Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск
№ 3 (2013)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-3

Материаловедение и технология. Полупроводники

4-12 329
Аннотация

Исследованы электрические характеристики, спектры глубоких ловушек, спектры микрокатодолюминесценции (МКЛ) нелегированных и легированных донорами (Pb, Ca) кристаллов TlBr и изучено влияние на эти характеристики условий выращивания (противодавление брома, противодавление аргона, выращивание на воздухе). Показано, что в исследованном интервале температур (85—320 К) проводимость кристаллов определяется концентрацией электронов и дырок в разрешенных зонах, а не ионной проводимостью. В процессах рекомбинации неравновесных носителей основную роль играют центры с энергией активации 1,0—1,2 эВ, на которых закреплен уровень Ферми в легированных донорами кристаллах. В нелегированных кристаллах уровень Ферми закреплен на центрах с уровнем около Ev+0,8 эВ, которые также участвуют в рекомбинации и ответственны за полосу МКЛ с энергией 1,85 эВ. В температурных зависимостях фототока нелегированных кристаллов большую роль играет прилипание электронов на мелких электронных ловушках с энергией 0,1—0,2 эВ и на более глубоких электронных ловушках. В спектрах глубоких центров обнаружены ловушки с энергиями 0,36, 0,45 и 0,6 эВ, концентрация которых растет при легировании донорами. Легирование Pb или Ca позволяет на порядок повысить удельное сопротивление материала, но легирование Pb приводит к большей концентрации глубоких ловушек, что неблагоприятно для использования материала в радиационных детекторах.

12-19 420
Аннотация

Разработан метод бестигельного выращивания монокристаллов кремния и его соединений с германием — метод осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации (ОТФ). Для его реализации использована установка получения кристаллов методом плавающей зоны, в которой дополнительно используется так называемый ОТФ−нагреватель. Нагреватель формирует вокруг себя зону расплава, который удерживается силами поверхностного натяжения между растущим кристаллом, питающим стержнем и нижней и верхней поверхностями ОТФ−нагревателя соответственно. Для защиты графитового корпуса нагревателя от агрессивного действия расплавленного кремния его поверхность покрыта слоем SiC, имеющим специальную нанокристаллическую структуру. Описана система автоматического управления процессом ОТФ−кристаллизации, обеспечивающая поддержание температурного поля вблизи растущего кристалла с точностью 0,05—0,1 К. Проведено численное моделирование тепломассопереноса при росте соединения SixGe1−x, содержащего 2 % Si , а также моделирование формообразования свободной поверхности расплава Si—Ge при вытягивании кристалла. Показана возможность по-лучения однородных по сечению и длине объемных монокристаллов, найден диапазон максимально достижимой высоты слоя расплава, составляющий 10—20 мм, при котором еще сохраняется устойчивость процесса капиллярного формообразования. Выращены легированные сурьмой монокристаллы кремния, характеризующиеся сильным двойникованием, которое непосредственно связано с обнаруженными включениями частиц SiC в кристаллическом кремнии. Подтверждена возможность формирования с помощью ОТФ−нагревателя выпуклой и близкой к плоской формы фронта кристаллизации. Установлено, что при выращивании на затравку в на-правлении [111] реализуется послойный механизм роста кремния, причем область гранного роста при определенных условиях занимает почти все сечение кристалла.

20-23 298
Аннотация

Изучены закономерности полиморфизма в высокочистых кристаллических три−(8−оксихинолятах) алюминия, галлия и индия (Meq3) в интервале температур от 300 до 712 К. По результатам анализа спектров фотолюминесценции, спектров комбинационного рассеяния света и рентгенофазового анализа построена обобщенная картина, согласно которой последовательность полиморфных переходов для всех изученных соединений одинакова: β → α → δ → γ → ε. На основе высокочистых однофазных препаратов изученных металлокомплексов и оксида бора синтезированы новые гибридные материалы: объемные образцы (методом сплавления), тонкие пленки (вакуумным термическим испарением). Изучены фото− и электролюминесцентные свойства гибридных материалов при комнатной температуре. Установлено, что для объемных гибридных материалов увеличение времени синтеза c 5 до 60 мин приводит к смещению максимума спектра фотолюминесценции от значения, характерного для чистого δ(γ)−Meq3 в коротковолновую область спектра на 40 нм для Alq3, 15 нм для Gaq3 и 10 нм для Inq3.

