Введение к работе
Актуальность. Характерной особенностью развития микро- и наноэлек-троники в наши дни является использование двойных широкозонных полупроводниковых соединений А2В6 (типа CdS). В качестве примера можно привести изготовленные на основе CdS средства визуализации изображения (экраны кинескопов, вакуумные люминесцентные индикаторы). Кроме того, CdS активно используется в лазерной технике, а также является материалом солнечных батарей и приемников ионизирующих излучений. Фоторезисторы на основе CdS обладают спектральной характеристикой, близкой к характеристике человеческого глаза, что обусловило их широкое применение в качестве экспонометров. Фоторезисторы на основе CdS также используются в приборах контроля освещенности и детекторах задымленности. Таким образом, CdS является перспективным полупроводниковым материалом для микро- и наноэлектроники.
Основным недостатком соединений типа CdS является их низкая деграда-ционная стойкость. Одним из методов повышения деградационной стойкости в настоящее время является создание гетерофазных материалов с включениями узкозонной компоненты, в качестве которой выступает PbS. Данные фоточувствительные пленки обладают повышенной деградационной стойкостью, но фазовый состав таких пленок остается практически неисследованным. Изучение распределения компонент по толщине таких пленок является актуальной научной задачей. Кроме того, на основе системы CdS-PbS возможно создание квантово-размерных структур, что говорит о перспективах применения данной системы в будущем.
Влияние видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света на выход микрочастиц из твердого тела в вакуум известно только для электронов. Ранее не было обнаружено влияния света видимого диапазона на выход ионов из твердого тела в вакуум ввиду недостаточной энергии фотонов. В то же время, существует большое количество хорошо известных методов, использующих ионное распыление для исследования твердых тел. Одновременное воздействие освещения и ионной бомбардировки на фоточувствительные материалы может обнаружить новые физические эффекты, что представляет несомненный научный интерес.
В последнее время проявляется повышенное внимание к гетерогенным материалам, содержащим низкоразмерные включения. Комбинированное воздействие освещения и ионной бомбардировки дает новые возможности для исследований структуры и физических свойств таких материалов. В связи с вышесказанным, изучение закономерностей процессов при одновременном воздействии фотонов и ускоренных ионов является актуальной задачей.
Цель работы: Исследование влияния освещения на выход положительных вторичных ионов из пленочных гетерофазных фотопроводящих образцов CdS-PbS, а также изучение фазового состава таких пленок.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи: 1. Масс-спектрометрическое исследование фазового состава и распределения компонент по толщине пленок CdS-PbS, ПОЛУченныУ метпппм губпимятши
J С.. Петербург
I 03 any.-/, *1>
в вакууме легированной порошковой смеси, и пленок CdS:Pb, полученных тем же методом, но легированных РЬ с помощью технологии Леигмюра-Блоджетт.
-
Исследование влияния освещения белым светом различной интенсивности на выход вторичных ионов из пленок CdS-PbS и CdS:Pb.
-
Исследование люкс-амперных зависимостей фотопроводящих пленок CdS-PbS и CdS:Pb.
-
Установление корреляции между выходом положительных вторичных ионов и внутренним фотоэффектом (фотопроводимостью) исследуемых пленок.
Научная новизна:
-
Обнаружено наличие отдельных фаз, содержащих оксиды свинца и кадмия, в поликристаллических пленках CdS-PbS.
-
Установлено распределение различных фаз по толщине пленки CdS-PbS и разработана модель распределения фаз по толщине гетерофазных пленок CdS-PbS.
-
Установлено, что освещение белым светом в процессе ионного распыления приводит к увеличению выхода положительных вторичных ионов свинца и уменьшению выхода положительных вторичных ионов кадмия и оксида свинца из гетерофазных поликристаллических пленок CdS-PbS и CdS:Pb.
-
Установлен характер зависимостей изменения выхода положительных вторичных ионов кадмия и свинца из пленок CdS-PbS и CdSrPb от изменения работы выхода электрона.
-
Предложено объяснение наблюдаемых зависимостей выхода положительных вторичных ионов свинца из пленок CdS-PbS и CdSrPb от изменения работы выхода электрона, основанное на предположении об отвлечении реком-бинационного потока неравновесных носителей заряда в узкозонную фазу.
