Способ получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с линейной спектральной зависимостью фотопроводимости

(51) 03 3/32 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ 460 нм до 830 нм, и может быть использовано в качестве полупроводниковых фоточувствительных приемников излучения. Техническим результатом является устранение нелинейной спектральной зависимости фотопроводимости пленок. Технический результат достигается способом получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с линейной зависимостью фотопроводимости пленок в спектральном диапазоне от 460 нм до 830 нм,включающий ионно-плазменное высокочастотное сораспыление стеклообразных халькогенидов мышьяка и примеси в атмосфере аргона при давлении 1 Па,амплитуде высокочастотного напряжения от 400 до 470 В,скорости осаждения пленок 1,0 мкм/час и последующий отжиг полученных образцов, но в отличие от известного, в качестве халькогенидов мышьяка используют тройной состав 403030, а в качестве примеси - висмут, отжиг проводят при температуре 400-420 К. Полученные нами модифицированные аморфные пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников характеризуются отсутствием спада фотопроводимости как с длинноволновой, так и с коротковолновой части видимого диапазона, т. е. обладают линейной спектральной зависимостью фотопроводимости и могут быть использованы в фоторезисторах.(72) Приходько Олег Юрьевич Алмасов Нурлан Жумабекович Максимова Суюмбика Якубовна Дюсембаев Санжар Ануарович(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Научноисследовательский институт экспериментальной и теоретической физики Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. Аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Аверьянов В.Л.,Коломиец Б.Т.,Приходько О.Ю. Электрические, оптические и фотоэлектрические свойства стеклообразного селенида мышьяка, модифицированного С // В книге Фотопроводники. - Ленинград, ЛГПИ, 1982. с.120-125(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ С ЛИНЕЙНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ ФОТОПРОВОДИМОСТИ(57) Изобретение относится к способу получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников(ХСП) с линейной спектральной зависимостью фотопроводимости пленок в диапазоне длин волн от Изобретение относится к способу получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников/ХСП/ с линейной спектральной зависимостью фотопроводимости пленок в диапазоне длин волн от 460 нм до 830 нм, и может быть использовано в качестве полупроводниковых фоточувствительных приемников излучения. В физике халькогенидных стеклообразных полупроводников /ХСП/ остается актуальной проблема эффективного управления их электронными свойствами. Традиционные методы управления электронными свойствами ХСП, такие как введение примеси при синтезе или методом термодиффузии, оказались малоэффективными. Значительное изменение электронных свойств аморфных пленок некоторых ХСП, вплоть до изменения знака коэффициента термоэдс, может быть осуществлено путем ионно-плазменного высокочастотного сораспыления ХСП и металла/Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках // Цэндин К.Д. СПб. Наука, 1996. с.35/. Такой способ,позволяющий получать аморфные пленки ХСП с большими концентрациями примеси, избегая кристаллизации,получил название метода холодного легирования или модифицирования/химической модификации/. Известен способ получения объемных стекол состава 2-3- путем сплавления чистых элементов в необходимых пропорциях в кварцевых ампулах под давлением 0,1-0,01 Па. Ампулы нагревают в печи до 950 С в течение 5 часов. В течение нагрева ампулы несколько раз встряхивают и остужают при комнатной температуре / ., ., - ..2-3-//. - . - 1979. - . 30. - .293 300/. Введение висмута в состав объемных ХСП вышеуказанным способом в количестве 0,3 ат. приводит к кристаллизации образцов, что является существенным недостатком данного способа получения ХСП в аморфном состоянии. Концентрация введенной примеси висмута, не приводящая к кристаллизации образцов, в работе составляет 0,2 ат. Способ получения аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников,включающий ионно-плазменное высокочастотное сораспыление стеклообразного А 2 е 3 и С в атмосфере А при давлении 1 Па, амплитуде высокочастотного напряжения от 400 до 470 В,скорости осаждения пленок 1,0 мкм/час, является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу. Концентрацию вводимой примеси определяют с помощью рентгеноспектрального микроанализа. Образцы имеют планарную геометрию расположения алюминиевых электродов. Для стабилизации свойств производят предварительный отжиг образцов при температуре 450 К в течение 15 минут. пленок Толщина полученных 23 2 составляет 1 мкм, а величина фотопроводимости 10-9 Ом-1 см-1. Измерения проводимости,фотопроводимости и оптического пропускания образцов осуществляют по общепринятым методикам /Аверьянов В.