Читать книгу Все науки. №8, 2022. Международный научный журнал - Ибратжон Хатамович Алиев - Страница 5

УДК 548

Юсупова Дильфуза Аминовна

Кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского государственного университета

Ферганский государственный университет, Фергана, Узбекистан

Аннотация: В работе приведены результаты исследования влияния лазерного излучения на кинетические характеристики поликристалли-ческих пленок узкозонных полупроводников халькогенидов свинца и висмута. Приведены результаты измерений проводимости, концентрации дырок и коэффициента термоЭДС в пленках под воздействием лазерных импульсов.

Ключевые слова: поликристаллическая пленка, лазерное излучение, халькогениды свинца и висмута, проводимость, концентрация носителей, коэффициент термо-ЭДС.

Abstract: The paper presents the results of a study of the effect of laser radiation on the kinetic characteristics of polycrystalline films of narrow-band semiconductors of lead and bismuth chalcogenides. The results of measurements of conductivity, hole concentration and thermal EMF coefficient in films under the influence of laser pulses are presented.

Keywords: polycrystalline film, laser radiation, lead and bismuth chalcogenides, conductivity, carrier concentration, thermo-EMF coefficient.

Лазерная обработка, нанесённых на подложку тонких пленок применяется для формирования пленочных элементов, широко используемых в приборостроении и микроэлектронике. Лазерная обработка тонких пленок отличается высокой точностью и локальностью, бесконтактностью, хорошей управляемостью и в большинстве случаев достаточной производительностью. В современной технологии полупроводниковых приборов все большое значение приобретают методы обработки материалов c использованием ионизирующих излучений [1]. Особое внимание уделяется модификации свойств слоев под действием коротких лазерных импульсов, когда наряду с обыкновенным тепловым разогревом пленок, возможно влияние факторов, имеющих нетепловую природу.

Физические механизмы действия лазерного излучения на тонкие пленки во многом аналогичны действию излучения на массивные материалы, но обладают некоторыми особенностями.

В настоящей работе приведены результаты исследований влияния g-радиации и лазерного облучения на кинетических коэффициенты поликристаллических плёнок узкозонных полупроводников. Объектами исследований явились поликристаллические слои халькогенидов свинца и висмута и их соединения полученных термовакуумной конденсацией в различных технологических условиях. Подложками служили кварц, полиимид (ПМ-1) и слюда. Толщина полученных плёнок составляла 0,3¸4 мкм. Облучение плёнок производилось g-квантами Со⁶⁰ и промышленным лазером ГИГ-1М (D=15Дж, t_имп=50 нс) на воздухе и в вакууме. Проведены измерения электропроводности, коэффицента Холла и термоэдс.

Проведенные электронно-микроскопические исследования показали, что с ростом температуры конденсации размер кристаллитов увеличивается. При воздействии лазерных импульсов плёнок Pb_0.8Sn_0.2Te конденсированных при температуре Т_с=373 К обнаружено, что при энергиях облучения W> 0.15Дж/см² наблюдается нарушение адгезии конденсата с подложкой. В этой связи энергии облучения были меньше указанной величины.

Надо отметить, что эти энергии также меньше энергии расчетного значения поговой энергии плавления плёнок при лазерной обработке в наносекундном диапазоне, которая составляет 02Дж/см² [1].

В данной работе приведены исследования влияния лазерного отжига (ЛО) на кинетические свойства поликристаллических пленок Рb_0.8Sn_0.2Te, полученных на полиимидной и слюдяной подложках термовакуумной технологией при различных температурах конденсации [2]. Облучение проводили в режиме модулированной добротности промышленным лазером с рубиновым излучателем (l= 0,69 мкм, t_имп=50 нс). Плотность энергии в лазерном импульсе регулировали путем фокусировки светового пучка. Измерялись кинетические коэффициенты пленок от числа воздействия лазерного импульса. Одновременно изучались структура исходных и облученных пленок с помощью растровой электронной микроскопии.

Измерены проводимость s, концентрация носителей р_н и коэффициент термоэдс a в зависимости от числа лазерных импульсов пленок конденсированных при разных температурах подложки. Результаты проведенных исследований показали, что при повышении Т_с проводимость пленок s увеличивается, а коэффициент термоэдс a уменьшается. При воздействии лазерных импульсов в пленках наблюдается спад s и a.

