Диссертация (1173421), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Таблицу 2.7).На Рисунках 2.23 и 2.24 показана морфология свежеприготовленных пленокAs2Х3(Х=S, Se), исследованная методами АСМ и оптического микроскопасоответственно.островковой.Результатыпоказали,чтоповерхностьпленкиявляется7 нм500 нм7 нм83500 нм500 нм500 нм(а)(б)Рисунок 2.23 – Морфология поверхности тонкой пленки As2S3: (а)- 2D, (б)- 3D,500 нм10 нм10 нмполученной при накапывании 1 капли раствора по данным АСМ.500 нм500 нм500 нм(а)(б)Рисунок 2.24 – Морфология поверхности тонкой пленки As2Sе3: (а)- 2D, (б)- 3D,полученной при накапывании 1 капли раствора по данным АСМ.Рисунок 2.25 – Поверхности тонких пленок: (а)- As2S3, (б)- As2Sе3, полученных принакапывании 1 капли раствора в оптическом микроскопе с увеличением 100 х.Обращает на себя внимание сплошность и равномерность полученной84пленки, а также отсутствие трещин, что оценивалось по снимкам в оптическоммикроскопе (см. Рисунок 2.25).
Видно, что полученые пленки равномерны и неимеют трещин.Для определения толщин формируемых тонких пленок были использованыметоды АСМ (NT- MDT SolverPro) и стиллусной профилометрии (Alpha-Step D100). АСМ применялся для пленок с толщиной менее 1 мкм, а профилометр - дляпленок, толщина которых больше 1 мкм.Рисунок 2.26 – Зависимость толщины и шероховатости пленок от количества капельрастворов - As2S3.Рисунок 2.27 – Зависимость толщины и шероховатости пленок от количества капельрастворов - As2Sе3.85Таблица 2.6 — Результаты исследований морфологии для исследуемых пленокAs2Х3 (Х=S, Se).№Количествокапель1As2S3As2Se31Толщинапленки,нм120Шероховатостьпленки,нм3Толщинапленки,нм100Шероховатостьпленки,нм522220730010332901148013443901553017555101971022676702485040791290501300678101450651750909121690802000115101525001002800150В Рисунках 2.26, 2.27 и Таблице 2.7 показаны толщина и шероховатостьполученных пленок, нанесенных на подложки размером 1×1 см 2, в зависимости отколичества капель (объем капли 50 мкл, скорость вращения 3000 обор.
/мин.).Толщина полученных пленок As2S3 варьировалась в пределах от 120 до 2500 нм, адля пленок As2Se3 от 100 до 2800 нм в зависимости от количества и размеракапель. Средняя шероховатость пленки As2S3 при толщине 120 нм составляет 7нм, а при толщине 2500 нм – 100 нм. У пленки As2Se3 средняя шероховатость длятолщины 100 нм составляет 10 нм, а для толщины 2800 нм – 150 нм.Таким образом, в ходе выполнения работы были исследованы морфологиитонких пленок As2Х3 (Х=S, Se), полученных методом СК при комнатнойтемпературе.
Установлены зависимости толщины получаемых пленок As2Х3(Х=S, Se) от количества и размера капель. Полученные результаты обеспечиваютвозможность формирования тонких пленок с заданной толщиной в диапазоне от86100 до 3000 нм.2.3.3. Фазовый анализ СК тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)Проведенный РФА (Bruker D8 Advance – Bragg Brentano) показал, что усвежеприготовленных пленок As2Х3 (Х=S, Se) имеется широкое гало иотсутствуют рефлексы, что позволяет сделать вывод о наличии только аморфнойфазы (см. Рисунок 2.28), отсутствии кристаллической фазы.Поскольку синтезировать кристаллические пленки As2S3 при стандартномдавлении практически невозможно [1, 3], а пленки As2Se3 кристаллизуются при T> Tg, то мы отжигали СК пленку As2Se3 при температуре 250°С в течение 2,5часов.
