WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. 6 05;06;07;12 Получение, свойства и возможности применения в наноэлектронике лазерных интеркалатов © И.М. Будзуляк, И.И. Григорчак, Б.К. Остафийчук, Л.С. Яблонь Прикарпатский университет им. Василия Стефаника, 76025 Ивано-Франковск, Украина e-mail: bo inter@pu.if.ua (Поступило в Редакцию 14 мая 2001 г.) Обсуждаются результаты экспериментальных исследований структуры и электрических свойств селенида галлия и селенида индия, имеющих слоистую кристаллическую структуру, интеркалированных медью и галлием с помощью лазера.

Рассматривая интеркаляцию — внедрение ионов, ато- ложной, если материал-„хозяин“ является прозрачным мов или молекул в „гостевые“ позиции как своего для лазерного излучения. В этом случае в результате рода кристаллоинженерию, можно предположить, что поглощения „гостевым“ компонентом лазерного излуона может послужить концептуальной основой нано- чения он в течение 2–8 ms переходит в парогазовое технологий для низкоразмерных материалов, которые состояние и за счет больших градиентов концентрапризваны заменить микротехнологии, исчерпавшие свои ции и температуры внедряется в „гостевые“ позиции, возможности на современном этапе. Зарождающаяся размещенные между атомными плоскостями, связанныфизическая наноэлектроника, несомненно, будет тесно ми слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Таким образом, сопряжена с технологическим базисом построения со- регулируя толщину нанесенной пленки и плотность ответствующих приборов, и поэтому развитие послед- энергии излучения лазера, можно легко минимизировать них имеет первоочередное значение. В этом контексте тепловую нагрузку на материал-„хозяин“, а количество известные способы интеркалирования можно условно внедренного „гостевого“ компонента удобно и эффекразделить на три группы: термически экспозиционные, тивно контролировать количеством лазерных облучений.

элементо-селективные и электрохимические [1], при Поскольку предварительное нанесение пленок интеркоторых интеркалирующий компонент размещается на калянта определенного сорта заданной толщины и их „гостевых“ вакансиях соответственно из его жидкой распределение по поверхности легко осуществляется или парогазовой фазы как часть элементо-органического известными методами, то появляется широкая возможкомплекса путем прямой или обменной реакций и в ность сканированного по образцу внедрения одного или виде иона или ион-радикала при электродных поляри- нескольких типов примесей и соответственно формирозациях. Существует возможность получения широкого вания сложных наноструктур. В отличие от известных спектра интеркалатов, но они в то же время непри- способов во многих случаях преодолеваются кинетичегодны для быстрого перестраивания режимов, особенно ские препятствия для эффективной интеркаляции благов мультистадийных комбинациях и для эффективного даря лазерной стимуляции процесса, что дает возможсканирования „гостевыми“ компонентами объема образ- ность интеркалировать нужными элементами, которые ца вследствие присущих им продолжительности и се- другими методами интеркалирования ввести в данный лективности процессов. В ряде случаев перечисленные материал-„хозяин“ не удается.

способы предполагают тепловую нагрузку на материалС целью экспериментального обоснования предложен„хозяин“, которая обусловлена низким давлением пара ного способа в качестве материалов-„хозяев“ испольряда металлов, концентрационным пороговым эффектом зовались селенид индия и селенид галлия, имеющие интеркалирования [2] или кинетическими затруднениями слоистую кристаллическую структуру. Из выращенных массопереноса в твердых телах, что зачастую несовмеметодом Бриджмена слитков были приготовлены образстимо с устойчивостью кристаллической решетки.

цы в форме прямоугольного параллелепипеда размером Цель настоящей работы состоит в устранении выше- 8 4 0.5 mm, в котором две грани перпендикулярны перечисленных недостатков путем расширения извест- кристаллографической оси C, а четыре других паралных основных способов интеркалирования. Предлага- лельны ей. На одну из этих четырех граней методом ется стимулировать процесс интеркалирования путем термического напыления в вакууме наносилась пленка облучения импульсами лазера с плотностью энергии металла (медь, галлий) толщиной 1-3 µm. После этого 2–20 J/cm2 тонкой поглощающей пленки „гостевого“ осуществлялось облучение импульсами неодимого лакомпонента, нанесенной на одну из граней материала- зера, который работал в режиме свободной генерации.

