Диссертация (1097819), страница 27
Текст из файла (страница 27)
2 () в этом случае — свертка рас-155пределения плотности состояний в верхней подзоне 1 с распределением плотности состояний в нижней подзоне 2 , и в случае, когда ширина нижней подзоны много меньше ширины верхней подзоны, контур оже — линии и ее ширина близки к распределению плотности состояний в верхней подзоне. В рамкахэтой модели, находит объяснение существование двух максимумов на оже —линии фосфора у всех исследованных фосфидов, связанное с наличием в валентной зоне двух, разделенных энергетическим промежутком, подзон. Болееинтенсивный пик представляет верхнюю подзону, менее интенсивный — нижнюю. Размытость второго пика обусловлена самосверткой плотности состояний,а его ширина соответствует удвоенной ширине нижней подзоны. Интенсивныйпик вызван 2,3 1 2 — переходом и является сверткой функции распределенияплотности состояний в 1 с функцией распределения плотности состояний в 2 .Удовлетворительное согласие контуров оже — линии фосфора с рентгеновскими эмиссионными линиями фосфора (кроме энергетического края, где сказывается размытость оже — линии) означает, что оже — пик, связанный с верхней подзоной, имеет незначительное уширение.
Это возможно в силу того, чтонижняя подзона имеет значительно меньшую ширину, чем верхняя. Такой вывод согласуется с расчетами зонных схем, приведенных в работе [110].Выводы:1. Из анализа формы и энергетического положения особенностей оже — линийфосфора в соединениях 2 (48 ), 2 , 4 выявлено, что они согласуются с особенностями рентгеновских эмиссионных линий фосфора в этихсоединениях с рассчитанными зонными схемами тетрагональных 2 и2 .2. Анализ оже — линий фосфора и кадмия в 4 , а также сравнение оже —линии фосфора с рентгеновскими — эмиссионными линиями 2,3 и 2 указывают на близость энергетической структуры валентной зоны4 к структуре валентной зоны 2 .53. В кристаллах 2 (2ℎ) валентная зона имеет не менее двух подзон, макси-мумы плотностей занятых состояний в которых разделены ∼ 1.6 эВ.
Верхняя подзона имеет ширину не более 10 эВ.1564. Оже — линии цинка и мышьяка в 2 по форме, энергетическому состоянию между особенностями совпадают друг с другом. Валентная зона2 также имеет не менее двух подзон, максимумы плотностей занятыхсостояний в которых разделены энергетическим промежутком ∼ 17 эВ. Вверхней подзоне имеются два максимума плотности состояний, различающиеся по энергетическому положению на ∼ 3 эВ, что может быть объясненоотличием в положении максимума плотности состояний, сформированного уровнями цинка, от максимума плотности состояний, сформированногоуровнями мышьяка.5. Близость энергетической ширины основной оже — линии фосфора в соединениях 2 , 2 , 4 к ширине рентгеновских эмиссионных спектровфосфора объясняется в рамках предположенной модели оже — процесса сучастием электронов не менее чем из двух энергетических подзон валентнойзоны.157Глава 3Фотоэлектронная эмиссия ифотоэлектронные явления в структурахметалл —5 ), ( 8), .2, 2(2ℎ2 423.1Физико-химические свойства поверхности 2 5 .Одним из перспективных направлений развития эмиссионной электроникиявляется создание фотоэлектронных и холодных эмиттеров на основе явленияэффективного отрицательного электронного сродства (ЭОЭС).
ЭОЭС позволяет создавать на базе известных полупроводников (твердые растворы 3 5 )эмиттеры для ближнего инфракрасного (ИК) диапазона. Перспективными длясоздания ИК ЭОЭС эмиттеров являются прямозонные бинарные соединения( − ) и твердые растворы на их основе, имеющие подходящую ширину запрещенной зоны.
Однако при уменьшении , меньше 0.97 эВ, вероятность выхода электронов и квантовый выход существенно падают. Низкая температурадесорбции активирующих покрытий на полупроводниках 2 5 также является фактором ограничивающим их применение. Параметры ЭОЭС эмиттеровзависят от объемных свойств полупроводника (оптических свойств материала,их зонной структуры, уровня легирования и совершенства кристаллической решетки) и от свойств его поверхности (возможности получения атомарно чистойповерхности, ее адсорбционных свойств) [134–136, 147]. В связи с этим, актуальными задачами являются поиск подходящих материалов для фотоэмисси-158онной электроники. Для изучения свойств поверхности исключительно продуктивным является метод оже — спектроскопии.
Изучение поверхности в условияхсверхвысокого вакуума после физико — химической обработки методом оже —спектроскопии позволит сформулировать условия создания атомно чистых поверхностей, пригодных для достижения отрицательного электронного сродства.Одновременно измерение спектрального распределения фотоэмиссии являетсяклассическим методом анализа свойств поверхности и зонной структуры в собственной области поглощения. Такие исследования представляют собой ценнуюинформацию о квантовом выходе фотоэлектронов, возможности и перспективах применения исследуемого полупроводника в эмиссионной электронике.