Л., Коломиец Б.Т.,Приходько О.Ю. Электрические, оптические и фотоэлектрические свойства стеклообразного селенида мышьяка, модифицированного С // В книге Фотопроводники. - Ленинград, ЛГПИ, 1982. с.120-125/. Недостатком известного способа получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников является нелинейная спектральная зависимость фотопроводимости пленок. Задачей предполагаемого изобретения является разработка способа получения модифицированных аморфных пленок ХСП путем ионно-плазменного высокочастотного/ВЧ/ сораспыления комбинированной мишени в атмосфере рабочего газа и их осаждение на диэлектрические подложки в условиях среднего вакуума. Техническим результатом является устранение нелинейной спектральной зависимости фотопроводимости пленок. Технический результат достигается способом получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с линейной зависимостью фотопроводимости пленок,включающий ионно-плазменное высокочастотное сораспыление стеклообразных халькогенидов мышьяка и примеси в атмосфере аргона при давлении 1 Па, амплитуде высокочастотного напряжения от 400 до 470 В, скорости осаждения пленок 1,0 мкм/час и последующий отжиг полученных образцов, но в отличие от известного, в качестве халькогенидов мышьяка используют тройной состав 403030, а в качестве примеси висмут, отжиг проводят при температуре 400-420 К. Заявленный способ позволяет решить поставленную задачу с достижением технического результата. ХСП стехиометрического состава 403030,обладает рядом преимуществ перед бинарными составами, среди которых следует особо выделить высокую светочувствительность, что делает его перспективным для применения в оптоэлектронных полупроводниковых приборах. Кроме того,наибольшая стабильность свойств и воспроизводимость образцов является известным фактом для стехиометрических составов. Также известно, что электронные параметры аморфных пленок халькогенида мышьяка,модифицированных примесью висмута,существенно зависят от концентрации металла. Помимо этого, в отличие от других металлов,модифицирование пленок примесью висмута приводит к электронному типу проводимости с большой величиной коэффициента термоэлектродвижущей силы. Данный параметр является важным для практического использования этих материалов в электронике. Температура отжига 400 - 420 К, приводящая к стабилизации структуры пленок и снимающая влияние излучения плазмы /засветки/ на свойства,является оптимальной. Превышение данной температуры отжига приводит к кристаллизации пленок, а понижение - недостаточной стабилизации структуры и свойств. Спектральная характеристика фоторезистора это зависимость фототока от длины волны падающего на фоторезистор света. При больших длинах волн, т.е. при малых энергиях квантов света по сравнению с шириной запрещенной зоны полупроводника, энергия кванта света оказывается недостаточной для переброса электрона из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому для каждого полупроводника и соответственно для каждого фоторезистора существует пороговая длина волны (наибольшая), которую обычно определяют как длину волны, соответствующую спаду фототока на 50 со стороны больших длин волн. При малых длинах волн с уменьшением длины волны падающего на фоторезистор света растет показатель поглощения. Поэтому глубина проникновения квантов света в полупроводник уменьшается, т.е. основная часть неравновесных носителей заряда возникает вблизи освещаемой поверхности фоточувствительного слоя. При этом увеличивается роль поверхностной рекомбинации и уменьшается среднее время жизни неравновесных носителей. Таким образом,спектральная характеристика имеет спад и при малых длинах волн. Полученные в предлагаемом способе модифицированные аморфные пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников характеризуются отсутствием спада фотопроводимости как с длинноволновой, так и с коротковолновой части видимого диапазона, т.