на поверхности полупроводниковых подложек, при создании фотоприемников, многослойных субьгакронных полупроводниковых структур, интегрально-оптических, структур, а также других изделий физической и функциональной электроники. Разработанный метод позволяет управлять поверхностными свойстзаш полупроводниковых структур.
Показано, что стехиометрия и фазовый состав пленок, полученных по механизму послойной хемосорбции, зависят от соотношения концентраций растворов электролитов. Данное положение имеет важное значение для полупроводников CdS и ZnS, т.к. многие .физические свойства этих материалов сильно зависят от кристаллической к дефектной структуры кристаллов.
Предлскеяа методика формирования ультрадисперсных частиц полупроводниковых соединений в объеме полимерной матрицы. На основе таких структур сформированы'волноводные структуры, которые могут быть использованы для создания оптических модуляторов нз основе кьавтово-размьрного эффекта Штарка.
Ал]х>5ация работы. Материалы диссертации догладывались и'обсук-д-'лись аа: '
III Всесоюзной конференции "Термодинамика и материаловедение полупроводников",г.Москва, 1986 г.;
XII Всесоюзном совещании "Физик» * технология вирокозонных 'аолущ»водк2коз", г.Махачкала, 1986'г.;
.;/... .vii-KESjepGHUEa по процзссйк роста и синтеза аолуцроводнйко-шг криотазлов к &кшач% г.йовосибирак, 1986 г.;
.-7-
Рэспублшеанской конференции молодых ученых, г.Уфа, 1987 г.;
XIII Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, г,Суш, 1987 г.;
Всесоюзной конференции "Волоконно-оптические системы СВЯЗИ И передачи информации - 88", г.Москва, 1988 г.;
VII Всесоюзной конференции поросту кристаллов,г. Москва, 1988г.;
II Международной конференции "Лазеры и их применения", г.Тегеран, 1S93 г.;
Публикации. По результатам работы имеются 18 публикаций, защищено два авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения-, основных, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков, 7 таблиц в' списка цитируемой литературы из 132 наименований.
