Автореферат (1173420), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2 показаны зависимости толщины и шероховатости полученных пленокв зависимости от количества капель (V=50 мкл, скорость вращения 3000об./мин.). Толщина полученных пленок As2S3 варьировалась в пределах от 120до 2500 нм, для пленок As2Se3 от 100 до 2800 нм в зависимости от количества иразмера капель.
В дальнейшем эти зависимости использовались дляприготовления пленок заданной толщины.Рис. 2 - Зависимость толщины и шероховатости пленок от количества капельрастворов: (а)- As2S3, (б)- As2Se3.8Для определения фазового состава тонких пленок использовался РФА.Широкое гало и отсутствие рефлексов на экспериментальных рентгенограммахсвежеприготовленных пленок As2Х3 (Х=S, Se) позволили нам сделать вывод оналичии только аморфной фазы (рис. 3а.). Известно, что синтезировать пленкиAs2S3 в кристаллической фазе при стандартном давлении практическиневозможно, поэтому эксперименты по кристаллизации выполнялись толькодляселенидамышьяка,которыйкристаллизуетсяприT>Tg.Свежеприготовленную аморфную пленку As2Sе3 отжигали при Т=250°С втечение 2,5 час.
РФА показал (рис. 3б), что закристаллизованная пленкапредставляет собой однофазный продукт As2Sе3, кристаллизующийся вмоноклинной сингонии (пространственная группа Р21/n), с параметрами ячейки(табл. 1), близкими к литературным данным [1].Таб. 1 − Параметры элементарной ячейки кристаллической пленки As2Sе3.а (Å)12,154(4)Параметры элементарной ячейкиb (Å)c (Å)9,8435(13)4,3331(11)β (град.)91,20(3)Рис. 3 - Рентгенограмма свежеприготовленной СК пленки As2Se3 (а); СКпленки As2Sе3, закристаллизованной при Т=250°С в течение 2,5 час. (б).Элементный состав СК тонких пленокАнализ проводился в пяти разных точках поверхности тонкой пленки сиспользованием EDX спектрометра, состав пленок рассчитывался как среднееарифметическое значение по всем проведенным измерениям.
Установлено, чтоэкспериментально определенные составы пленок As40,94S59,06 и As41,14Se58,86близки к стехиометрическим соединениям As2Х3 (Х=S, Se).Определение примесного состава пленок As2Х3 (Х=S, Se)Для определения примесного состава были записаны ИК-спектрыаморфных пленок As2Х3 (Х=S, Se), а также чистого растворителя и раствораAs2Х3 (Х=S, Se).
В качестве примера на рис.4 приведены ИК-спектры пленкисульфида мышьяка и его раствора. Анализ ИК-спектров показал, что отжигпленок в вакууме при 100°С в течение 2 часов практически полностьюпозволяет удалить следы органического растворителя.9Пропускание, %1008060401000200030004000Волновое число, см-1Рис. 4 - ИК-спектры растворителя БА (кривая 1), раствора As2S3 в БА (кривая 2)и СК пленки As2S3 на кремниевой подложке (кривая 3).Третья глава диссертации посвящена экспериментальным результатампо изучению оптических, электрических и механических свойств тонких СКпленок As2X3 (X=S, Se) и обсуждению полученных результатов.1.Структурные исследования СК аморфных тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)Структурные особенности СК аморфных тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)изучались методом КРС спектроскопии.
На рис. 5 кривая I отражаетэкспериментальный КРС спектр для исходных стекол As2Х3 (Х=S, Se), кривая II– для аморфных пленок As2Х3 (Х=S, Se). Поскольку экспериментальныеспектры имели сложный вид, то для их разложения на составляющиеприменялась программа Origin 9.0 при критерии согласия не хуже, чемR2=0.996.Рис. 5 - Спектры КРС исходного стекла - кривая I и СК пленки - кривая II: (а)As2S3, (б)- As2Se3.В табл.2 приведены результаты разложения КРС спектра насоставляющие, а также интерпретация полос в соответствии с литературнымиданными.10Табл.2.
Полосы КРС для халькогенидов мышьяка.СоставAs2S3Полоса, см-1305, 340, 379 (СК пленка,стекло)486 (СК пленка)245 (стекло)184 (СК пленка)235, 255, 265 (СК пленка)As2Se3230, 260, 272 (стекло)Интерпретация полос согласнолитературным даннымколебания связи As-S в пирамиде [AsS3][6]колебания связи S-S [6]колебания связи As-As междумолекулами [6]колебания связи As-As междумолекулами [6]колебания связи As-Se в структурныхединицах [AsSe3] [6]колебания связи As-Se в структурныхединицах [AsSe3] [6]135 (СК пленка)колебания связи As-As [6]370 (СК пленка)колебания связи Sе-Sе [6]Таким образом, можно видеть, что полосы наибольшей интенсивности вспектрах КРС СК пленок As2Х3 (Х=S, Se) обусловлены колебаниямихимических связей в основных структурных единицах - пирамидах [AsX3] (Х=S,Se), аналогичным образом это наблюдается и в спектрах массивных стекол;также и в спектрах пленок, и в спектрах исходных стекол имеются полосыслабойинтенсивности,обусловленныеколебаниямигомополярных,«неправильных» связей типа As – As, либо халькоген – халькоген.2.Оптическая ширина запрещенной зоны СК тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)Были записаны спектры оптического пропускания T(%) СК аморфныхпленок As2Х3 (Х=S, Se) и рассчитаны спектральные зависимости коэффициентапоглощения в соответствии с (1):(1)=где: d - толщина пленки; T - оптическое пропускание, R - коэффициентотражения, который в исследуемом интервале длины волн для As2Х3 (Х=S, Se)является практически постоянным.
