Способ получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом биполярного дрейфа

(51) 11 11/00 (2012.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом биполярного дрейфа, и может быть использовано в качестве фоточувствительных слоев в приборах и устройствах, в ксерографии и оптической записи информации. Достигаемый технический результат - наличие биполярной проводимости, увеличение дрейфовой подвижности носителей зарядов и скорости осаждения пленок. Способ получения мышьякосодержащих халькогенидных стеклообразных полупроводниковых пленок с эффектом биполярного дрейфа, включающий неравновесное высокочастотное ионно-плазменное распыление селенидов и сульфидов мышьяка в атмосфере газа и их осаждение на диэлектрические подложки в условиях среднего вакуума, высокочастотного напряжения поля с последующей термообработкой осажденного слоя при температуре близкой к температуре размягчения. В качестве сульфидов и селенидов мышьяка используют двойные и тройные составы 23, 23, 403030 и осаждение ведут в атмосфере смеси газа аргона и водорода при соотношении 8020.(72) Приходько Олег Юрьевич Мальтекбасов Марат Жабыкбаевич Алмасов Нурлан Жумабекович Коробова Наталья Егоровна Пузикова Дарья Сергеевна Рягузов Александр Павлович Максимова Суюмбика Якубовна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Сарсембинов Ш.Ш., Приходько О.Ю.,Мальтекбасов М.Ж., Джакелов С.А., Максимова С.Я., Аверянов В.Л. - Биполярный перенос носителей заряда в аморфных пленках 23,полученных методом ВЧ- распыления// Письма в журнал технической физики, 1990(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЫШЬЯКОСОДЕРЖАЩИХ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ С ЭФФЕКТОМ БИПОЛЯРНОГО ДРЕЙФА(57) Изобретение относится к способу получения толстых и тонких пленок, в частности к получению Изобретение относится к способу получения толстых и тонких пленок, в частности к получению мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников,и может быть использовано в качестве фоточувствительных слоев в приборах и устройствах, в ксерографии, оптической и термопластической записи информации. Известен способ получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с помощью спиннингирования 0,1 М раствора халькогенидных стеклообразных полупроводников в н-бутиламине на подложки кремния и оксида кремния в течение 30 секунд со скоростью вращения 3000 оборотов в минуту с последующим отжигом в вакууме Р 5 Па при температуре 45-90 С в течение часа (Т. , . .-, .- . - 353 (2007) 14371440). Недостатками этого способа получения халькогенидных стеклообразных полупроводниковых пленок являются морфологическая шероховатость полученных пленок порядка 18-29 нм при толщине 1 мкм и длительность процесса. Для получения толщины в 1 мкм необходимо 4-5 стадий нанесения. Известен способ получения некристаллических полупроводниковых аморфных пленок тройного состава 403030 с помощью термического испарения в вакууме (- ,.,,.403030//. - . - 2003 326-327. - . 146-153.). Недостатками этого способа получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников являются 1) при напылении сложных составов различие в скорости испарения отдельных компонентов приводит к изменению состава плнки по сравнению с исходным составом материала,помещнного в испаритель,2) в мышьякосодержащих аморфных пленках халькогенидных стеклообразных полупроводников наблюдают фотовыпрямление (т.е. величина фототока в коротковолновой области спектра существенно зависит от полярности напряжения на освещаемом электроде). Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников на примере модельных составов селенида мышьяка включающий неравновесное(23),высокочастотное ионноплазменное распыление (ВЧметод) в атмосфере инертного газа. В качестве рабочего газа используют аргон. Давление газа в разрядной камере достигает от 0,8 до 1 Па,амплитуда высокочастотного напряженияот 400 до 470 В, скорость осаждения пленок от 1,0 до 2,0 мкм/ч. Для стабилизации структуры и свойств 2 свежеприготовленные пленочные образцы отжигают в течение одного часа при температурах,близких к температуре размягчения . Значениев зависимости от состава халькогенидных стеклообразных полупроводников составляет от 400 до 440 К. Толщина полученных 23 пленок составляет 1-10 мкм, а величина дрейфовой подвижности 10-5 см 2/(Вс). (Сарсембинов Ш.Ш.,Приходько О.Ю., Мальтекбасов М.Ж., Джакелов С.А., Максимова С.Я., Аверьянов В.