Ilm-fan va ta’limda innovatsion yondashuvlar, muammolar, taklif va yechimlar

КИНЕТИКА РОСТА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК CdTe

Утамурадова Шарифа Бекмурадовна¹,
д.ф.-м.н., профессор, директор Научно-исследовательского института физики полупроводников и микроэлектроники при Национальном
университете Узбекистана.

Музафарова Султанпошша Анваровна¹

д.ф.-м.н, зав.лаборатории”Физики конденсированных сред”.

Хамдамов Жонибек Жумаевич¹

PhD,зав.лаборатории”Физики полупроводников .

Файзуллаев Кахрамон Махмуджонович¹

PhD,с.н.с.лаборатории”Физики полупроводников”.
¹ Научно-исследовательский институт физики полупроводников и микроэлектроники при Национальном университете Узбекистана. Узбекистан,


Аннотация. Проведен термодинамический расчет роста пленок CdTe при различных технологических методах получения: в вакууме в квазизамкнутом системе и методом магнетронного ионного распыления. При этом установлено оптимальные технологические параметры роста пленок со стехиометрическим составом. Экспериментально установлено температурной зависимости парциального давления пара кадмия над CdTe при синтезе пленок теллурида кадмия с различными технологическими методами. Полученная экспериментальная зависимость сопоставлена с теоретической зависимостью, которая соответствует конгруэнтному испарению. Показано, что пленки CdTe совершенной кристаллической структурой синтезируются в резко неравновесных условиях. Такие пленки CdTe обладают высокую стехиометрическую состав по сравнению пленок синтезированных в равновесных условиях.
Ключевые слова. Пленкаполикристалл, стехиометрия, температура, скорость.
9
www.academiascience.uz
“ILM-FAN VA TA’LIMDA INNOVATSION YONDASHUVLAR, MUAMMOLAR, TAKLIF VA YECHIMLAR” MAVZUSIDAGI 26-SONLI RESPUBLIKA ILMIY-ONLAYN KONFERENSIYASI
Теллурид кадмий CdTe является прямозонным полупроводниковым материалом, с шириной запрещенной зоны E_g=1,5eV, который совпадает с максимумом прямого солнечного излучения. Структуры на их основе можно использовать в широком спектре в радио- и микроэлектронике. В настоящее время на поликристаллических пленках СdTe были созданы фотодатчики чувствительные в узкой и широкой области спектра, биполярный фототранзистор, координатно-чувствительные элементы, датчики ядерного излучения и солнечные элементы с МПД, ПДП структурой а также гомо– гетеропереходы Основные эксплуатационные параметры таких структур тесно связано с электрофизическими и оптическими свойствами пленок теллурида кадмия.
CdTe и некоторые соединения А²В⁶ при термическом нагревание сублимируется по уравнению: CdTe_гв Cd_г+1/2Te_2г. При этом паровая фаза не содержит молекул CdTe, а теллур существует только в виде двухатомной молекулы Te₂. Наличие водорода в реакционном объеме, вероятно, не меняет природу процесса, так как образование теллуроводорода, как и образование гидрида кадмия, невозможно ввиду их низкой химической стойкости [3]. При испарение CdTe в токе водорода при 530 ÷950^О С, газовая фаза может содержать молекулы Н₂, Н₂Te, Cd, CdTe и полимерные молекулы халькогена Te (где n=2, 3, ….,8), так как многочисленные работы посвященные исследованиям состава пара CdTe [1-3]. Динамические методы измерения [1-3] показали, что степень диссоциации ( α ) газофазного CdTe в диапазоне температур 530 – 950^OС составляет ~0,5 - 0,8 . Проведенный термодинамический расчет в широком диапазоне температур позволил сделать вывод, что все халькогениды подгруппы цинка испаряются практически с полной диссоциацией [3]. Условия равновесия степени диссоциации определяется отношением парциального давления Cd к давлению насыщенного пара CdTe, которая будет близка к единице. В наших технологических режимах, где температура источника составляет более T_И>900^ОС, доля недиссоциированных молекул составляет незначительное количество, которого можно пренебречь.
10
www.academiascience.uz
“ILM-FAN VA TA’LIMDA INNOVATSION YONDASHUVLAR, MUAMMOLAR, TAKLIF VA YECHIMLAR” MAVZUSIDAGI 26-SONLI RESPUBLIKA ILMIY-ONLAYN KONFERENSIYASI
Эксперимент осуществляли в вертикальном кварцевом реакторе, которой помещали в двухзонную печь сопротивления. Температуру источника Т_И и подложки Т_П контролировали хромель-алюмелевыми термопарами и поддерживали температуры Т_И и Т_П автоматически регулятором типа РПИБ-Т2, с точностью 1^оС. Подложку из Mo располагали на кварцевой подставке и одновременно с источником, порошком СdTe полупроводниковой чистоты, вводили в зону печи до заданных температур. Во всех экспериментах использовали водород, очищенный от кислорода по методу каталического гидрирования с применением хромо - никелевого катализатора. Сушко газа производили с помощью силикагеля КСМ и цеолит марки NaA. Перед осаждением подложка подвергалась к газовому травлению в течение одного часа в токе водорода при 400С и исходной порошок CdTe при 500С.
Подложка – молибденовая фольга, толщиной ~300 мкм, которая предварительно окислялась в HNO₃, затем окись удалялась в HF с последующей промывкой в дистиллированной воде.
Затем Mo-подложка помещалась в зону осаждения и подвергалась газовому травлению в атмосфере газа-носителя водорода перед осаждением в течение 1 часа. Температура источника и подложки варьировалась в интервале 750÷950^ОС и 500÷700^ОС, соответственно.
Количество испарившегося CdTe определяли по уменьшению веса источника CdTe.На рисунке 1. приведены экспериментальные результаты скорости испарения массы CdTe от температуры.

