Введение к работе
Актуальность проблемы. Интерес к изучению твёрдых растворов CdHgTe обусловлен уникальностью их физических свойств - возникновением бесщелевого состояния, экстремально высокой подвижностью и малой эффективной массой электронов, особенностями энергетического спектра примесей, а также чрезвычайной чувствительностью к механическим, температурным, радиационным и другим воздействиям. Указанные обстоятельства стимулируют широкое использование этих материалов в качестве приёмников ИК- излучения на различные диапазоны спектра (от 1,5 до 20 мкм), в гальваномагнитных приборах (магнетометрах, преобразователях постоянного тока в переменный, электрических ваттметрах и др.). В последние годы полупроводники, в том числе типа А2В6, находят широкое применение также в газовом анализе (для изготовления сенсоров- датчиков).
Работоспособность такого рода приборов и устройств, получаемых с использованием плёночной и планарной технологий, во многом определяется качеством границы раздела полупроводник- среда, так как усиливается зависимость параметров приборов от процессов поверхностной рекомбинации и рассеяния. В связи с этим, на первый план выдвигается задача изучения физико-химических процессов, протекающих на поверхности CdHgTe и особенно в результате воздействия различных технологических и окружающей сред. Эти исследования необходимы для поиска методов управления и стабилизации химических, электрофизических свойств поверхности CdHgTe, разработки новых материалов и приборов на их основе.
Наиболее подробные сведения о поверхностных (адсорбционных, электрофизических и др.) свойствах алмазоподобных полупроводников - Ge, GaAs, CuBr, CdSe, CdTe, ZnSe, ZnTe и их твёрдых растворах содержатся в работах школы'Кировской И.А. [1-4 и др.]. Иначе обстоит дело с твёрдыми растворами системы CdTe-HgTe. Свойства их поверхности в настоящее время практически не исследованы, хотя в последнее время делаются некоторые шаги в этом плане. В основном это работы, посвященные решению конкретных задач, например, пассивации поверхности CdHgTe окислением или сульфидированием [ 5 Отравлению [.6,].
Цель работы. С учётом вышеизложенного, в настоящей работе поставлена цель - изучить состав, структуру, адсорбционные, электрофизические свойства поверхности образцов CdTe, CdHgTe, приготовленных в различной форме (порошков, монокристаллических пластин, плёнок); на основе выполненных исследований разработать способы (методики) получения материалов с регулируемыми поверхностными характеристиками (адсорбционными, электрофизическими) для создания газовых датчиков.
Диссертационная работа выполнена в Омском государственном техническом университете в соответствии с координационным планом важнейших НИРАН (проблема "Физико-химические основы полупроводникового материаловедения").
Научная новизна:
Впервые изучены:
Химический состав, структура реальной поверхности системы CdHgTe и их изменение в результате различных физико-химических воздействий (термовакуумной обработки, ионной бомбардировки, травления, газовых сред).
Адсорбция кислорода и водорода - основных компонентов, входящих в состав технологических и окружающей сред, на образцах CdHgTe различного габитуса. Предложены схемы механизмов адсорбции указанных компонентов. Установлена связь между адсорбционными и электрофизическими свойствами.
Влияние инфракрасного ( фотоэлектрически активного ) излучения на адсорбционные и электрофизические свойства CdTe, CdHgTe. Показано, что при облучении ИК-светом в кислороде и водороде суммарная адсорбционная способность уменьшается за счёт фотодесорбции слабосвязанных молекул. При этом более прочно удерживаемые частицы сохраняются на поверхности достаточно долго после выключения освещения, подтверждая наличие необратимой химической адсорбции. Поверхностная электропроводность под влиянием ИК- излучения растёт в кислороде и уменьшается в водороде. Предложен механизм фотоадсорбции -десорбции указанных газов.
Влияние у -излучения на поверхностные свойства системы CdHgTe. Показано: у -облучение создаёт на поверхности CdTe, CdHgTe дополнительные адсорбционные центры, величины адсорбции газов 02, NHj, С02 увеличиваются в несколько раз. Рассмотрен механизм влияния у -облучения на адсорбцию газов.
Кислотно-основные свойства поверхности CdTe. Установлено присутствие двух типов кислотных центров на необлучённом CdTe: центров Бренстеда (ОН-групп, воды, координационно связанной с поверхностными атомами кадмия) и центров Льюиса (координационно- ненасыщенных поверхностных атомов кадмия), у -облучение оставляет на поверхности CdTe льюисовские центры.
Изучение механизма влияния различных физию- химических воздействий (газовых сред, ИК-, у -облучений) на адсорбционные и электрофизические свойства образцов CdTe, CdHgTe позволило подтвердить предложенные ранее механизмы адсорбционных процессов на алмазоподобных полупроводниках и наметить пути модифицирования поверхности образцов изученной системы для целей создания полупроводниковых газоанализаторов.
Практическая значимость работы заключается в использовании её результатов при разработке полупроводниковых анализаторов на микропримеси в различных технологических средах. Среди действующих анализаторов следует выделить электрический детектор для колоночной хроматографии и пьезорезонансные датчики. Эти разработки запатентованы.
Кроме того, решены прикладные задачи.
-
выявлены условия возможного разложения образцов системы CdHgTe и температурный режим их вакуумной обработки без нарушения стехиометрии;
-
предложен способ очистки поверхности монокристаллов и плёнок CdHgTe от нестехиометрических микровключений ртути;
3. найдены оптимальные условия травления монокристаллов и плёнок CdHgTe.
На защиту выносятся :
1. Результаты исследования физико-химического состояния реальной
поверхности твёрдых растворов системы CdHgTe, экспонированных на воздухе,
в вакууме, подвергнутых термической вакуумной обработке, воздействию
различных травителей.
2. Найденные закономерности в изменении адсорбционных и
электрофизических свойств CdTe, CdHgTe.
-
Влияние ИК-, у-излучений на адсорбционные и электрофизические свойства CdTe, CdHgTe.
-
Практическое применение полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ОмГТУ, г. Омск 1990-1995г., 33 Международной научной студенческой конференции "Студенты и научно- технический прогресс" (г. Новосибирск, 1995г.), 4 Международном симпозиуме "Адсорбция и хроматография макромолекул" (г. Омск, 1994г.), VI Международной конференции "Радиационные гетерогенные процессы" (г. Кемерово, 1995 г.), 5 Конференции "Аналитика Сибири и Дальнего Востока" (г. Новосибирск, 1996г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, выдано 2 патента РФ на изобретения, поданы 2 заявки на изобретения.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введеній, четырёхглав, выводов и списка литературы.