Результаты РФА (см. Рисунок 2.29.) пленок после отжига показали, чтообразец As2Se3 закристаллизовался. По рентгенограмме, были определены фазы,параметры ячейки пленок с использованием программы Тораs. Выявлено, чтозакристаллизованная пленка представляет собой однофазный продукт As 2Sе3,кристаллизующийся в моноклинной сингонии (пространственная группа Р21/n), спараметрами ячейки (Таблица 2.8), близкими к литературным данным [3].Рисунок 2.28 – Рентгенограммы свежеприготовленных СК пленок: (а)- As2S3; (б)As2Sе3.87Рисунок 2.29 – Рентгенограмма СК пленки As2Sе3 после отжига при 250°С в течение2,5 часов.Таблица 2.8. Параметры элементарной ячейки кристаллической пленки As2Sе3а (Å)b (Å)12,154(4)9,8435(13)c (Å)4,3331(11)β (°)91,20(3)Таким образом, было определено, что полученные свежеприготовленныепленки As2Х3 (Х=S, Se) имеют аморфную фазу.
При этом проведение отжига притемпературе 250°С в течение 2,5 часов приводит к кристаллизации пленок As2Se3.2.3.4. Элементарный состав полученных тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)Элементный анализ СК тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se) выполнялся нарастровом электронном микроскопе Carl Zeiss Nvision 40с системой элементногоанализа Inka Oxford (EDX).Изспектрахарактеристическогорентгеновскогоизлучения,88представленного на Рисунках 2.30, 2.31 видно, что на спектрограмменаблюдаются ярко выраженные рефлексы As, S (a) и As, Se (б), а также Si, изкоторого стоят подложки.0.60.60.80.8111.21.41.61.822.22.4Рисунок 2.30 – Спектрограмма СК пленки As2S3.1.21.41.61.822.22.4Рисунок 2.31 – Спектрограмма СК пленки As2Х3 (Х=S, Se).2.62.832.62.8389Таблица 2.7 — Результат элементного анализа аморфных тонких пленок As2Х3(Х=S, Se).№ точкиAs2S3As2Se3As, ат.%S, ат.%As, ат.%Se, ат.%140,559,541,858,2241,358,742,357,7340,859,239,860,2441,858,241,658,4540,359,340,259,8Результаты обработки данныхМаксимум41,859,542,360,2Минимум40,358,240,257,7Среднее40,9±159,1±1,441,1±1,158,9±1,6Теоретический40604060Анализ проводился в пяти разных точках поверхности, выбранных в центреи четырех боковых секторах образца.
Результаты EDX представлены в Таблице2.7. Средний состав пленки рассчитывался как среднее арифметическое значениепо всем проведенным измерениям.Как видно из Таблицы 2.7, отклонение содержания As в разных точкахпленки, полученной из раствора As2S3 в БА, не превышает 1 ат. %, а S – 1,4 ат.%от среднего значения. В пленке CK из раствора As2Se3 в БА –содержание As вразных точках образца не превышает 1,1 ат.%, а Se – 1,6 ат.%.
При этомполученныепленкипосоставуAs40,9S59,1иAs41,1Se58,9близкикстехиометрическому As2Х3(Х=S, Se).2.3.5. Определение примесного состава пленокAs2Х3 (Х=S, Se)Для определения примесного состава СК пленок были записаны ИК-90спектры чистого растворителя и раствора As2Х3 (Х=S, Se) с помощьюинтоферометра Dynascan (см. Рисунок 2.32, 2.33).Рисунок 2.32 – ИК-спектры БА (кривая 1), раствора As2S3 в БА (кривая 2) и СК пленкиAs2S3на C-Si подложке (кривая 3).Рисунок 2.33 – ИК-спектры БА (кривая 1), раствора As2Se3 в БА (кривая 2) и СКпленки As2Se3 на C-Si подложке (кривая 3).Было установлено, что в аморфных пленках As2Х3 (Х=S, Se) в диапазоне91500-4000-1см впределахчувствительностиметодаотсутствуютполосыпоглощения, характерные для чистого n-бутиламина (CH3(CH2)3NH2) и/илираствора As2Х3 (Х=S, Se) в n-бутиламине, а именно, полосы, соответствующиехимическим связям N-H (1400, 1500, 1600, 3300 см-1) [107], C-H (2800, 2900, 3000см-1) [107] и N-C (800, 900, 1000 см-1) [107].
