WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 5 Оптический край поглощения и его модификация при распаде пленок твердых растворов теллурида и сульфида кадмия © А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин Санкт-Петербургский технологический институт, 198013 Санкт-Петербург, Россия (Получена 8 июля 1996 г. Принята к печати 25 октября 1996 г.) Изучены спектральные зависимости пропускания и поглощения метастабильных пленок CdSxTe1-x как до термоактивированного распада, так и после него. Предложена модель процессов пропускания в неупорядоченных многофазных системах. Выявлены корреляционные связи между характерными точками на кривых пропускания и составом твердого раствора.

В силу многих причин в подавляющем большинстве МИИ-4. Электронографические исследования проводинаучных работ, посвященных оптическим свойствам той лись на электронографе ЭМР-100, а рентгенофазовый или иной системы, анализу, как правило, подвергается анализ — на установке ДРОН-2. Оптические измерения поглощение света. Пропускание же обычно не анализи- осуществлялись на спектрофотометре СФ-26 при комруется. В связи с этим на представляется полезным про- натной температуре.

вести такой анализ на пленках твердых растворов (ТР) CdSxTe1-x и сопоставить его результаты с традиционно Результаты эксперимента принятым подходом.

Выбор модельного объекта обусловлен главным обраРезультаты исследования коэффициента пропускания зом двумя причинами. Первая — это широкий спектр твердого раствора CdSxTe1-x представлены на рис. 1.

свойств ТР соединений AIIBVI, вызывающих постоянный Кривая 1 соответствует пропусканию образца сразу поинтерес исследователей и практиков. Вторая — просле приготовления; кривая 2 соответствует тому же стота моделирования ярко выраженной метастабильной образцу после термического воздействия. На этом же рисистемы. Посделнее достигается синтезом в резко несунке для сравнения представлены кривые пропускания равновесных условиях, например синтезом на подложке, пленок CdS (кривая 3) и CdTe (кривая 4).

охлажденной до температуры, близкой к температуре Как можно видеть из рисунка, спектральная зависижидкого азота [1,2]. Метастабильность системы делает мость пропускания свежеприготовленной пленки тверее удобным объектом для исследования фазовых преврадого раствора может быть в первом приближении предщений и, соответственно, для исследования корреляциставлена как линейная суперпозиция кривых пропускаонных связей между пропусканием и составом.

ния пленок теллурида и сульфида кадмия, в которой интервалу длин волн 570–800 нм отвечает ослабление Методика эксперимента зависимости коэффициента пропускания от длины волны.

После отжига образца ступенчатый характер кривой и исследованные образцы пропускания сглаживается (кривая 2). Пропускание в Пленки приготавливались методом теплового экра- интервале длин волн 570–800 нм возрастает.

на [3] из мезанической смеси порошков CdS и CdTe. На рис. 2 представлены типичные результаты исСмесь помещалась в реактор, разогревалась до темпе- следования коэффициента поглощения в пленках ТР ратуры сублимации, а подложка охлаждалась жидким CdSxTe1-x. Кривая 1 получена от свежеприготовленного азотом. Реактор с разогретым до температуры сублимации порошком (T = 1020 K) и охдажденная подложка совмещалась манипулятором только на время синтеза (не более нескольких секунд). Синтез осуществлялся в вакууме 10-3 Па на подложке из слюды-мусковит.

Согласно рентгенофазовому и электронографическому анализу пленки имели структуру, близкую к поликристаллической. Термоактивированный распад ТР осуществлялся в вакууме путем нагрева до температуры 600 K и выдержки при этой температуре в течение 2 ч. Температуры подложки и реактора контролировались, соответственно, медь-константановой и хромель-алюминиевой Рис. 1. Спектральные зависимости пропускания пленок ТР термопарами. Толщина образцов не превышала 1 мкм.

CdSxTe1-x до (1) и после (2) термоактивированного распада и Оценка толщины проводилась на микроинтерферометре пленок CdS (3) и CdTe (4).

636 А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин Исследованные пленки ТР синтезировались из паровой фазы путем конденсации в вакууме на подложку.

Рост пленок при такой методике синтеза осуществляется через зародышеобразование и послойно. Поэтому состав ТР флуктуирует по объему. Поскольку CdSxTe1-x являются варизонными ТР, то вместе с флуктуациями состава имеют место флуктуации поглощающих свойств объема пленки. Тот или иной набор поглощающих областей (рассеивателей) на пути света, согласно вышесказанному, можно рассматривать как типичную или репрезентативную конфигурацию.

В обсуждаемом эксперименте площадь поперечного сечения образца была экспоненциально велика по сравнению с его толщиной, а это значит, что для интерпретации данных можно воспользоваться результатами, Рис. 2. Спектральные зависимости коэффициента поглощения полученными для одномерной модели [5]. В этом слуТР CdSxTe1-x до (1) и после (2) термореактивного распада.