Материаловедение и технология. Диэлектрики

24-27 475
Аннотация

Представлены результаты возможного применения сегнетоэлектрических кристаллов LiTaO3 в акусто− и опто-электронике. Высокие значения пьезоэлектрических констант позволяют создавать резонаторы на объемных акустических волнах. Возможность прямой электронно−лучевой переполяризации кристалла LiTaO3 позволяет формировать доменные структуры с шириной доменов от десятков нанометров до десятков микрометров. Периодические сегнетоэлектрические доменные структуры в кристалле LiTaO3 использованы в качестве оптической дифракционной решетки и для генерации второй гармоники оптического излучения.

27-33 311
Аннотация

Разработан метод создания бидоменной структуры в пластинах монокристаллов ниобата лития, основанный на формировании заданного распределения градиента температуры по толщине образца путем стационарного внешнего нагрева. Нагрев пластины LiNbO3, которая помещается между двумя пластинами кремния, осуществляют за счет поглощения кремнием световой энергии ламп установки светового отжига. Схема технологической ячейки позволяет формировать и регулировать мощности тепловых потоков, входящих в сегнетоэлектрическую пластину с обеих сторон, создавая градиенты температур, необходимые для управляемого процесса образования двух доменов с направленными друг к другу векторами поляризации (доменная струк-тура «голова к голове»). Экспериментально подтверждена эффективность применения светового поглощения для формирования внешних тепловых источников, при помощи которых можно осуществлять как симметричный, так и асимметричный нагрев, определяющий положение условной поверхности с нулевым температурным градиентом и, следовательно, положение междоменной границы.В пластине LiNbO3 толщиной 1,6 мм и длиной 60 мм сформирована симметричная бидоменная структура с противоположно направленными векторами поляризации. Исследована зависимость изгибной деформации консольно закрепленного образца от электрического напряжения в интервале от −300 до +300 В амплитуда деформации составила более 35 мкм. Показана высокая линейность и повторяемость характеристики «электрическое напряжение — изгибная деформация».

Моделирование процессов и материалов

34-38 265
Аннотация

Представлены результаты теоретического квантово−химического изучения механизмов адсорбции атомарного и молекулярного водорода на поверхности современного полимерного материала — пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН). Рассмотрено три варианта ориентации атома водорода относительно поверхности монослоя ППАН и пять вариантов ориентации молекулы водорода относительно поверхности одно− и двухслойного ППАН, различающиеся наличием атомов азота в ближайшем окружении выбранного адсорбционного центра полимера. Построены и проанализированы профили поверхности потенциальных энергий адсорбции атома и молекулы водорода, определены основные энергетические и геометрические характеристики процессов: энергии и расстояния адсорбции, а также зарядовые перераспределения в системах. Доказано, что ни атом, ни молекула водорода не могут адсорбироваться над центром гексагона поверхности однослойного ППАН, в остальных случаях реализуется химическая адсорбция. Для адсорбции над поверхностью двухслойного ППАН адсорбция возможна для всех вариантов ориентации молекулы водорода. Установлено негативное влияние атома азота поверхности полимера на эффективность адсорбции атомарноговодорода и позитивное влияние на адсорбцию молекулярного водорода.

