Автореферат (Тонкие пленки халькогенидных полупроводниковых соединений, полученные методом спин-коатинга)

На правах рукописиНгуен Тхи ХангТонкие пленки халькогенидных полупроводниковых соединений, полученныеметодом спин-коатингаСпециальность 04.01.07 – Физика конденсированного состоянияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМытищи – 2019Работавыполненавфедеральномгосударственномбюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Московскийпедагогический государственный университет» на кафедре теоретическойфизики им.

Э.В. ШпольскогоНаучный руководитель:Козюхин Сергей Александрович, доктор химических наук, доцент,Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей инеорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук, главныйнаучный сотрудник.Официальные оппоненты:Тамеев Алексей Раисович, доктор физико-математических наук, профессор,Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институтфизической химии и электрохимии имени А. Н.

Фрумкина Российскойакадемии наук, главный научный сотрудник.Вишняков Николай Владимирович, кандидат технических наук, доцент,Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования «Рязанский государственный радиотехническийуниверситет», доцент кафедры микро- и наноэлектроники.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования «Национальный исследовательский университет«МЭИ».Защита состоится «__»_________ 2019г. в ___ ч.___ м.

на заседаниидиссертационного совета Д 212.155.07 по физико-математическим наукам набазе Государственного образовательного учреждения высшего образованияМосковской области Московского государственного областного университетапо адресу: 105005, Москва, ул. Радио д. 10АС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГОУ по адресу: 105005,Москва, ул. Радио д. 10А, а также на сайте: http://mgou.ruЭлектронная версия автореферата размещена на официальном сайте МГОУwww.mgou.ru и сайте ВАК Минобрнауки РФ http://www.vak3.ed.gov.ruАвтореферат разослан «__»_________ 2019г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 212.155.07,кандидат физико-математических наук,доцентН.Н. Барабанова2Общая характеристика работыАктуальность работы. Последние несколько десятилетий интенсивноисследуются физические процессы в халькогенидных стеклообразныхполупроводниках (ХСП).

Подобный интерес, как с практической точки зрения,так и в теоретическом плане, обусловлен тем обстоятельством, что данныематериалы обладают уникальным комплексом физических свойств, таких как,прозрачность в ближнем и среднем ИК-диапазоне, высокий показательпреломления, радиационная стойкость, светочувствительность, реверсивноепереключение под действием слабоэнергетических воздействий и т.д. Благодаряэтому ХСП находят применение в фотонике, оптоэлектронике, микро- инаноэлектронике в качестве приборов с оптической и электрической памятью,сред для регистрации и хранения оптической и голографической информации, винтегральной оптике, в качестве световодов и т.д.

[1-3]. Необходимость вдальнейших исследованиях физических свойств ХСП обусловлена взначительнойстепенисовременнымитребованиямикполучениюнекристаллических материалов с хорошо регулируемыми и воспроизводимымифизическими характеристиками. Следует отметить, что ХСП, являются весьматехнологичными материалами, например, тонкие пленки на их основе могутбыть получены практически на подложках любого типа [4, 5], но при этомнеобходимо учитывать, что методы синтеза могут влиять на степеньнеравновесности аморфной структуры и, соответственно, это может отражатьсяна физических свойствах.Распространенным способом получения аморфных тонких пленок наоснове ХСП является осаждение в вакууме при высокой температуре, такжечасто используется магнетронное или лазерное распыление мишеней [4].

Вгораздо меньшей степени распространенным и, соответственно, менееисследованным является применение растворных методов для приготовленияаморфных пленок ХСП. Одним из развитых методов является спин-коатинг(СК; spin-coating method), основанный на растекании капли раствора за счетцентробежных сил по поверхности быстровращающейся подложки. Несмотряна явные преимущества такого метода при изготовлении пленок большойплощади, или в тех случаях, когда требуется варьирование толщины пленки иконтроль стехиометрии состава, метод не получил распространения в первуюочередь из-за слабой растворимости ХСП в большинстве растворителей [1, 2, 5].Также мало исследованными являются физические характеристики аморфныхпленок, приготовленных по данной технологии, например, в литературе кначалуисследованийотсутствовалиданныеомеханическихиэлектрофизических характеристиках.Целью работы является экспериментальное исследование оптических,электрических и механических свойств аморфных пленок на примере бинарныхХСП, установление корреляций со свойствами тонких пленок, полученныхдругими методами, и разработка структурной модели для аморфных пленок.Основные задачи работы.

Для достижения поставленной цели вдиссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:1. Исследование оптических характеристик аморфных пленокметодами оптического пропускания и спектральной эллипсометрии,3разработка теоретической модели тонкой пленки для описания спектральныхзависимостей оптических констант.2. Изучение электрофизических свойств аморфных пленок методомпроводимости на постоянном токе и исследование температурныхзависимостей проводимости в широком интервале температур.3. Исследование механических свойств полученных тонких пленокметодом наноиндентирования.4. Диагностика полученных пленок и определение их фазового иэлементного состава.5.

Разработка структурной модели аморфных пленок для объясненияэкспериментальных результатов.6. Разработка методики получения тонких пленок методом СК сконтролируемой толщиной на подложках различной природы (стекло, кварц,монокристаллический кремний).Основными объектами исследований были аморфные тонкие пленкибинарных ХСП состава As2X3 (X = S, Se), полученные методом СК.Методы исследования в работе.Основными методами исследования являлись рентгенофазовый анализ(РФА); атомно-силовая микроскопия (АСМ); сканирующая электронная(растровая) микроскопия (СЭМ); оптическая микроскопия; ИК-спектроскопия;спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС); спектральнаяэллипсометрия.

Изучение механических свойств тонких пленок осуществлялосьс применением настольного нанотвердометра и атомно-силового микроскопа;измерение температурной зависимости электрофизических свойств напостоянном токе в диапазоне температур от комнатной температуры до 350 °С.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Разработана оригинальная модель экспериментальной структуры наоснове аморфных тонких пленок As2X3 (X = S, Se), адекватно описывающаяспектральные зависимости оптических констант.2.

Впервые показано, что пленки бинарных ХСП, полученные методомCК, обладают повышенными показателями модуля упругости по сравнению смассивным стеклом аналогичного состава и с пленками, полученнымиметодом испарения в вакууме.3. Установлено, что для аморфных тонких пленок ХСП на основебинарных соединений метод синтеза пленок не оказывает значительноговлияния на оптические и электрические характеристики, но существенноменяет их механические показатели. Предложена структурная модель дляобъяснения данного эффекта.4.

Разработана методика получения аморфных тонких пленок ХСП сприменением метода спин-коатинга, позволяющая получать пленки срегулируемой толщиной на подложках различной природы: стекло, кварц,монокристаллический кремний.Теоретическая значимость результатов диссертационного исследованиясостоит в том, что впервые разработана двухслойная модель для аморфныхтонких пленок As2X3 (X=S, Se), позволяющая рассчитывать оптические4константы на основе данных спектральной эллипсометрии; предложенатеоретическая модель структуры аморфных тонких пленок, объясняющаяоптические, электрические и механические характеристики.Практическая значимость работы.