Электронно-микроскопические исследования пленок показали, что при повышении Т_с от 300К до 600К размер кристаллитов увеличивается от (5—6) 10² до 10^4 оА и в этих пленках с повышением Т_с наблюдается увеличение s и уменьшение a.

Заметные структурные изменения при ЛО наблюдались в пленках полученных на слюде при Тс=570К, т.е. при более высоких температурах конденсации. Здесь обнаруживается рост монокристальных фрагментов, размер которых во много раз превышал размеры кристаллитов в исходных необлученных конденсатах.

Процессами, ответственными за кристаллизационные явления, на наш взгляд, являются частичное плавление конденсатов при лазерном облучении (частичное, так как энергия в импульсе меньше порога плавления) и ударная кристаллизация (ускоренная кристаллизация в твердой фазе).

Приведён характер изменения концентрации дырок в пленках Вi₂Sb_xTe₃ при g-облучение (источник Со⁶⁰, интенсивность 10³Р/с) в свежеосажденных плёнках и плёнке, предварительно отожженной на воздухе при 420 К в течении 3 часов, у которой концентрация дырок до отжига совпадала с исходной концентрацией дырок.

Были отмечены следующие закономерности:

1. В образцах с исходными значениями концентрации дырок р ~ 8 10¹⁸см^-3, g – облучение приводит к их монотоннному увеличению с выходом при Ф_g> 10⁸Р на насыщение (кривая 1); при 10¹⁹ <p <(2—4) x 10¹⁹ см^-3 концентрация дырок при облучении уменьшается. При Ф_g»10⁸ Р наблюдается незначительное увеличение и в дальнейшем принимает постоянное значение (кривая 2). Постоянному значению в обоих случаях соответствует одна и та же концентрация дырок р» 9 х 10¹⁸ см^-3 (штриховая линия на рисунке).

2. При р> 5х10¹⁹ см^-3 с ростом Ф_g наблюдается уменьшение концентрации со снижением интенсивности процесса по мере увеличения Ф_g (кривая 3); в таких же плёнках после термоотжига, приводящего к уменьшению концентрации, процесс снижения концентрации с ростом Ф_g также замедляется.

Для объяснения наблюдаемых явлений необходимо принять следующее. В технологических режимах, обеспечивающих высокую концентрацию дырок, наряду с антиструктурными дефектами в плёнках образуются вакансии теллура [3]. При g-облучении за изменения в концентрации дырок ответственны два прцесса:

а) радиационно-стимулированная диффузия антиструктурных атомов по вакансаниям с вытеснением последних на стоки – границы кристаллитов и дислокации;

б) вытеснение атомов теллура в междоузлия.

Интенсивность первого процесса пропорциональна концентрации вакансий и энергетически выгодней относительно второго процесса. Первый процесс сопровождается уменьшением числа акцепторов, а второй – увеличением, поэтому в зависимости от исходной концентрации вакансий теллура в плёнках и возможны два типа изменений в концентрации дырок при g-облучение, что наблюдается экспериментально. Выход зависимости р (Ф_g) на насыщение соответствует установлению равновесия в протекании обоих процессов.

Список использованной литературы

1. К.Э.Онаркулов, М.М.Ахмедов, Д.А.Юсупова, Р. Т. Расулов, Б. Дулиев Кинетические процессы в тонких пленках халькогенидов висмута и свинца под воздействием g- и лазерного облучения. Узбекский физический журнал, V 4, №2, 2002 г. C. 113—116

2. С.Х.Шамирзаев, Д.А.Юсупова. Исследование электрофизических свойств поликристаллических плёнок теллуридов висмута-сурьмы, содержащих наногранулыю Хозирги замон физикасининг долзарб муаммолари. Республика илмий конференцияси материаллари тўплами Термиз 1- май, 2013 й.45—46 б.

3. Д.А.Юсупова. Изучение электрофизических свойств нанокристаллических пленок Bi2Te3 – Sb2Te3. «Интеграция наук» Международный научно-практический журнал. Москва Выпуск №4 (19) (июнь, 2018), с 52—54