Кнастоящему времени наиболее полно исследованы соединения группы 3 5 итвердые растворы на их основе. Среди бинарных полупроводниковых материалов подходящими по параметрам являются также некоторые соединения группы 2 5 : 2 , 2 , 4 и ряд твердых растворов на их основе [4].Эффективная эмиссия достигается оптимизацией поверхностных и объемныйсвойств полупроводника, в частности, снижением работы выхода на поверхности до состояния эффективного отрицательного электронного сродства. Для решения задач управления работой выхода поверхности полупроводника важноезначение имеют ее чистота и кристаллографическое совершенство. На рис. 3.1представлены оже — спектры с поверхности исходных кристаллов 2 5 (безпредварительной очистки), записанные после шлюзования в высоковакуумнуюкамеру.
Спектры измерены при комнатной температуре в вакууме 1÷3·10−7 Па.Во всех случаях состав поверхностных загрязнений одинаков: это углерод и кислород — обычные загрязнения образцов, побывавших в атмосфере. Пики основных элементов сильно ослаблены, а у некоторых образцов они отсутствуют. Вкачестве предварительной очистки поверхности полупроводников было опробовано химическое травление. Травление поверхности полупроводников должнообеспечивать полировку поверхности, сохранение ее элементного состава и недавать окисных пленок.
В литературе имеются сведения по травителям для159некоторых соединений 2 5 . Например, 2 травят в «царской водке», 3 2— в 5%-ном растворе в этаноле [3].Рекомендованные в работе [3] травители были опробованы для исследуемыхсоединений с целью установления режимов очистки поверхностей кристаллов,пригодных для достижения отрицательного электронного сродства. Составытравителей, оказывающие полирующее действие на исследуемые полупроводники, приведены в таблице 3.1 Наилучшим полирующим травителем для всехкристаллов является раствор брома в этаноле, причем скорость травления сильно зависит от концентрации брома в этаноле и температуры раствора. Длякристаллов 4 эффективным средством предварительной очистки оказаласьпромывка в деионизированной воде.Кристаллы,прошедшие предварительнуюоб-работку в полирующих травителях,послепромывкивводилисьчерезвакуумный шлюзв измерительнуюкамеру, при этомвремяпребыва-ния кристаллов ватмосфере сведено до минимума.Вся операция переводаобразцав высокий вакуРисунок 3.1: Оже-спектры с поверхности необработанных кристаллови после обработки в полирующих травителях (б).2 5(а)ум не превышала20 мин.
Оже —спектры измерены после достижения вакуума 1 ÷ 3 · 10−7 Па.160Таблица 3.1: Составы травителей для некоторых соединений2 5 .скорость№полупроводникисостав травителятравителяПримечаниемм/мин2252 (2ℎ)32 (48 )14524 : 3 = 5 : 1 : 3 = 5 : 13% в этаноле : 3 = 3 : 13% в этаноле : 3 = 3 : 13% в этаноле11 ± 11.8 ± 0.315 ± 0.32.2 ± 0.3деионизированная вода-Проявляютсяямки травленияПроявляютсяямки травления5.4 ± 0.3Проявляютсяямки травления-Из приведенных на рис. 3.1(б) оже — спектров следует, что предварительнаяобработка кристаллов в полирующих травителях приводит к существенномууменьшению амплитуды пиков углерода и кислорода. В спектрах этих образцов присутствуют интенсивные пики основных компонентов материалов ,, , .
Присутствие в спектрах пиков кислорода и углерода указывает на то,что даже незначительное по длительности пребывание кристаллов в атмосфереприводит к адсорбции на поверхности углерода и кислорода. В качестве методапредварительной очистки поверхности кристаллов 2 , 2 , 2 и 4была испытана распространенная в полупроводниковой технологии очистка поверхности в активной плазме на установке «Плазма-600». Результаты анализаоже — спектров показали, что обработка в плазме не приводит к желаемому результату, спектры поверхности всех образцов содержат интенсивные пикиуглерода и кислорода, более того, добавляются пики фтора, вынесенные на поверхность в результате обработки в активной плазме. Пики основных элементовсильно ослаблены или не наблюдаются вовсе.
Прогрев кристаллов после обработки при температуре начала разложения (2 — 470, 2 — 180)не приводит к удалению внесенных загрязнений.Таким образом, установлено, что образцы кристаллов 2 5 , хранившиеся ватмосферных условиях, содержат на поверхности атомы углерода и кислорода.Применение полирующих травителей непосредственно перед установкой образцов в высоковакуумную камеру или в отпаянную лампу позволяет снизить уровень поверхностного загрязнения углеродом и кислородом и облегчает задачу161Рисунок 3.2: Оже-спектры с поверхности2(а) до прогрева (1) и после прогрева при температурах, :2 — 250, 3 — 300, 4 — 350, 5 — 400, 6 — 450, 7 — 500 и 8 — 575; с поверхности2 (52ℎ )(б) до прогрева (1) ипосле прогрева при температурах, : 2 — 200, 3 — 300, 4 — 400 в течение 20 мин при каждой температуре.получения атомарно чистой поверхности кристаллов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