Л. Биполярный перенос носителей заряда в аморфных пленках 23, полученных методом ВЧ - распыления // Письма в журнал технической физики, 1990, Т. 16,Вып. 12, с. 49-53). Недостатками известного способа являются получение мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с недостаточно высокой скоростью осаждения и низкой величиной дрейфовой подвижности носителей заряда. Задачей предполагаемого изобретения является разработка способа получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников, путем изменения условий испарения и конденсации атомов на подложку,обеспечивающего возможность получения биполярной проводимости с максимальной величиной дрейфовой подвижности носителей зарядов (дырок и электронов). Техническим результатом является наличие биполярной проводимости, увеличение дрейфовой подвижности носителей зарядов и скорости осаждения пленок. Технический результат достигается способом получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом биполярного дрейфа включающим неравновесное высокочастотное ионно-плазменное распыление селенидов и сульфидов мышьяка в атмосфере газа и их осаждение на диэлектрические подложки в условиях среднего вакуума (давление в камере от 0,9 до 1 Па), высокочастотного напряжения поля амплитудой от 400 до 470 В, с последующей термообработкой осажденного слоя при температуре близкой к температуре размягченияот 400 до 440 К, но в отличие от известного в качестве сульфидов и селенидов мышьяка используют двойные и тройные составы 23, 23, 403030 и осаждение ведут в атмосфере смеси газов аргона и водорода при соотношении 8020. Заявляемый способ позволяет решить поставленную задачу с достижением требуемого технического результата. Управление электронными свойствами в халькогенидных стеклообразных полупроводниках возможно с помощью структурных модификаций в материале, т.е. сохраняя химический состав можно изменить атомную структуру (Мотт И., Девис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М. Мир, 1982, 560 с.). При получении ВЧ-методом мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников параметры технологического процесса подбирают таким образом, чтобы состав пленок соответствовал исходному составу халькогенидных стеклообразных полупроводников (23, 23, 403030),полученные пленки были аморфными и с высокой величиной биполярной дрейфовой подвижности заряда, которая является структурночувствительным параметром. Существенным фактом в предлагаемом способе является то, что использование в качестве рабочего газа смеси аргона и водорода при соотношении 8020 приводит к тому, что помимо физического механизма распыления ионами аргона в результате их бомбардировки мишени из халькогенидных стеклообразных полупроводников добавляется плазмохимический процесс осаждения пленок. Этот процесс заключается в химическом взаимодействии ионов водорода с атомами мишени из халькогенидных стеклообразных полупроводников с образованием летучих компонентов, которые осаждаются на подложку и дают существенный вклад в увеличение скорости осаждения пленки. Кроме того, водород частично залечивает дефекты структуры мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников,что приводит к улучшению электронных параметров пленок (увеличению дрейфовой подвижности носителей заряда). Такое соотношение смеси газов является оптимальным для увеличения скорости осаждения пленок. При изменении концентрации водорода в смеси рабочего газа скорость осаждения пленок снижается. Более низкая концентрация водорода приводит к уменьшению интенсивности плазмохимического процесса, дающего вклад в увеличение скорости осаждения пленок. При этом увеличение физической составляющей механизма распыления мишени(за счет увеличения концентрации аргона) не компенсирует потерю в скорости осаждения пленок. Более высокая концентрация водорода приводит к уменьшению физической составляющей механизма распыления,которая является необходимой. Заявляемый способ получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников заключается в следующем. Обезжиренные образцы диэлектрические подложки из полиимидной пленки каптон с удельным сопротивлением более 1017 Омсм помещают в вакуумную камеру, рабочий объем которой предварительно откачивают до давления Р 3,510-3 Па, затем наполняют смесью газов - аргоном и водородом до давления 1 Па. После этого в распылительной камере при помощи ВЧ-генератора зажигают самостоятельный тлеющий газовый разряд на частоте 13,560,14 МГц. Амплитуда высокочастотного напряжения составляет от 400 до 470 В. Мишень из распыляемого вещества располагают на ВЧ-катоде. Время процесса распыления от 30 до 60 минут, в зависимости от желаемой