WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1 Воздействие импульсного лазерного излучения на реальную структуру монокристаллов CdTe © И.Л. Шульпина, Н.К. Зеленина, О.А. Матвеев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступила в Редакцию 19 июня 1997 г.) Метод обратного отражения рентгеновской дифракционной топографии использовался для изучения изменений реальной структуры поверхностного слоя монокристаллов CdTe в результате воздействия импульсного излучения рубинового и неодимового лазеров. Обнаружено, что структурные изменения зависят главным образом, от мощности излучения, от присутствия легирующей примеси, а также от ориентации и формы поверхности образца. Обсуждаются три ярко выраженных эффекта: интегральное улучшение реальной структуры поверхностного слоя, периодический рельеф поверхности кристаллов и ячеистая двойниковая структура.

Различные виды лазерной обработки материалов, в длительность импульса в обоих случаях составляла том числе лазерное внедрение примесей, относятся к 20 ns. При облучении рубиновым лазером поглощение новейшим технологиям создания современных приборов. лазерного излучения происходит в приповерхностной В применении к кристаллам Si, GaAs, CdTe лазерное вне- области кристалла CdTe (коэффициент поглощения дрение примесей используется для создания омических K = 6 · 104 cm-1 [10]), осуществляя ее разогрев.

и выпрямляющих контактов и этот способ легирования Излучение неодимового лазера слабо поглощается криприобретает все большее распространение [1,2]. Однако сталлом (K = 1-3cm-1[10]), поэтому использовались возникающие при облучении структурные дефекты мо- образцы CdTe с нанесенной вакуумным испарением гут оказывать существенное влияние на электрические пленкой легирующей примеси (например, Al), которая характеристики приборов [3,4]. В этой области еще после облучения химически стравливалась. Облучение много неисследованного; особенно мало информации о проводилось со стороны, обратной нанесенной пленке.

структурных изменениях в кристаллах CdTe, который При этом, поглощаясь в пленке, лазерное излучение весьма чувствителен к нагреву [5]. В отношении полуиразогревает приконтактную область кристалла.

золирующих кристаллов CdTe основным преимуществом Для фокусирования и выравнивания интенсивности лазерного внедрения перед другими способами легироизлучения по сечению пучка использовался фокон с вания является разогрев только тонкого поверхностного выходным диаметром 0.7 cm. Образец устанавливался слоя. Ожидается, что основные структурные изменения практически вплотную к выходному концу фокона. Оббудут протекать в CdTe также в тонком слое и будут лучение производилось в широком интервале мощнозначительными. Есть надежда, что их можно фиксировать стей — (0.2-1.8) J/cm2.

с помощью рентгенотопографического метода обратного Исследовались кристаллы CdTe, выращенные из расотражения [6,7].

плава в безградиентном тепловом поле печи [11]. ОбразCdTe является сильно поглощающим материалом, и цы размером 8 8 1.5 mm вырезались из монокриего дифракционное рентгеновское исследование имеет сталлических пластин, ориентированных в основном по особенности. Они хорошо изучены [7–9] и позволяют плоскости (111). Поверхность образцов приготовлялась использовать Cu K-излучение для изучения структуры механической шлифовкой и полировкой с последующей поверхностного слоя толщиной в несколько микрон, химической полировкой.

практически не учитывая вклада его обычно ячеистой Для исследования реальной структуры кристаллов дислокационной объемной структуры, которую можно применялся метод отражения рентгеновской дифракцинаблюдать в Mo K-излучении. Поэтому рентгенотопоонной топографии. Использовалось Cu K-излучение и графический метод отражения был выбран основным при серия отражений. При этом вывод кристаллов в отражеисследовании структурных изменений, происходящих в ние и оценка степени их структурного несовершенства CdTe под влиянием мощного импульсного излучения в (например, блочности, присутствия макронапряжений, условиях, близких к режимам внедрения легирующих крупных включений и т. п.) производились в камере УРТ примесей.

или КРС с помощью телевизионной установки ”Старт”, а подробные исследования выполнялись на фотопластин1. Условия эксперимента. ках для ядерных съемок типа МК с толщиной эмульсии 15 и 50 µm.

Характеристика образцов Для проведения исследований отбирались кристаллы, В работе использовался импульсный лазер не содержащие блоков и обладающие наиболее однородОГМ-40 с двумя головками: рубиновой (длина ной реальной структурой. Однако субзерна, малоугловые волны = 0.694 µm) и неодимовой ( = 1.06 µm), границы и макронапряжения в образцах присутствовали.

Воздействие импульсного лазерного излучения на реальную структуру монокристаллов CdTe Рис. 1. Изменение структуры поверхностного слоя образца CdTe в результате облучения неодимовым лазером с энергией 0.3J/cm2. a — до облучения, b — после облучения, Cu K-излучение, отражение 620, в правом нижнему углу — круглая метка.