-
Предложена единая полуэмпирическая формула, описывающая зависимость выхода положительных вторичных ионов свинца и кадмия от изменения электронной работы выхода, проанализирована и подтверждена ее адекватность в рамках сделанных модельных предположений для всех рассматриваемых в диссертации случаев.
-
Обнаружено, что наличие заряда на образце является необходимым условием для изменения выхода положительных вторичных ионов при помощи освещения.
Достоверность полученных результатов обусловлена применением в экспериментах стандартной измерительной аппаратуры, согласованностью полученных результатов с результатами других исследователей, а также соответствия результатов расчета физическим представлениям о процессах в исследуемых полупроводниковых структурах.
Практическая значимость
-
Показана возможность управления процессом ионного распыления фоточувствительного полупроводника CdS-PbS при помощи освещения.
-
Разработана методика исследования высокоомных образцов с удельным сопротивлением 109-s-10n Ом-см методом ВИМС с помощью распыления нейтральными атомами для исключения зарядки мишени.
-
Выведено универсальное соотношение, позволяющее определять зарядку любых высокоомных мишеней по сдвигу пиков масс-спектра. Разработана методика определения зарядки поверхности высокоомной мишени относительно проводящего образца с применением данного соотношения.
-
Разработана методика исследования влияния освещения на ионное распыление высокоомных фоточувствительных мишеней. В рамках данной методики предложено три способа изучения реакции выхода вторичных ионов на свет: запись концентрационного профиля при импульсном освещении, последовательная запись масс-спектров в темноте и при освещении, запись участков спектра при импульсном освещении.
Результаты исследований по теме диссертации использованы при составлении отчетов по одной НИР, выполняемой в Саратовском отделении института радиотехники и электроники РАН (2005).
Основные положения, выносимые на защиту
-
В фотопроводящей пленке CdS-PbS, полученной сублимацией в вакууме смеси сульфидов кадмия и свинца и подвергнутой сенсибилизирующему отжигу на воздухе, существуют фазы с повышенным содержанием оксидов кадмия и свинца.
-
Освещение белым светом в процессе ионной бомбардировки поликристаллических фотопроводящих пленок CdS-PbS приводит к падению выхода положительных вторичных ионов кадмия и оксида свинца (нормальный вторично-ионный фотоэффект) и росту выхода положительных вторичных ионов свинца (аномальный вторично-ионный фотоэффект).
-
Нормальный вторично-ионный фотоэффект объясняется усилением тун-нелирования электронов с поверхностных энергетических уровней полупроводника при освещении на энергетические уровни вторичного иона, что вызывает нейтрализацию положительных вторичных ионов и, следовательно, уменьшение их числа.
-
Аномальный вторично-ионный фотоэффект объясняется увеличением при освещении скорости рекомбинации неравновесных носителей заряда в узкозонных включениях в результате стока генерируемых освещением и ионной бомбардировкой неравновесных носителей в потенциальные ямы, соответствующие местам локализации узкозонных включений.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на Eight International Workshop: Beam Dynamics & Optimization (Saratov, 2001); Всероссийской научной конференции «Физика полупроводников и полуметаллов» (Санкт-Петербург, 4-6 февраля 2002); Первой Украинской научной конференции по физике полупроводников (Одесса, 2002); Пятой юбилейной Международной научно-технической конференции (Саратов, 2002); Международной научно-технической конференции АПЭП-2003 (Саратов, 18-23 февраля 2003); Пятой международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (Ульяновск, 23-27 июня 2003); Научной студенческой конференции физического факультета (Саратов, 2003); Четвертой Международной конференции «Химия вы-
сокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии» (28 июня - 2 июля 2004 года, Санкт-Петербург); Седьмой международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (27-30 июня 2005 года, Ульяновск), научных семинарах кафедры физики полупроводников СГУ.
Личный вклад автора состоит в самостоятельном выполнении представленных в диссертации экспериментальных исследований и расчетов, а также анализе полученных результатов (совместно с научным руководителем). Предложены и разработаны методика изучения влияния освещения на ионное распыление фотопроводящих мишеней и методика определения потенциала высо-коомной мишени при распылении ионным пучком. При использовании результатов других авторов или полученных в соавторстве результатов даются соответствующие ссылки на источник.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 21 научной работе. Из них 6 статей в реферируемых научных журналах, 1 статья в научном сборнике, тезисы 14 докладов на международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 122 страницы, включая 36 рисунков. В списке использованных источников содержится 120 наименований.