„хозяина“, например, перпендикулярно до слоистой кри- Продолжительность импульса составляла 2 ms, длина сталлической структуры. Облучение можно проводить волны излучения = 1.06 µm, плотность энергии как со стороны нанесенной пленки, так и с противопо- излучения изменялась от 2 до 20 J/cm2. Луч от лазера 42 И.М. Будзуляк, И.И. Григорчак, Б.К. Остафийчук, Л.С. Яблонь Энергетические режимы лазерного способа интеркалирования лазером при тех же условиях контрольных образцов InSe и GaSe ( 20%). Заметна также разница в кинеПлотность энергии Характеристика интеркаляционного тике внедрения Cu при облучении металлизированной излучения, J/cm2 процесса поверхности и противоположной ей. На величину из2 ± 0.2 Отсутствует убедительная идентификаменения удельного сопротивления, перпендикулярного ция внедренного металла слоям () при лазерной интеркаляции, существенным 5 ± 0.5 Заметное внедрение металла с неравобразом влияет количество ионизированных акцепторов номерным распределением по собственного или специального (например, легирова„гостевым“ позициям ние Dy) происхождения. Так, при уменьшении электро9.5 ± 0.5 Равномерное распределение внедренпроводности в первом случае исходных кристаллов в ного интеркалянта 70 раз, а в другом в 3 · 102 раза. 0/n (здесь 0, n — 15 ± 0.5 Становится заметной тепловая нагруз- индексы, нумерующие импульсы) спадает соответственка на образец но до 220–500 и 10–25 с появлением (для последних) областей немонотонности у функциях (x). В отличие 20 ± 0.5 Возрастает тепловая нагрузка на обраот меди внедрение галлия, однотипного с металломзец без существенного изменения „хозяина“ (что является полезным приемом с точки зреколичества „гостевого“ металла ния формирования удобных модельных представлений о феномене интеркаляции), в GaSe вызывает падение электропроводности по мере увеличения галлиевой „гонаправлялся на образец как со стороны напыленной стевой“ нагрузки (рис. 2). Необходимо отметить, что пленки, так и с противоположной под углом 90 ± 10.

изменения int/0 между интеркаляционными импульОблучение со стороны образца проводилось только сами 2 и 3, а также 4 и 5 отвечают случаю падедля моноселенида галлия, прозрачного для данного ния лазерного пучка на грань со стороны нанесенной излучения. В результате масс-спектрального анализа галлиевой пленки, а между 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 — установлено, что для обоих направлений облучения с противоположной. Обнаружено возрастание удельноколичество внедренной меди или галлия возрастает с ростом количества интеркалирующих лазерных импульсов. В таблице приведены характеристики режимов лазерной интеркаляции. Интересным является то, что при одинаковых режимах проведения процесса интеркаляции количество внедренного Ga заметно уступает количеству интеркалированной меди, что может быть связано с большим коэффициентом диффузии и более высокой поглощающей способностью Cu по сравнению с таковыми для галлия в исследуемых матрицах.

Рентгеноструктурный анализ на двухкристальном диффрактометре в CuK-излучении методом Бонда полученных лазерных интеркалятов показал, что после Рис. 1. Зависимость электропроводности перпендикулярно третьего интеркалирования медью расстояние между слоям для InSe (1) и GaSe, облученного со стороны металслоями InSe увеличилось на 0.0026, а для GaSe, облулизированной поверхности (2) и противоположной ей (3), от ченного со стороны, противоположной металлизированчисла лазерных импульсов.

ной поверхности, уменьшается на 0.0069. Контрольное облучение при тех же режимах образцов селенида галлия без нанесенной пленки увеличивает расстояние между слоями на 0.0060 ± 0.0002. Аналогичный „сжимающий“ эффект наблюдается также при интеркаляции литием диоксида кобальта [3] и серебром дителлурида титана [4].

При лазерной интеркаляции медью удельная электропроводность вдоль кристаллографической оси C( C) изменяется по закону, характер которого для обоих соединений представлен на рис. 1. Из него следует, что после третьего интеркалирующего лазерного импульса C в моноселениде индия увеличивается более чем на три порядка, а для GaSe —почти в 2 · 104 раза. ЗафикРис. 2. Изменение удельного сопротивления перпендикулярно сированные изменения электропроводности значительно слоям GaSe от количества лазерных Ga-интеркаляционных превышают соответствующие значения для облученных импульсов.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. Получение, свойства и возможности применения в наноэлектронике лазерных интеркалатов меди. Кроме того, для Cu GaSe обнаружено появление N-образных участков уже после 1-го интеркаляционного импульса в диапазоне напряженностей 20–55 V/cm, которые не найдены в Cu GaSe (для них симметричность ВАХ не изменяется) и Ga GaSe. При этом количество N-образных участков, как и величины избыточных токов, являются возрастающими функциями „гостевой“ нагрузки, а напряженности электрического поля их появления сдвигаются в область более высоких значений при увеличении числа интеркаляционных лазерных импульсов.

