Автореферат (1173420), страница 4
Текст из файла (страница 4)
10 - Зависимость плотности тока от 1/kT для СК аморфных пленок (а) - As2S3;(б) - As2Se3.Используя выражение: 0 exp E kT (4)где: σ0 – предэкспоненциальный фактор, k – постоянная Больцмана и T –абсолютная температура, были оценены энергии активации проводимости (Eσ),которые составили Eσ = 0,99±0,01 эВ для As2S3 и Eσ = 0,84±0,02 эВ для As2Se3.Полученные значения энергии активации примерно равны примерно половинеот значений оптической ширины запрещенной зоны, что характерно дляаморфных полупроводников [1-3].5.Механические характеристики СК аморфных тонких пленок As 2Х3 (Х=S,Se)Для измерения механических характеристик использовались СК тонкиепленки As2X3 (X=S, Se), приготовленные на c-Si подложке, толщинаисследуемых пленок составляла 300 нм.Использовался метод Оливера-Фарра, сущность которого заключается врасчете значения нанотвердости Hit путем деления максимальной нагрузкииндентирования Fmax на площадь проекции контакта индентора Ap с материаломсогласно выражению:,(5)При кинетическом индентировании непрерывно фиксируется нагрузка F иглубина внедрения индентора h, что позволяет строить F=f(h) диаграммы (см.рис.
11) в режимах нагрузки и ее отсутствия.14Рис. 11 - Характерные изображения диаграмм приложения-снятия нагрузки,полученных в результате испытаний пленок (а) - As2S3; (б) - As2Se3.Для описания процесса наноиндентирования подбирались параметрыфункции, описывающей экспериментальную зависимость глубины погруженияиндентора h и площади контакта Ap от приложенной нагрузки F, и расчететвердости Hit и модуля Юнга Eit.
Результаты расчета показаны в таблицах 4 и 5.Таб. 4 - Рассчитанные на основе диаграмм характеристики пленок As2S3 и ихсравнение с литературными данными.№п/п1234ХарактеристикаМаксимальная (в серии измерений)глубина индентирования hmax, нмСКпленкаВТИпленкаОбъемноестекло141--0,33 [9]0,9 [9]63±810 [9]13,8 [9]15,5±1,9--Твердость индентирования Hit, ГПа 1,07±0,2Модуль упругости прииндентировании Eit, ГПаДоля работы упругой деформациипри индентировании ηit, %Таб. 5 - Рассчитанные на основе диаграмм характеристики пленок As2Se3 и ихсравнение с литературными данными.№ХарактеристикаСКВТИОбъемноеп/ппленкапленкастекло1 Максимальная (в серии измерений)111глубина индентирования hmax, нм2 Твердость индентирования Hit, ГПа0,34 [9]1,14 [9]1,6±0,334Модуль упругости прииндентировании Eit, ГПаДоля работы упругой деформациипри индентировании ηit, %67±1415 [9]18,3 [9]23±6--Из сравнения результатов можно сделать вывод, что СК пленки As2Х3(Х=S, Se) обладают существенно большей упругостью по сравнению не только смассивным стеклом аналогичного состава, но и относительно ВТИ пленок.15Обсуждение результатовПрианализеэкспериментальныхрезультатовоптическихиэлектрофизических свойств мы исходили из модели строения энергетическихзон Мотта-Дэвиса, согласно которой в аморфном полупроводнике имеются краяподвижности носителей заряда, отделяющие нелокализованные состояния отлокализованных, имеются «хвосты» локализованных состояний в запрещеннойзоне полупроводника, а также имеется узкая зона локализованных состоянийвблизи середины щели подвижности.
В соответствии с данной моделью приприложении электрического поля в тонкой пленке наблюдается механизмпереноса заряда по нелокализованным состояниям. Поскольку ток переноситсядырками (р-тип), что является типичным случаем для ХСП, то Eσ = EF-EV, где EF- энергия уровня Ферми, EV - энергия, соответствующая потолку валентнойзоны, будет лежать немного ниже относительно уровня 1/2ΔEg, что инаблюдалось в эксперименте (соответственно, 0.99 эВ и 1.10 эВ для СК пленокAs2S3, 0.84 эВ и 0.85 эВ для СК пленок As2Sе3 [1-3].
Таким образом, СКаморфные пленки мало чем отличаются от аморфных пленок халькогенидовмышьяка, приготовленных другими методами, с точки зрения строенияэнергетических зон и механизмов транспорта носителей. Однако естьсущественное отличие СК пленок с точки зрения их механических свойств, иэто различие следует искать в структурных особенностях СК пленок,вытекающих из способа приготовления пленок.
При диссоциации стекол врастворе образуются неупорядоченные кластеры из структурных единиц [AsS3]или [AsSе3], которые ограничены отрицательно заряженными ионами серы илиселены [Х]- (Х=S, Se) и компенсирующими их положительными катионамибутил аммония [С4H9NH3]+, которые появляются в результате процессасольватации (рис 12).6.Рис. 12 - Фрагмент структуры кластеров As2Х3 (Х=S, Se) в растворе.Данные кластеры попадают на подложку в процессе спиннигирования, нов последующем при вакуумном отжиге органические фрагменты удаляютсяпрактически полностью из аморфной структуры.