Плотность дислокаций, оцениваемая по дополнительной глубина проникновения лучей t. Она уменьшалась для съемке в отражении 444 в Mo K-излучении, была в них от 4 до 0.7 µm. Для 444-отражения t = 6.7 µm. Это пределах 10-4-105 cm-2. Характер дислокационной та толщина поверхностного слоя кристалла, которая в структуры типично ячеистый. Характерной особенно- принципе может дать вклад в формирование дифракцистью реальной структуры образцов является наличие в онных изображений дефектов.

них мелких и редких включений округлой формы, пред- Отражениями, наиболее чувствительными к слабым положительно Te [12]. Единичные и наиболее крупные из поверхностным нарушениям, возникающим в результате них генерировали дислокации вдоль направлений 110. лазерного облучения, в наших условиях оказались поНа топограммах они видны, как звездочки. следние в приведенном ряду. Из соображений удобства съемки рабочим отражением было выбрано 620. Для него угол падения лучей на кристалл составляет 5.2. Методика исследований (для 711 — 2.6) при точной ориентации поверхности кристалла (111). Для съемок топограмм в этих отраРеальная структура исходных образцов вполне можениях в наших условиях не требовалось сканировагла быть охарактеризована на основании топограмм, ния кристалла и фотопластинки (для других отражений полученных в Cu K-излучении и отражении 444 в оно необходимо). Для выяснения физической природы однокристальной схеме съемки, поскольку в этих услокартин, наблюдающихся на топограммах (см. далее) виях выявились практически все важные структурные применялась съемка по двухкристальной схеме. В этом дефекты, кроме дислокаций, (которые в этих условиях случае монохроматором служил кристалл Ge.

видны слабо или вовсе не видны). Однако после лазерного облучения, особенно при невысокой мощности 0.3-0.5 J/cm2, этого оказывалось недостаточно, и 3. Результаты был осуществлен поиск более чувствительных условий съемки кристаллов.

После лазерного облучения в интервале энергий Для кристаллов с поверхностью (111) опробовались (0.2–0.3) J/cm2 происходит интегральное улучшение асимметричные отражения 422, 531, 331, 440, 620, 711.

структуры поверхностного слоя, что проявляется на Для них по формуле топограммах трояко (рис. 1, a, b). Во-первых, уменьшается интегральная интенсивность отражения в области t = 2.3/ µ cosec( + ) +cosec( - ), облучения в сравнении с необлученной поверхностью образцов, что отвечает увеличению структурного совергде µ — линейный коэффициент поглощения рентгенов- шенства кристаллов. Во-вторых, залечиваются мелкие ских лучей, — угол Брэгга, — угол наклона отража- царапины, привнесенные в технологическом процессе ющей плоскости к поверхности образца, рассчитывалась облучения. В-третьих, увеличивается контраст отдельФизика твердого тела, 1998, том 40, № 70 И.Л. Шульпина, Н.К. Зеленина, О.А. Матвеев Рис. 2. Изменение структуры области, облученной рубиновым лазером. Проявление структуры рекристаллизации: a — локальное при E = 0.8J/cm2, b — по всей площади при E = 1.37 J/cm2, c — увеличенный фрагмент топограммы a. Cu K-излучение.

a, c — отражение 440, b — 620.

ных дефектов, в том числе включений, число которых С точки зрения формирования дифракционного рентувеличивается, а размеры существовавших до облучения геновского изображения картина может быть обязана лирастут. Последнее явление объясняется релаксацией на- бо периодической деформации кристалла (типа упругих пряжений вокруг включений, что способствует лучшей волн, возникающих, например, в результате сильного имих выявляемости за счет генерации ими дислокаций. пульсного воздействия), либо периодическому рельефу Соответственно, дислокации вокруг крупных включений его поверхности.

разбегаются дальше. Этому явлению безусловно способ- Чтобы приблизиться к объяснению физической прироствует нагрев поверхностного слоя кристаллов. ды наблюдаемой картины, было сделано следующее. ВоПри энергии больше 0.3 J/cm2 на топограммах наблю- первых, мы попытались выяснить, связана ли данная кардается периодическая картина, напоминающая интерфе- тина с изменением исходной дислокационной структуры ренционную, в виде колец или контуров с уменьшаю- кристаллов. К сожалению, разрешения топограмм, снящимся к периферии периодом (рис. 2, a, b). Видимость тых в Mo K-излучении, не достаточно, чтобы уверенно этой картины явно зависит от энергии облучения. При говорить об этом, но, по нашему мнению, заметной переприпороговых значениях энергии 0.3J/cm2 она видна стройки исходная дислокационная структура кристалла лишь в отражениях 620 и 711, а при больших — в 440, не претерпевает.

