Введение к работе
Актуальность темы. К интересным явлениям в халькогенидных стеклообразных полупроводниках (ХСП) следует отнести сверхбыстрое растворение меди в гетероструктуре металл / ХСП (М/ХСП), обнаруженное при выполнении настоящей работы. При достижении в тонкопленочной гетероструктуре М / ХСП критических условий (пороговых значений энергии упругой деформации и температуры подложки) в ней происходит спонтанная релаксация энергии упругой деформации, приводящая к сверхбыстрому проникновению (t - несколько секунд) больших концентраций металла (до 50 ат. %) в пленку ХСП. При этом изменяются оптические, электрические и физико-химические свойства полупроводника. Полученные пленки высокочувствительны к внешним воздействиям, что позволяет разработать прецизионные датчики температуры, влажности, освещенности и др. на их основе.
Гетероструктура М / ХСП является сложной диссипагивной структурой. В ней взаимосвязаны диффузионные явления и твердофазные химические реакции. Поэтому изучение физической природы обнаруженного явления представляет значительный интерес.
Цель работы - исследование явления сверхбыстрого растворения меди в пленке ХСП при спонтанной релаксации энергии упругой деформации и разработка приборов на основе полученных тонкопленочных гетеро-структур.
Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
выявление критических условий спонтанной релаксации энергии упругой деформации в пленках ХСП;
комплексное исследование процесса сверхбыстрого растворения
меди в пленке ХСП при изменении соотношения толщин слоев меди и ХСП, температуры подложки, состава ХСП;
- изучение механизма сверхбыстрого растворения меди в гетеро-
структуре М / ХСП;
исследование валентного состояния меди после растворения ее в пленке ХСП;
выявление причин, вызывающих прекращение сверхбыстрого растворения меди в пленке ХСП.
разработка высокочувствительных прецизионных датчиков температуры и влажности на основе модифицированных пленок ХСП.
Научная новизна. Впервые в гетероструктуре М / ХСП обнаружен эффект сверхбыстрого растворения меди в пленке ХСП при спонтанной релаксации энергии упругой деформации.
Впервые в пленках AseoSe-m, полученных в сильнонеравновесных условиях, обнаружены критические параметры (1^=1300 А, Т»р=270 К) при достижении которых в них происходит спонтанная релаксация энергии упругой деформации, приводящая к упорядочению пленочной структуры.
Скорость растворения меди в гетероструктуре М / ХСП зависит от соотношения толщин слоев меди и ХСП, температуры подложки, состава ХСП.
Выявлен механизм сверхбыстрого растворения меди в пленке ХСП.
Практическая ценность. Разработан принципиально новый способ модифицирования полупроводников. На основе модифицированных пленок разработаны высокочувствительные прецизионные датчики температуры и влажности. Селективное травление нелегированных и легирован-
пых пленок ХСП в плазме активных газов позволяет создать полностью «сухой» литографический процесс субмикронного разрешения. Положения, выносимые на защиту.
-
Зависимость показателя преломления п пленок AssoSe^o, полученных в сильно неравновесных условиях, от их толщины d имеет экстремум при акр=1300А, связанный с развитием флуктуации и возникновением коллективных взаимодействий в системе.
-
Максимальные скорости растворения меди в пленке As6oSe4o достижимы при соотношении толщин слоев меди и ХСП равной 8.
-
Сверхбыстрое растворение меди в пленке ХСП при спонтанной релаксации возможно в широком интервале составов AsxSeioooc, гДе X = 20 - 60, причем, скорость растворения возрастает с увеличением содержания в пленках селена.
-
При увеличении температуры подложки скорость растворения меди в пленке As6oSe.4o возрастает, а при температуре выше 340 К увеличивается скачком. Ниже критической температуры равной 270К сверхбыстрого растворения меди в пленке AseoSe^o не наблюдается.
-
При спонтанной релаксации энергии упругой деформации в гете-роструктуре М/ХСП происходит структурно-химическое упорядочение. Растворение меди в пленке ХСП прекращается с образовшшем устойчивых кристаллических соединений Cii3AsSe4.
-
Металл, растворенный в пленке ХСП, сосуществует в различных валентных состояниях Си2+, Си+, Си0, что способствует увеличению стек-лообразующей способности системы Cu-As-Se.
-
Высокая скорость растворения металла в пленке ХСП обусловлена ускорением ионов электронами.
-
Зависимость сопротивления чувствительных элементов от температуры и влажности имеет линейный характер.
Апробация результатов. Результаты работы докладывались на Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохи-мии (г. Рига, сентябрь 1991), XIV Уральской школе металловедов-термистов «Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов» (г. Ижевск, февраль 1998), П Международной конференции «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нано-технологии» (г. Санкт - Петербург, июнь 1998), XVTJI Международном конгрессе по стеклу (США, г. Сан - Франциско, июль 1998), Всероссийском Симпозиуме с участием ученых из стран СНГ «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (г. Санкт - Петербург, июль 1998), Международной конференции «Стекла и твердые электролиты» (г. Санкт - Петербург, май 1999), Международной конференции «Термодинамика и химическое строение расплавов и стекол» (г. Санкт -Петербург, сентябрь 1999), IX Международной конференции «Физика некристаллических веществ» (США, г. Аризона, октябрь 1999), П Международном симпозиуме «Композиты и глубокая переработка природных ресурсов» (г. Набережные Челны, ноябрь 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов с заключением и списка литературы. Содержит 135 стр. машинописного текста, включая 34 рисунка, 6 таблиц и 214 наименований библиографии.