чае экспериментально наблюдаемое пропускание можно рассматривать как образца, а кривая 2 — от того же образца после его D S-1 DL, (2) отжига. Результаты соответствуют образцу, пропускание которого рассматривалось выше, на рис. 1.

где D — экспериментально наблюдаемое пропускание, Как можно видеть из рисунка, коэффициент поглоS — площадь пленки, DL — пропускание репрезенщения образца как до отжига, так и после него тативной конфигурации (среднее значение пропускания постепенно растет в интервале нескольких эВ. В оболинейной цепочки).

их случаях кривые содержат экспоненциальный участок Для одномерной цепочки [5] роста (край Урбаха), удовлетворяющий эмпирическому соотношению [4]:

DL = exp -nL(1 - D), (3) = 0 exp -(E - )/kT, (1) где L — длина цепочки, n — плотность рассеивателей, D — прозрачность одного рассеивателя в цепочке.

где 0, — некоторые постоянные; E — ширина Поскольку коротковолновые фотоны поглощаются запрещенной зоны; — энергия фотона.

всеми областями неоднородных пленок CdSxTe1-x, а Кривая поглощения отожженного образца характеридлинноволновые только областями с составом, обеспезовалась меньшим значением параметра.

чивающим малую ширину запрещенной зоны, величина n для света каждой длины волны будет иметь свое значение. Это значит, что спектральные зависимости, Обсуждение результатов представленные на рис. 1, можно рассматривать как результат функциональной связи между концентрацией Как известно, пропускание в общем случае не является самоусредняющейся физической величиной. Оно муль- рассеивателей и длиной волны падающего света.

Кривая 1 на рис. 1, соответствующая свежеприготипликативно зависит от размеров объекта и основной вклад в его среднее значение вносят ”хвосты” распре- товленному образцу, в области 570–800 нм демонстрирует пониженное пропускание. Согласно (2), (3), это деления вероятностей конфигураций рассеивателей. По этой причине теоретическое описание таких величин указывает на то, что в этой области концентрация является весьма сложной задачей, решение которой даже рассеивателей существенно увеличивается, а в точке в одномерном случае в настоящее время известно лишь перегиба m спектральной кривой имеет место максимум приближенно. изменения концентрации. Это в свою очередь значит, что Согласно современным научным представлениям, про- образец преимущественно содержит области с шириной пускание неупорядоченной системы определяется так запрещенной зоны, соответствующей энергии фотона m, называемыми репрезентативными конфигурациями рас- которая через функциональную связь между шириной сеивателей, под которыми подразумевают такие реали- запрещенной зоны и составом ТР позволяет определить зации, для которых пропускание находится в достаточно последний.

малой окрестности своего среднего значения [5]. Состав Состав ТР, определенный таким образом для образрепрезентативных конфигураций не является в общем ца, представленного кривой 1 на рис. 1, оказался равслучае наиболее вероятным составом, но именно он вме- ным x = 0.60, что близко к результату, полученному сте с концентрацией репрезентативных конфигураций из рентгегофазового и электронографического анализа определяет свойства коэффициента пропускания объекта. (x = 0.58).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Оптический край поглощения и его модификация при распаде пленок твердых растворов... Согласно рентгенофазному и электронографическому Спектральные зависимости коэффициента поглощения анализу, свежеприготовленные образцы CdSxTe1-x были имеют вид, характерный для неупорядоченных полупрооднофазными. Однако из того, что их спектральные водников [4]. Такое поведение материалов пока не нашло зависимости пропускания были близки к линейной суоднозначного объяснения. Однако известно, что при увеперпозиции спектральных кривых CdS и CdTe, можно личении неупорядоченности имеет место большее разпредположить, что в них содержатся репрезентативные мытие края поглощения и соответственно уменьшение конфигурации с составом, близким к указанным бинарпараметра [7]. Это коррелирует с данными наших исным соединениям. Их концентрация в исследованных следований CdSxTe1-x. После отжига образца, который, образцах, очевидно, невелика; поэтому они не регистрисогласно вышепредставленным результатам, приводил к руются ни с помощью рентгеновских лучей, ни с помораспаду ТР, уменьшается.

щью электронографии. Пропускание же, как указывалось Для оценки оптической ширины запрещенной зоны в выше, обусловлено ”хвостами” распределения вероятнослучае урбаховского края поглощения используют ”колестей и поэтому очень чувствительно к относительным но” на спектральной кривой поглощения. Это довольно флуктуациям.

грубый способ определения и обычно он приводит к Подтверждением наличия флуктуаций состава являютрезультату, несколько меньшему, чем ширина зоны из ся электрофизические исследования, согласно которым других измерений [4].

