Диссертация (Тонкие пленки халькогенидных полупроводниковых соединений, полученные методом спин-коатинга), страница 8

Бинарные соединенияAs2X3(X=S, Se) обладают оптическими, электрическими и механическимисвойствами, которые позволяют данным материалам найти применение всовременнойтехнике,вчастности,втелекоммуникации,медицине,приборостроении.2. Тонкие пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников можнополучать различнымиспособами, наибольшее распространение получилифизические, химические и электрохимические методы. Однако, при этомостаются проблемы, связанные с гомогенностьютонких пленок, стехиометриейсоставов, степенью неравновесности аморфной фазы. Соответственно, поискновых способов, а также оптимизация известных методов получения тонкихпленок остается актуальной задачей.3.

Несмотря на многочисленные литературные данные по изучениюструктурных особенностей, электрических и оптических свойств аморфныхпленок As2X3(X=S, Se), остаются невыясненными до конца вопросы, связанные сособенностями методов получения аморфных тонких пленок, и их влиянием нахарактеристики изучаемых пленок.4. В литературе крайне немногочисленны данные по механическимхарактеристикам аморфных тонких пленок ХСП, что делает также исследованиетакже актуальными.49Глава 2.

Экспериментальная часть. Результаты изучения кинетикирастворения ХСП. Диагностика тонких пленокВ данной главе описываются методы изучения кинетики растворения,диагностикииизученияоптических,электрическихимеханическиххарактеристик тонких СК пленок; способ получения и результат изучениякинетики растворения ХСП; способ получения тонких пленок методом СК ирезультат диагностики полученных тонких пленок.2.1. Методы изучения кинетики растворения ХСП. Методы диагностики иизучения оптических, электрических и механических характеристик тонкихпленок2.1.1.

Рассеяние ТиндаляДля контроля процесса растворения сначала было использовано рассеяниеТиндаля(визуальнофиксировалосьрасхождениелазерноголучаприпрохождении через раствор) [93].Оценка качества раствора по расхождению лазерного луча основана напредставлении о том, что при прохождении луча лазера через «истинный» растворпучок собирается в точку на фоне, расположенном за задней стенкой сосуда, а,проходя через коллоидный раствор, пучок рассеивается - рассеяния Тиндаля (см.Рисунок 2.1) [93]. Для проведения данной оценки в работе использовалсяспектрометр динамического и статического рассеяния света Photocor Complex(ОООФотокор,Россия),вкачествеисточникавкоторомслужиттермостабилизированный диодный лазер с длиной волны 654 нм и мощностью 25мВт.50абабИсточниксветаИсточниксветаИстинныйрастворЭкранКоллоидныйрастворЭкранРисунок 2.1 – Схема рассеяния Тиндаля: а - истинный раствор; б - коллоидный раствор.2.1.2.

Оптическая плотность растворовДля получения раствора соответствующего качества требуется изучениекинетики растворения. В данной работе использовались количественные законыпоглощения монохроматического света растворами [94]. В случае прохождениячерез раствор пучка монохроматического света интенсивностью I0 происходит егопоглощение и уменьшение его интенсивности до величины I (см. Рисунок 2.2).Рисунок 2.2 – Иллюстрация к закону Бугера – Ламберта – Бера.51Отношение величин I0 и I называют пропусканием Т (формула 2.1).T=(2.1)0Закон Бугер – Ламберта – Бера – физический закон, который определяетослабление параллельного монохроматического пучка света при распространенииего в поглощающей среде.

Данный закон описывается следующим выражением(2.2):I (l) = I0e-kλl (для твердого тела)(2.2)или lg(I0 / I) = εcl (для раствора)(2.3)D = εcl,(2.4)где: I0 – интенсивность входящего пучка; l – толщина слоя вещества, черезкоторое проходит свет; kλ – показатель поглощения; D – оптическая плотностьраствора; c – концентрация вещества; ε – молярный коэффициент экстинкции.Зависимости пропускания и поглощения света, а также оптическойплотности раствора от концентрации раствора показаны на Рисунке 2.3. Сувеличением концентрации раствора и длины оптического пути света оптическаяплотность D растет линейно.1-TDTРисунок 2.3 – Зависимость пропускания Т, поглощения (1-Т) и оптической плотности Dот концентрации С хромофора в истинном растворе.522.1.3.

Спектрофотометр Cary 5000Измеренияоптическойплотностипроводилисьприпомощиспектрофотометра «Cary 5000» (см. Рисунок 2.4).Рисунок 2.4 – Схема установки спектрофотометра «Cary 5000»: 1 – источниксвета; 2 –фотоумножитель; 3 – монохроматор; 4,6 – двухлучевая оптическаясхема; 5 – детектор.Спектрофотометр Cary 5000 позволяет регистрировать спектральнуюзависимость доли прошедшего, отраженного или рассеянного света.

Приборпозволяет проводить исследования в области видимой и ближней инфракраснойобласти спектра, а также в области ближнего ультрафиолета. Спектрофотометрснабжендвулучевойоптическойсхемой,включающейвсебядвойноймонохроматор Литтроу, двухсторонние дифракционные решетки и оптическуюизолированную систему для устранения шумов. Прибор снабжен высокоточным53фотоумножителем R928, детектором Pb Smart для ближнего ИК диапазона,дейтериевым и галогенным (вольфрамовым) источниками света. Для управленияприбором используется программное обеспечение Agilent Cary Win UV, котороеимеет 18 программных модулей для проведения различных видов спектральногоанализа.Измерения в работе проводились в диапазоне 400 – 2500 нм с разрешением0,05 нм.