39-42 324
Аннотация

Впервые с использованием полуэмпирической квантово−химической расчетной схемы MNDO для структуры углеродного материала (УМ) на основе термообработанного полиакрилонитрила (ПАН) установлено,что увеличение содержания азота от 14 до 18 атомов в монослоях УМ C46N14H10, C44N16H12, C42N18H14 и водорода от 12 до 22 атомов в монослоях УМ C44N16H12, C44N16H22 приводит к уменьшению энергии связи, увеличению разности между максимальными и минимальными значениями длины связи, валентного угла и локального заряда, а также способствует искривлению структуры УМ. Результаты квантово−химического моделирования подтверждены с помощью данных элементного анализа образцов УМ и нанокомпозита FeNi3/C. Рост температуры ИК−нагрева от 30 до 500 °С способствует снижению концентрацииазота и водорода в УМ и нанокомпозите FeNi3/C.

Эпитаксиальные слои и многослойные композиции

43-46 306
Аннотация

Исследовано влияние условий термического отжига эпитаксиальных слоев GaN : Mg на активацию атомов акцепторной примеси. По результатам измерений методом Холла установлено, что с увеличением температуры отжига концентрация дырок возрастает, а подвижность уменьшается. Наименьшее значение удельного электрического сопротивления получено на образцах, отожженных при температуре 1000 oC. Быстрый термический отжиг (отжиг с высокой скоростью нагрева) позволяет существенно повысить эффективность процесса активации атомов магния в эпитаксиальных слоях GaN. Оптимальное время указанного процесса при температуре 1000 oC составило 1 мин. Показано, что концентрация дырок возросла в 4 раза по сравнению с образцами, подвергнутыми стандартному термическому отжигу.

46-50 310
Аннотация

Представлены результаты моделирования фотоэлектрических преобразователей в системе со спектральным расщеплением солнечной энергии, в которой солнечное излучение разделяется с помощью дихроичных фильтров на три спектральных диапазона (∆λ1 < 500 нм, ∆λ2 = 500÷725 нм, ∆λ3 > 725 нм) и затем преобразуется в электроэнергию фотоэлектрическими преобразователями на основе однопереходных гетероструктур InGaN/GaN, GaAs/AlGaAs и монокристаллического кремния c−Si. Особое внимание уделено исследованию расширения спектрального диапазона поглощения системы за счет более эффективного преобразования ультрафиолетовой части спектра. Суммарный КПД системы на всем спектре варьируется от 21 до 37 % в зависимости от дизайна гетероструктур однопереходных фотоэлектрических пре-образователей и вариантов оптических систем.

51-53 323
Аннотация

Проанализированы возможные технологические варианты утонения полу-проводниковых подложек. Проведена экспериментальная оценка эффективности плазмохимического травления подложек монокристаллического германия с кристаллографической ориентацией (100), применяемых для выращивания гетероэпитаксиальных структур многокаскадных солнечных элементов на основе полупроводниковых соединений АIIIВV. Травление выполнено на установке реактивно−ионного травления с источником высокоплотной плазмы индукционного типа в газовой смеси (SF6 : Ar = 2 : 1) через различные фоторезистивные маски. Для масок на основе фоторезиста ФП−383 с шириной окна 2, 4 и 6,5 мкм травление выполнено на глубину 20 мкм. Для маски на основе фоторезиста ФН−11 с шириной окна 95 мкм травление выполнено на глубину 58 мкм. Отмечено уменьшение толщины маски на основе ФП−383 с 1,5 до 0,87 мкм, а также толщины маски на основе ФН−11 с 10 до 8 мкм. Установлено, что скорость травления, значения которой составили 2,1—3,3 мкм/мин, снижается с увеличением ширины окна маски по степенному закону. Сделан вывод о перспективности применения плазмохимического травления на заключительной стадии технологического процесса изготовления многокаскадных солнечных эле-ментов традиционной и метаморфной конструкций для улучшения энерго-массовых характеристик. 