потенциальный рельеф зон пленок ТР соединений AIIBVI, выращенных методом конденсации пара на подложке, Аналогично соотносятся и результаты, полученные определяется в основном флуктуациями состава ТР [6].

нами, что видно из рис. 2. На кривых рисунка стрелПосле отжига образцов зависимость их коэффициента ками обозначены величины щели, рассчитанные нами из пропускания становится более монотонной. Область с спектральных кривых коэффициента пропускания.

пониженным пропусканием исчезает (рис. 1, кривая 2).

Во многих случаях для неупорядоченных систем за В рамках предполагаемой модели это означает появлеэкспоненциальным краем поглощения следует зависиние в объеме репрезентативных конфигураций с хоромость [4] шим пропусканием в указанном спектральном диапазоне, а значит, уменьшение концентрации областей с наиболее = B - E /, (6) характерным составом (для рассматриваемого образца x = 0.60). Рентгенофазовый и электронографический где B — некоторая константа.

анализ подтверждает этот вывод и регистрирует распад Экстраполируя эту квадратичную зависимость, нахоТР на две фазы.

дят ширину запрещенной зоны.

Согласно предлагаемой модели, казалось бы, спекВ исследованных системах CdSxTe1-x квадратичная тральные кривые таких образцов должны содержать две область оказывается очень узкой, а ее экстраполирохарактерные точки. Однако графическим дифференциивание давало значительно заниженный результат. Для рованием удавалось выделить только одну — в области образцов, спектральные кривые которых представлены коротки длин волн. Состав фазы, оцененный по этой на рис. 1, 2 E =(1.45-1.55) эВ.

точке, совпадал с результатами электронографического и рентгенофазового анализа для одной из регистрируемых Подобное расхождение, на наш взгляд, может быть фаз (x = 0.78).

объяснено нетипичным характером плотности состояний Отсутствие второй характерной точки, на наш в исследованных CdSxTe1-x. Теоретический вывод квавзгляд, обусловлено размытием края поглощения каждой дратичной зависимости величины от базируется области-рассеивателя и возрастанием относительного на предположении о параболических зонах. В исследосреднеквадратичного отклонения пропускания D. Сованных же системах имеют место сильные флуктуации гласно [5], относительное среднеквадратичное отклонезон. Это, нам представляется, может существенно изние равно менить вид плотности состояний. Поэтому энергию E, =N-0.5, (4) определенную путем экстраполяции экспериментальной где N — число линейных цепочек в образце, а — кривой (6), следует рассматривать лишь как некоторую среднеквадратичное отклонение пропускания одной лихарактеристическую энергию, как-то связанную с ширинейной цепочки:

ной запрещенной зоны.

0.В заключение отметим, что выявленная корреляци = exp[nL(1 - D)] - 1. (5) онная связь между характерными точками на кривой пропускания и составом ТР проверялась нами и на Поскольку широкозонные области прозрачны для других системах. В частности, было получено хорошее длинноволнового излучения, можно считать, что в этом согласие результатов для пленок CdSexTe1-x при испольспектральном диапазоне в образце уменьшается число эффективных рассеивателей и, следовательно, уменьша- зовании функциональной зависимость между составом и ется n, что согласно (4) и (5) и обусловливает сглажи- шириной запрещенной зоны, определенной из фотолю вание спектральной зависимости пропускания. минесцентных измерений.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 638 А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин 1. Заключение 1. Край поглощения пленок твердых растворов CdSxTe1-x, синтезированных в резко неравновесных условиях, как до термоактивированного распада, так и после него имеет вид характерный для неупорядоченных систем — край Урбаха.

2. Процессы пропускания в системах типа CdSxTe1-x можно удовлетворительно интерпретировать на основе модели репрезентативных конфигураций в виде линейных цепочек.

3. Спектральные зависимости коэффициента пропускания являются чувствительным индикатором фазового состава системы, позволяющим при определенных условиях идентифицировать фазовый состав.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (№ 96-02-19138).

Список литературы [1] J. Mendolia, D. Lemoine. Phys. St. Sol. (a), 97, 601 (1986).

[2] А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин. ФТП (в печати № 1783).

[3] A.P. Belyaev, I.P. Kalinkin. Thin Sol. Films, 158, 25 (1988).

[4] Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристаллических веществах (М., Мир, 1982) ч. 1.

[5] И.М. Лифшиц, С.А. Гредескул, Л.А. Пастур. Введение в теорию неупорядоченных систем (М., Наука, 1982).

[6] А.П. Беляев, И.П. Калинкин, В.П. Санитаров. ФТП, 18, 1975 (1984).

[7] А.П. Беляев, В.П. Рубец, Х.А. Тошходжаев, И.П. Калинкин, ФТП, 26, 1755 (1992).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.