Это свидетельствует о том, что отжигпленок в вакууме при 100°С в течение 2 часов практически полностью позволяетудалить следы органического растворителя.92Выводы по 2 главеВыяснен режим получения растворов As2Х3 (Х=S, Se) в БА. Оптимальнымвременем выдержки растворов As2Х3 (Х=S, Se) в БА после приготовления,является приблизительно 24 и 48 часов, что соответствует достижениюмаксимального растворения As2Х3 (Х=S, Se) - 20 % масс. При этом установлено,что выдержку и дальнейшее хранение необходимо проводить в эксикаторе,заполненном инертным газом, что обеспечит исключения влияния на растворыпроцессов окисления.
Время хранения может составлять не менее 10 дней.2. Разработаны методики нанесения тонких пленок халькогенидныхполупроводников системыAs2Х3(Х=S,Se)методомСК.Установленызависимости толщины получаемых пленок As2Х3 (Х=S, Se) от количества иразмера капель. Методики, разработанные на основе полученных результатовисследований, обеспечивают возможность формирования тонких пленок сзаданной толщиной в диапазоне от 100 до 3000 нм.3. Выполнено комплексное исследование тонких пленок As 2Х3 (Х=S, Se) сцелью установления их элементного и фазового составов, а также структруныхособенностей.
Установлено, что свежеприготовленные СК пленки являютсяаморфными, и имеют химический состав близкий к стехиометрическому составу.93Глава 3. Оптические, электрические и механические свойства тонких пленокAS2X3 (X=S, SE)Глава посвящена экспериментальным результатам по изучению оптических,электрических и механических свойств СК тонких пленок As2X3 (X=S, Se) иобсуждению полученных результатов.3.1. Структурные исследования тонкихСК пленок As2Х3 (Х=S, Se)Структурные особенности тонких СК пленок As2Х3 (Х=S, Se) изучалисьметодом КРС спектроскопии. Экспериментальные спектры имели сложный вид, идля их разложения на составляющие применялась программа Origin 9.0 прикритерии согласия не хуже, чем R2=0,996.3.1.1.
Структурные исследования тонких СК пленок As2S3На Рисунке 3.1 показан экспериментальный спектр КРС для исходныхстекол As2S3 (кривая I) и аморфных СК пленок As2S3 (кривая II).Для полученного спектра было произведено разложение на гауссовыекривые:для СК пленок As2S3 главный пик в районе 340 см-1 разложен на пики305, 340 и 379 см-1, соответствующие колебаниям связи As – S в основномструктурном фрагменте данного соединения – пирамидах [AsS3/2] [9, 40, 41],сочлененных по ребрам (см. Рисунок 3.2). Отметим, что данные пики согласуютсяс пиками, которые наблюдались в исходном стекле;в исходном стекле дополнительно были обнаружены полосы слабойинтенсивности с пиком 245 см-1 и в СК пленке As2S3 – 184 см-1 пиком,соответствующие колебаниям связи As – As между молекулами (см.
Рисунок 3.2)[9, 40, 41];94Рисунок 3.1 – Спектры КРС исходного стекла As2S3 - кривая I и СК пленки As2S3 кривая II.были выявлены пики с максимумами в районе 486 см-1, которыеприписывают к колебаниям связи S – S в структурных фрагментах [–As–S–S–As–]в СК пленке As2S3 (см. Рисунок 3.2) [9, 40, 41].Таким образом, результаты КСР показали, что структура фрагментов СКпленок As2S3 соответствуют исходному стеклу, в которых основные структурныеединицы являются пирамидами [AsS3/2] (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