толщины пленки. Скорость осаждения составляет от 2,0 до 3,25 мкм/ч Для исключения разогрева распыляемой мишени в результате бомбардировки ионами аргона осуществляют эффективное охлаждение ВЧ-катода проточной холодной водой. Для стабилизации структуры и свойств свежеприготовленные пленочные образцы отжигают в течение 30-40 минут при температурах,близких к температуре размягчения от 400 до 440 К. Аморфность структуры пленок контролируют методами электронной и рентгеновской дифракции. Толщину халькогенидных стеклообразных полупроводниковых пленок измеряют при помощи интерференционного микроскопа МИИ-4 и она составляет от 1,0 до 1,7 мкм. Перенос носителей заряда исследуют при Т 300 К по времяпролетной методике, позволяющей раздельно определять дрейфовую подвижность электронови дырокв материалах (Под. ред. Цендина К.Д. Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. - СПб. Наука, 1996. - 486 с). Таким образом получают мышьякосодержащие аморфные пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников со следующими характеристиками величины дрейфовой подвижности носителей зарядовот 10-6 до 10-4 см 2/(Вс). толщина 1,0-1,7 микрон,проводимость при Т 300 (от 710-14 Ом-1 см-1). Обнаруженный эффект расширяет функциональные возможности применения этих материалов (пленок) и в частности для применения в качестве фоточувствительных слоев в электрофотографии(ксерография),термопластической записи информации и видиконах. Пример 1 Для получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников состава 23 методом неравновесного высокочастотного ионноплазменного распыления используют мишень из стеклообразного 23, которую располагают на ВЧ-катоде. Пленки осаждают на обезжиренную диэлектрическую подложку в течение 30 минут при следующих параметрах технологического процесса предварительное давление в рабочем объеме Р 410-3 Па, заполнение рабочим газом из смеси аргона и водорода при соотношении 8020 до давления 1 Па, амплитуда высокочастотного напряжения составляет 400 В, скорость осаждения пленок составляет 2,0 мкм/ч. Сформированную на подложке пленку термообрабатывают при температуре 430 К в течение 30 минут. При этом получают мышьякосодержащую аморфную пленку халькогенидных стеклообразных полупроводников 23 со следующими характеристиками толщина 1 микрон, величина дрейфовой подвижности 105 см 2/(В с). Примеры получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных 23,полупроводников составов 23,403030 заявляемым способом сведены в таблицу 1. Таблица 1 Состав Режим неравновесного Скорость осаждения Дрейфовая мышьякосодержащих высокочастотного мышьякосодержащих подвижность аморфных пленок ионноплазменного аморфных пленок носителей зарядовхалькогенидных распыления в атмосфере халькогенидныхр При Т 300 К и стеклообразных смеси газов аргона и стеклообразных напряженности полупроводников водорода (8020) (ВЧ-метод). полупроводников (мкм/ч) электрического поля Е 105 В/см, (см 2/(Вс) 1 23 1 Па, 400 В 40 минут. Отжиг 2,00 510-5 30 минут при 430 К 2 2 3 1 Па, 400 В 30 минут. Отжиг 3,25 510-6 40 минут при 455 К 3 403030 1 Па, 40050 В 40 минут. 2,35 510-6 Отжиг 30 минут при 420 К 4 403030 1 Па, 400 В 30 минут. Отжиг 2,35 510-6 40 минут при 435 К 5 403030 1 Па, 400 В 35 минут. Отжиг 2,35 510-6 35 минут при 440 К Прото(23) 1 Па, 400 В 60 минут. Отжиг 1,30 10-6 тип 60 минут при 420 КИзмерения проводились при температуре 438 К Из вышеприведенной таблицы видно, что данным способом получения мышьякосодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников достигнут желаемый технический результат, т.е. получены мышьякосодержащие аморфные пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом биполярного дрейфа,более высокой величиной дрейфовой подвижности носителей зарядов и скорости осаждения пленок. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения мышьяксодержащих аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом биполярного дрейфа, включающий неравновесное высокочастотное ионно-плазменное распыление селенидов и сульфидов мышьяка в атмосфере газа и их осаждение на диэлектрические подложки в условиях среднего вакуума с давлением в камере от 0,9 до 1 Па, высокочастотного напряжения поля амплитудой от 400 до 470 В с последующей термообработкой осажденного слоя при температуре близкой к температуре размягченияот 400 до 440 К,отличающийся тем, что в качестве сульфидов и селенидов мышьяка используют двойные и тройные составы 23, 23 , 403030 и осаждение ведут в атмосфере смеси газа аргона и водорода при соотношении 8020.