е. обладают линейной спектральной зависимостью фотопроводимости. Заявляемый способ получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с линейной зависимостью фотопроводимости в широком спектральном диапазоне заключается в следующем. Обезжиренные образцы диэлектрические подложки из полимидной пленки каптон с удельным электрическим сопротивлением 1018 Ом см помещают на подложкодержателе в вакуумную камеру, рабочий объем которой предварительно откачивают до давления Р 10-3 Па, затем напускают газ аргон до давления 1 Па. Далее в распылительной камере при помощи источника питания и высокочастотного генератора зажигают самостоятельный газовый разряд на частоте 13,560,14 МГц. Амплитуда высокочастотного напряжения составляет величину от 400 до 470 В. Комбинированную мишень,состоящую из 403030 и висмута, располагают на ВЧ-катоде, который охлаждают проточной водой во избежание разогрева распыляемой мишени в результате бомбардировки ионами аргона. Изменение концентрациив аморфных пленках достигают варьированием 403030 соотношения площадей поверхности мишеней из стеклообразного 403030 и . Концентрация примеси висмута в пленках достигает 8,5 ат Для стабилизации структуры и свойств,свежеприготовленные образцы отжигают в течение 40 минут при температурах, близких к температуре размягчения 400-420 К. Аморфность структуры пленок контролируют методами электронной и рентгеновской дифракции. Толщина пленок,измеренная на микроскопе МИИ-4, составляет величину 1 мкм. Фотопроводимость определяют стандартными методами из спектральной зависимости фотопроводимости (фиг. 1) при комнатной температуре, нормированной на спектр падающей интенсивности. Полученные модифицированные аморфные пленки 403030-8,5 ат. имеют линейно возрастающие величины фотопроводимостиот 10-6 до 10-5 Ом-1 см-1 в спектральном диапазоне длин волн от 830 до 460 нм. Обнаруженный эффект может быть использован для изготовления фоторезисторов с линейной спектральной зависимостью фоточувствительности полупроводниковых слоев. Пример 1 Для получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников состава 403030 с линейной зависимостью фотопроводимости, с содержанием примеси 8,5 ат. методом ионно-плазменного высокочастотного сораспыления,используют комбинированную мишень из ХСП и металла,которую располагают на ВЧ-катоде. Пленки осаждают на обезжиренную диэлектрическую подложку в течение 1 часа при следующих параметрах технологического процесса предварительное давление в рабочем объеме Р 10-3 Па, заполнение рабочим газом аргона до давления 1 Па, амплитуда высокочастотного напряжения составляет 470 В, скорость осаждения пленок составляет 1,0 мкм/ч. Сформированную на подложке пленку отжигают при температуре 400 К в течение 40 минут. При этом получают аморфную модифицированную пленку халькогенидных стеклообразных полупроводников состава А 4030 е 30, с содержанием примеси 8,5 ат. со следующими характеристиками толщина 1 микрон,величина фотопроводимости 910-6 Ом-1 см-1 при длине волны падающего излучения 486 нм. Параметры модифицированных аморфных пленок ХСП, полученных методом ионно-плазменного высокочастотного сораспыления,сведены в таблицу 1. Таблица 1 Параметры модифицированных аморфных пленок ХСП Состав модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников 403030 Режим неравновесного Длина волны Фотопроводимостьионно-плазменного излучения , падающей при Т 300 К,высокочастотного на поверхность нормированная на спектр сораспыления в атмосфере образца, нм падающей интенсивности,аргона Из вышеприведенной таблицы видно, что данным способом получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников достигнут желаемый технический результат, т.е. получены модифицированные аморфные пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников с линейной спектральной зависимостью фотопроводимости. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения модифицированных аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с линейной зависимостью фотопроводимости, включающий ионно-плазменное высокочастотное сораспыление стеклообразных халькогенидов мышьяка, и примеси в атмосфере аргона при давлении 1 Па,амплитуде высокочастотного напряжения от 400 до 470 В,скорости осаждения пленок 1,0 мкм/час и последующий отжиг полученных образцов,отличающийся тем, что в качестве халькогенида мышьяка используют тройной состав 403030, а в качестве примеси - висмут, отжиг проводят при температуре 400 - 420 К.