11
www.academiascience.uz
“ILM-FAN VA TA’LIMDA INNOVATSION YONDASHUVLAR, MUAMMOLAR, TAKLIF VA YECHIMLAR” MAVZUSIDAGI 26-SONLI RESPUBLIKA ILMIY-ONLAYN KONFERENSIYASI
Рис.1. Потери в весе CdTe в зависимости от скорости потока H₂ при различных температурах испарения (Т_и).
Нами были получены поликристаллические пленки CdTe газотранспортной реакцией в потоке водорода в интервале температур 600÷950⁰С на молибденовых подложках с толщиной 300 мкм. Синтез пленок CdTe в потоке Н₂ в основном можно описать следующим выражением: CdTe  H₂Te +H₂Cd
Как видно из рис.2, количество испарившегося CdTe прямо пропорционально, при температуре источника 600÷950^ОС , к скорости водорода 0,5-2 л/ч. Это свидетельствует о наличии равновесия газовой фазы с источником.
Влияния температуры источника и подложки, а также скорости газа- ^{носителя (}_газ ^{) на скорость испарения (}_и ^{) и роста (}_Р ^{) изучено в интервале} 800÷950^оС, 600÷700^оС и 0,5÷5л/ч, соответственно.

Рис.2 Влияния температуры источника и подложки, а также скорости газа- носителя (_газ ) на скорость испарения (_и ) и роста (_Р )

Установлено, что до скорости потока водорода ~ 2 л/ч в интервале температур 800÷950^оС количество испаряемого порошка CdTe прямо

12
www.academiascience.uz

“ILM-FAN VA TA’LIMDA INNOVATSION YONDASHUVLAR, MUAMMOLAR, TAKLIF VA YECHIMLAR” MAVZUSIDAGI 26-SONLI RESPUBLIKA ILMIY-ONLAYN KONFERENSIYASI
пропорционально скорости газа-носителя, что указывает на наличие равновесия между газовой фазой и источником (рис.3).
^{Как видно рис.3, дальнейшее увеличение скорости водорода (}_газ ⁾ приводит к нарушению равновесия между газовой фазой и источником, так как экспериментальное значение потери массы мишени (F) отклоняются от расчетных данных, определенных по формуле

_{F } MP_Cd
RT
(1)

где М – молекулярный вес CdTe;
 - объемная скорость;
P_Cd – парциальное давления паров кадмия; R – Постоянная Больцмана
Т – температура источника.
Скорость роста пленки CdTe в основном зависит от температуры подложки и скорости газа-носителя, о чем свидетельствует наличие

максимумов (рис.4) в зависимостях ^_P ^{T 
и }P ^газ ^.

Это явление, по-видимому, связано с изменением пресыщения паровой фазы и поверхностной активности.
Выращенные пленки CdTe при температуре источника T_И=900÷920^оC и
подложки T_П=650÷700^оC и скорости водорода  =0,5÷2 л/ч имели темно-
газ
серую, блестящую поверхность. При этом значении ∆Z составляет 0,5÷0,8 ккал/моль.
Толщина пленок измерялась микроскопом по сколу образца (для этого пленки CdTe отделялись от подложки) и методом взвешивания по формуле