При измерениях использовался режим двулучевой оптической схемы:один из лучей проходит через исследуемые образцы, а второй луч (луч сравнения)проходит через воздух. Для базовой линии использовался спектр пропускания,полученный при измерении чистого растворителя или подложки.2.1.4.

Рентгенофазовый анализДля определения фаз в исследуемом материале был использован методрентгенофазового анализа [95]. Данный метод относится к дифракционнымметодам исследования структуры. Обоснованность применения данного методадля анализа материалов и тонких пленок ХСП обуславливается высокойчувствительностью их структурных параметров, в частности, от взаимногорасположенияатомов.Проведяанализдифракционныхкартинможноидентифицировать фазы, имеющиеся в исследуемом объекте, которые будутхарактеризоваться набором определенных межплоскостных расстояний d (hkl) , атакже провести количественную оценку соотношения данных фаз по анализуинтенсивностей I (hkl) дифракционных линий и/или пиков [95].Образцы подвергались исследованию методом рентгенофазного анализа,который проводили на дифрактометре Bruker D8 Advance (Германия). Схемадифрактометра представлена на Рисунке 2.5.

Съёмку проводили в режимеотражения (геометрия Брегга-Брентано) с использованием Cu Kα. излучения(средняя длина волны l=1,54183 Å). Параметры работы генератора: ускоряющеенапряжение 40 кВ, ток трубки 40 мА. Параметры съёмки: интервал углов 2 = 3 –70, шаг по 2 = 0,015, скорость регистрации спектров 3/мин [96].54Рисунок 2.5 – Схема установки дифрактометра Bruker D8 Advance [96].Для обработки данных были использованы следующие программы [97]:программное обеспечение DIFRAC plus использовалось для обработкиполученных дифрактограмм;программное обеспечение Topas 4.2 и порошковые базы данных PDF-2 и PDF-4 были применены для профильного и структурного анализа.2.1.5. Метод ИК – спектрометрииОпределение примесного состава проводилось при помощи методаинфракрасной (ИК) спектрометрии [39].

В основе данного метода лежит явлениепоглощения группами атомов испытуемого объекта электромагнитных излученийв ИК - диапазоне. Поглощение происходит за счет возбуждения колебательныхмод молекул.При облучении молекулы инфракрасным излучением поглощаются толькоте кванты, частоты которых соответствуют частотам валентных, деформационныхи вибрационных колебаний молекул.

При ИК-спектроскопии для каждойхимической группы органических молекул соответствуют определенные наборыполос поглощения, которые приведены в химических справочниках (см. Рисунок2.6).55Измерения ИК-спектроскопии проводились на спектрометре Spectrum 65,основанном на однолучевом сканирующем интерферометре Dynascan. Данныйспектрометробладаетследующимитехническимихарактеристиками:лучеделитель: Ge/KBr, спектральный диапазон: 8300 – 350 см-1, разрешение:лучше, чем 0,5 см-1, отношение сигнал/шум: лучше, чем 25000:1 [98].Рисунок.

2.6 – Схема ИК-спектрометра.2.1.6. Растровая электронная спектроскопияРастровая или сканирующая электронная микроскопия (РЭМ) являетсянеразрушающимметодом,которыйпозволяетполучатьинформациюоморфологии поверхности образца, строении приповерхностных слоев, и также обэлементарномсоставеприналичииэнергодисперсионнойрентгеновскойспектроскопии [99]. В основе метода РЭМ лежит взаимодействие пучкаэлектронов с материалом поверхности образца, в результате которого возникаютвторичные и отраженные электроны, которые фиксируются специальнымидатчиками, а также рентгеновское изучение. Количество вторичных электроновзависит от угла столкновения электронного пучка с поверхностью. В связи с этимметод РЭМ позволяет воспроизводить топографию исследуемого образца (см.рисунок 2.7).56Рисунок. 2.7 – Схема работы растрового электронного микроскопа [51].Исследованияморфологииповерхностииэлементарногосоставапроводились на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss NVision 40.

РЭМможет получать пространственное разрешение в 1,1 нм при напряжении 20 кВ.Максимальное увеличение составляет 900000x. Исследования проводились надетекторе вторичных электронов при рабочем расстоянии 3-5 мм.2.1.7. Атомно-силовая микроскопияОдним из сканирующих зондовых методов для исследования морфологииповерхности является атомно-силовая микроскопия (АСМ) [100]. Принципработы АСМ основан на силовом взаимодействии между зондом и поверхностьюобразца (см.

Рисунок 2.8). Данное взаимодействие регистрируется при помощизонда, который представляет собой кантилевер с закрепленной на конце иглой.Площадь острия иглы составляет несколько атомов. Силы, которые действуют назонд, приводят к изгибу кантилевера. Фиксируя величину изгиба можно57контролировать силу взаимодействия зонда с поверхностью [100] (см. рисунок2.8).Исследования морфологии поверхности проводились на атомно-силовоммикроскопе NT-MDT Solver Pro. Для исследований использовался кремниевыйкантилевер, покрытый слоем нитрида кремния. Радиус острия иглы составлял 20нм.