531 и даже 422. Во-вторых, была использована двухкристальная схема Вид картин различается для разных образцов, что съемки топограмм с уменьшенной дисперсией рентгезаставляет предполагать зависимость типа картины от новского излучения, которая практически не повлияла на формы поверхности образца, которая не является иде- видимость контуров и склонила наше мнение в пользу ально плоской, а приобретает некоторую выпуклость в периодического рельефа поверхности кристаллов как результате длительной химической полировки. физической причины наблюдаемой картины.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Воздействие импульсного лазерного излучения на реальную структуру монокристаллов CdTe Здесь следует сказать, что картина периодических кон- можно рассматривать как структуру рекристаллизации, туров обнаруживается на кристаллах визуально. Кроме несколько расширив это понятие [13], распространив его того, периодическая структура видна на предметном сте- на двойники особого вида, которые часто встречаются в кле, отделяющем кристалл от фокона, и, по-видимому, полупроводниковых материалах. Как известно, в металобязана своим происхождением продуктам испарения лах рекристаллизация приводит к формированию больCdTe, образующимся при нагреве. шеугловых границ. По-видимому, в полупроводниках при В связи с тем что по нашим наблюдениям эта картина рекристаллизации ячеистая дислокационная структура зависит от зазора стекло–образец, который определяется может быть преобразована в ячеистую двойниковую.

кроме прочих условий, формой поверхности образца, Возможно, что это преобразование структуры должно она может быть связана с поведением парообразных сопровождаться и изменением свойств поверхностного продуктов в малом зазоре. Этот вопрос продолжает слоя CdTe, что характерно для рекристаллизации вообактивно изучаться, и результаты его выяснения будут ще [12,13].

опубликованы позже.

В процессе работы при облучении неодимовым лазеВ работе проводилось изучение структурных измером использовалось покрытие поверхности CdTe слоем нений CdTe при последовательном увеличении энергии Al, которое осуществлялось способом вакуумного напылазерного излучения. При этом был обнаружен третий ления. При структурных исследованиях было замечено, интересный эффект облучения — образование ячеистой что присутствие Al в поверхностном слое CdTe опредвойниковой структуры.

деленным образом влияет на процесс рекристаллизации Впервые она была выявлена локально при облучении и формирование ячеистой двойниковой структуры. Al, рубиновым лазером с энергией 0.8 J/cm2. На топорастворяясь в большой концентрации в CdTe, может граммах она проявляется в виде треугольной сетки с способствовать образованию более мелкомасштабной границами вдоль направлений 211 (рис. 2, a, c). Длина двойниковой ячеистой структуры. Исследования в этом границ изменяется в пределах 250-50 µm.

направлении продолжаются.

Центр области с такой структурой не совпадает с центром периодических контуров, но совпадает с цен4. Обсуждение результатов тром области облучения. Протяженность области в двух взаимно перпендикулярных направлениях относитВ работе описаны предварительные результаты изучеся, как 1 : 2.

ния структурных изменений в приповерхностных слоях При облучении с энергией 1.37 J/cm2 такой тип струкCdTe под влиянием лазерного облучения в режимах туры наблюдается по всей площади облученной облалегирования примесями. Обнаружены явные признаки сти диаметром 7 mm, за исключением тонкого обода у структурной перестройки, что не является неожиданным, периферии, шириной 300 µm, но сама структура знапоскольку лазерное облучение сопровождается нагревом чительно мельче, особенно в центре области (рис. 2, b).

поверхностного слоя CdTe. Этот нагрев может быть Длина границ ячеек здесь 30 µm, к периферии она настолько значительным, что происходит расплавление увеличивается до 150 µm. При более высоких значениях поверхностного слоя. Интересно отметить, что при энерэнергии (1.81 J/cm2) такой тип структуры наблюдается гии облучения 0.3J/cm2, когда становится заметной отчетливо только у периферии области облучения, а в обнаруженная нами картина периодических контуров, центре приобретает неупорядоченный характер.

толщина расплавленного слоя по расчетам [10] состаОписанный тип структуры наблюдается на фоне карвляет 250-300. При этом происходит интегральное тины периодических контуров и с этой картиной кажется улучшение реальной структуры поверхности кристалла.

не связанным.

Однако при этом мы не наблюдаем значительного изБыла предпринята попытка выяснить строение границ менения структуры поверхностного слоя. Четко наблюячеек. В частности, определена их кристаллографическая даемая рекристаллизация и существенная перестройка ориентировка по 211, что говорит в пользу двойников, структуры поверхностного слоя происходит, по нашему а не дислокаций, для которых характерны направления мнению, при более высокой энергии 0.8J/cm2, что по 110. Далее выяснялась выявляемость трех систем тем же расчетам [10] отвечает расплавлению 1400.

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.