Однако мы полагаем, чтокластерная структура аморфной пленки при этом сохраняется, что приводит кизменению механических свойств, но слабо отражается на оптических иэлектрических характеристиках аморфной матрицы. В пользу подобнойгипотезы указывают экспериментальные результаты по резкому увеличениюмодуля упругости пленок, что можно объяснить большей степенью связностикаркаса, состоящего из множества кластеров, по сравнению с матрицей,16состоящей только из деформированных слоев, как в ХСП As2Х3 (Х=S, Se).ЗАКЛЮЧЕНИЕВыводы и основные результаты диссертационной работы:1. Для изучения комплекса физических свойств аморфных тонких пленокХСП разработаны физические основы и методика получения при комнатнойтемпературе аморфных тонких пленок бинарных ХСП с возможностьюварьирования толщины пленок и использования различных подложках.2.
Изучено оптическое пропускание тонких пленок; показано, что аморфныепленки имеют оптические характеристики близкие к аналогичным показателямдля тонких пленок, полученных термическим осаждением в вакууме.3. Разработана модель для тонких пленок, позволяющая рассчитыватьоптические константы по экспериментальным результатам спектральнойэллипсометрии, и выполнено экспериментальное исследование по получениюоптических констант тонких пленок бинарных соединений ХСП.4. Исследованы механические характеристики тонких пленок с применениемметода наноиндентирования; показано, что полученные СК пленки обладаютповышенным модулем упругости по сравнению не только с массивным стекломаналогичного состава, но и относительно аморфных тонких пленок, полученныхтермическим напылением в вакууме.5. Разработана теоретическая модель структуры аморфных пленок дляобъяснения экспериментальных результатов.Основные публикации автора по теме диссертации1.
Тхи Ханг Нгуен. Тонкие пленки бинарных халькогенидов As 2X3 (X = S, Se),полученные методом спин-коатинга/ Тхи Ханг Нгуен, Е.В. Текшина, П.И.Лазаренко, В.К. Иванов, С.А. Козюхин // Российский технологический журнал.– 2017. – №3 (17). – Т.5. – С.51.2. Vitalii Yu. Kotov. Hybrid material with optical band of 1.59 eV on the base ofBis(4-cyano-1-pyridino) pentaneidobismuthate / Vitalii Yu. Kotov, Andrey B.Ilyukhin, Alexey A. Sadovnikov, Kirill P. Birin, Nikolai P. Simonenko, Hang ThiNguyen, Alexander E. Baranchikov, Sergey A. Kozyukhin // MendeleevCommunication. – 2017.
– №27. – C.271.3. Козюхин, С.А. Оптические свойства аморфных пленок триселенидамышьяка, полученных по технологии спин-коатинга / С.А. Козюхин, Нгуен ТхиХанг, А.А. Корлюков, А.А. Полохин, А.В. Волкова, П.И. Лазаренко. // ВестникРГРТУ. – 2018. -Том 1. – Номер 63. – C.147.4. Hang Thi Nguyen. Characteristics of Amorphous As2S3 Semiconductor FilmsObtained via Spin Coating / Hang Thi Nguyen, A. O. Yakubov, P.
I. Lazarenkо, A. V.Volkova, A. A. Sherchenkov, and S. A. Kozyukhin. // Semiconductors, - 2018 - Vol.52 - No. 15 - p. 1963.5. Нгуен Тхи Ханг. Оптические свойства тонких пленок As2S3, полученныхметодом спин-коатинга / Нгуен Тхи Ханг, Текшина Е.В., Варгунин А.И.,КозюхинС.А./Материалынаучно-техническойконференции«Микроэлектроника и информатика-2016».
МИЭТ. – 2016. – С.113.6. Нгуен Тхи Ханг. Оптические свойства тонких пленок As2S3, полученныхметодом спин-коатинга / Нгуен Тхи Ханг, Текшина Е.В., Важигун А.И. //Аморфное и микрокристаллические полупроводник. Сборник международнойконференции. –2016. – Санкт-Петербург. – С.355.177. Нгуен Тхи Ханг. Синтез гибридных структур «опал/Ge2Te2Sb5» иисследование их оптических свойств. Тезисы докладов VI Всероссийскойшколы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению«Диагностика наноматериалов и наноструктур», Рязань.
– 2013.– Том 3.– С. 105.8. Нгуен Тхи Ханг, Текшина Е.В. Синтез гибридных структур”опал/Ge2Te2Sb5” и исследование их оптических свойств. Тезисы докладов VIВсероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых понаправлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур».– Рязань. – 2015.
–Том 3. – С. 120.9. Нгуен Тхи Ханг. Физико-химические свойства тонкие пленки As2S3полученных методом спин-коатинга. Тезисы докладов VI Всероссийскойшколы-семинара студентов, аспирантов и молодых учeных по направлению«Диагностика наноматериалов и наноструктур».– Рязань.– 2017.–Том 3.– С. 120.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