В области фундаментального поглощения онравен 25% для As2Se3 и 17% для As2S3. На основании экспериментальныхкривых была рассчитана оптическая ширина запрещенной зоны ΔEg сиспользованием приближения Тауца (2), основанного на предположениипараболического характера зон вблизи края полосы фундаментальногопоглощения:αhν = B(hν - ΔEg)2(2)1/2Для этого на зависимости (αhν) = f(hν) (3) (рис. 6) был определенлинейный участок, который экстраполировался до пересечения с осью абсцисс,и точка пересечения прямой принималась равной ΔEg.11Рис. 6 - Зависимость (αhν)1/2 поглощения аморфных пленок As2Х3 (Х=S, Se) отэнергии фотонов: (а) - As2S3; (б) - As2Se3.Величина ΔEg для СК пленок As2Х3 (Х=S, Se) сравнивалась слитературными данными для исходного стекла и пленок, полученных методомтермического испарения в вакууме.
Было установлено, что эти данныекоррелируют между собой: для СК пленок состава As2S3 ΔEg = 2,20±0,02 эВ; дляAs2Se3 ΔEg = 1,70±0,02 эВ [1-3]. Данные значения указывают на прозрачностьСК пленок в достаточно широком спектральном диапазоне, начиная с λ~580 нмдля сульфида мышьяка и λ~700 нм для селенида мышьяка; при этомдлинноволновая граница поглощения у данных соединения лежит в дальнейИК-области в районе 30 мкм [1-3].3.Оптические константы СК тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)На основании экспериментальных спектров эллипсометрическихпараметров Ψ и Δ численным моделированием были рассчитаны спектральныезависимости показателя преломления n и коэффициента экстинкции k.Программное обеспечение Spectr обеспечивает возможность расчета параметровd, n, k, ΔEg в модели образца по измеренным данным Ψ, Δ.
Дисперсия для n и kаппроксимировалась упрощенными формулами Форохи - Блумера.При расчетах использовалась двухслойная модель пленки, показанная нарис. 7. Первый слой – СК пленка As2Х3(S, Se) толщиной d1; второй слойпредставлял смесь As2Х3 (X=S, Se) и воздуха, его толщина обозначена как d2.Рис. 7 - Двухслойная модель тонкой пленки.12Рис. 8 - Экспериментальные (черные линии) и рассчитанные (серые линии)спектральные зависимости Ψ и Δ для аморфных СК пленок (а) - As2S3; (б) - As2Se3.Совпадения набора экспериментальных показателей (Ψ, Δ, d1, d2, ΔEg)моделей с аналогичными показателями пленок, представлены на рис. 8 и в таб.3.
Для пленок As2S3 второй слой представляет смесь 93% As2S3 и 7% воздуха;для As2Se3 аналогичный показатель составляет 90% As2Sе3 и 10% воздуха.Таб. 3 - Параметры моделирования СК тонких пленок As2X3 (X =S,Se)Толщина d1, нмСоставΔEg, эВn()ПоспектрамT(%)МодельПоАСМAs2S3 195±1,65 199±0,34 12±0,128±0,012,55 2,18±0,02 2,20±0,02As2Sе3 305±3,55 303±0,70 34±0,3430±0,033,5МодельПоАСМШероховатость d2,нмМодель1,7±0,021,70±0,02Рис. 9 - Экспериментальные значения показателя преломления n и k для СКпленок: (а) - As2S3; (б) - As2Se3.Таким образом, в соответствии с двухслойной моделью для СК тонкихпленок As2Х3 (Х=S, Se) получены оптические константы, которые коррелируютс аналогичными показателями исходных стекла по литературным данным.
СК13пленки As2Х3 (Х=S, Se) имеют большой показатель преломления (от 2,15 до 2,55для As2S3 и 2,74 до 2,85 для As2Se3)(см. рис. 9) [7, 8].4.Электропроводность СК аморфных тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)На рис. 10 представлена температурная зависимость плотности тока дляСК аморфной пленки As2Х3 (Х=S, Se); в диапазоне от 150°С до 200°С для As2S3и от 110°С до 160°С для As2Se3 наблюдается экспоненциальное увеличениеплотности тока с увеличением температуры, что характерно для аморфныхполупроводников.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