Физические свойства и методы исследования

54-59 265
Аннотация

Проведены исследования влияния обработки в магнитном поле на структуру и химический состав порошков восстановленного железа. Использованы методы просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, проведены измерения скорости коррозии. Показано, что обработка порошков в установке переменного магнитного поля при напряженности магнитного поля 0,1 Тл и частоте 21 Гц не привела к каким−либо изменениям в структуре и фазовом составе. Форма частиц порошка восстановленного железа сферическая, средний диаметр составляет 2—3 мкм, частицы покрыты аморфной оболочкой. В результате исследования химического состава поверхности частиц установлено, что оболочка представляет собой слой образовавшегося на воздухе естественного оксида/гидроксида трехвалентного железа. Разработана методика определения толщины оксидной оболочки для сферических частиц по отношению интенсивностей фотоэлектронных линий железа с нулевой валентностью и окисленного железа. Показано, что в образцах, обработанных в магнитном поле, толщина оболочки на 10—20 % меньше, чем в необработанном порошке. Обнаружено, что магнитная обработка существенно уменьшает скорость окисления порошков в агрессивной среде: чем больше время обработки, тем меньше скорость коррозии.

60-65 366
Аннотация

Широко распространенная в технологии приборов на основе GaN металлизация Ti/Al/Ni/Au имеет существенный недостаток: грубую шероховатую поверхность. Существуют различные мнения о причинах этого недостатка: агломерация расплавленного алюминия при высоких температурах отжига или возникновение расплава интерметаллидных соединений Au—Al, образующихся в результате взаимодействия алюминия с золотом через промежуточный слой барьерного металла, в частности никеля. С целью проверки влияния первой причины исследована возможность образования шероховатой поверхности после отжига у двухслойной металлизации титан—алюминий Ti(12 нм)/Al(135 нм), которую наносили на пластины кремния с пленкой нитрида кремния толщиной 0,15 мкм. После нанесения металлизации подложки подвергали отжигу в потоке азота. Длительность отжига составляла 300 с при различных температурах в диапазоне 400—700 °С или 30 с при температуре 850 °С. После каждого отжига образцов оценивали результаты термообработки по поверхностному сопротивлению металлизации, внешнему виду и морфологии ее поверхности. Показано, что во время отжига двух-слойной металлизации Ti/Al в ней происходят взаимная диффузия металлов и их активное взаимодействие с образованием их химических соединений, формирующих интерметаллидные фазы, которые делают металлизацию более стойкой к последующим более высокотемпературным отжигам, окислению и химическому травлению. Обнаружено, что после отжига двухслойной металлизации Ti/Al возрастает шероховатость ее поверхности, что приводит к тому, что поверхность металлизации становится слегка матовой. Но образование крупных полусферических выпуклостей, как это про-исходит у многослойной металлизации Ti/Al/Ni/Au, не выявлено. Таким образом, гипотеза о возникновении грубой шероховатости в виде большого числа куполообразных выступов на поверхности контактной металлизации из−за каплеобразования в слое алюминия в результате его плавления при высоких температурах отжига не подтверждена. 

Атомные структуры и методы структурных исследований

66-69 370
Аннотация

Исследован процесс трансформации радиационных дефектов, формируемых имплантацией протонов в кристаллы кремния n−типа проводимости с удельным сопротивлением 100 Ом ⋅ см. Измерения проведены методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии. Показано, что последовательная имплантация протонов с энергией 100 + 200 + + 300 кэВ и флюенсом 2 ⋅ 1016 см−2 приводит к образованию нарушенного слоя толщиной 2,4 мкм с увеличенным параметром кристаллической решетки, который формируется одновременно присутствующими комплексами радиационных дефектов вакансионного и междоузельного типов. Установлено, что в результате отжига облученных кристаллов в вакууме при температуре 600 °С происходит укрупнение радиационных дефектов обоих типов при одновременном уменьшении их количества. После отжига при температуре 1100 °С преобладают дефекты междоузельного типа. На каждой стадии трансформации дефектов оценена их мощность. 



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)