Это дает основание наиболее вероятным считать предРис. 3. Отношение темновой электропроводности перпендиположение, что наблюдаемые зависимости напряжение– кулярно слоям к таковой при предварительном освещении (48 часов ранее) как функция количества ларезных интерка- ток связаны с процессами формирования интеркалироваляционных импульсов. нием междуслоевых барьерных структур с компенсацией матрицы в случае Ga GaSe, а для Cu GaSe имеет место увеличение концентрации мелких примесей, вследствие чего толщина этих барьеров становится сравнимой с длиной волны де-Бройля, т. е. они становятся туннельно„прозрачными“. С другой стороны, N-образный вид ВАХ может служить подтверждением модели, предложенной в [8]. В этом случае интеркаляция моноселенида галлия медью приводит к таким изменениям интеграла межслойного взаимодействия () и положения уровня Ферми, что приложенное напряжение, приходящееся на один слой, может становиться большим.

Мы далеки от мысли, что предложенная интерпретация экспериментальных результатов исчерпывает все варианты, и надеемся, что они будут стимулировать дальнейшие исследования в этой развивающейся облаРис. 4. Вольт-амперная характеристика соединений лазерного сти наноэлектроники.

интеркалирования GaSe медью (A) и галлием (B) (цифры — количество импульсов).

В заключение авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность профессору З.Д. Ковалюку за предоставленные образцы для интеркалирования, а С.В. Гаврилюку и В.В. Нетяге за помощью при провего сопротивления переменному току перпендикулярно дении рентгеновских и ВАХ измерений.

слоям при внедрении галлия во всей исследованной частотной области (0.1 Hz–20 MHz), причем оно меньше в ее высокочастотной части. Список литературы Изучение релаксационных процессов позволило обна[1] Thomas J.M. // Physico-chemical Aspects of Intercalation ружить довольно редкие и интересные эффекты, связанPhenovena. Proc. NATO Advantige Study Institute. Dordrecht ные с изменением темнового удельного сопротивления (Holland), 1984. P. 521–543.

перпендикулярно слоям GaSe и InSe в зависимости от [2] Kochkin V.M., Dmitriev Y.N. // Chem. Rev. 1994. Vol. 19. P. 1– степени интеркалирования медью (рис. 3), обусловлен138.

ные привнесением интеркалированием явлений отрица[3] Honders A., Kinderen J.M., Heeren A.H. et al. // Solid State тельной остаточной фотопроводимости и ее темпераIonics. 1984. Vol. 4. N 3. P. 205–216.

турного гашения [5–7], а также установить узкие кон[4] Титов А.Н. // Неорган. материалы. 1997. Т. 33. № 5. С. 534– центрационные „гостевые“ интервалы фотостимуляции 538.

роста межзеренных (межфазных) барьеров, что может [5] Абдинов А.Ш., Кязым-заде А.Г., Ахмедов А.А. // ФТП. 1978.

Т. 12. Вып. 9. С. 1759–1762.

послужить первым шагом по созданию наноструктур с [6] Абдинов А.Ш., Кязым-заде А.Г. // ФТП. 1975. Т. 9. Вып. 10.

зарядовой связью и фотоварикапов.

С. 1970–1975.

Исследования вольт-амперных характеристик образ[7] Абдинов А.Ш., Кязым-заде А.Г. // ФТП. 1976. Т. 10. Вып. 1.

цов до и в процессе лазерного интеркалирования С. 81–84.

показали (рис. 4), что в общем плане вследствие [8] Артеменко С.М., Волков А.Ф. // ФТТ. 1981. Т. 23. Вып. 7.

лазерно-индуцированного внедрения галлия симметричС. 2153–2155.

ная вольт-амперная характеристика (ВАХ) приобретает четко выраженный диодный характер, который более трудно было усмотреть в случае лазерного введения Журнал технической физики, 2002, том 72, вып.




© 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.