Диссертация (1173421), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

рис. 3.2).Рисунок 3.2 – Модель структур As2Х3 (Х=S, Se).953.1.2. Структурные исследования тонких СК пленок As2Se3По литературным данным [9, 41 - 43], характеристический пик для КРСспектровAs2Se3,обусловленныйвалентнымиколебаниямивосновныхструктурных единицах [AsSe3/2] и расположенный в районе 230 см-1, являетсяасимметричным и имеет особенности, характерные для сложных пиков.

На этихоснованиях, были изучены КРС спектры для исходных стекол (см. Рисунок 3.3кривая I) и аморфных CK пленок As2Sе3 (см. Рисунок 3.3 кривая II).Рисунок 3.3 – Спектры КРС исходного стекла As2Sе3 - кривая I и СК пленки As2Sе3кривая II.Разложение спектра на гауссовые кривые позволило определить следующее: Для СК аморфной пленки As2Sе3 КРС спектр состоит из трех основныхпиков с центрами при 235, 255 и 265 см-1, а также пиков слабой интенсивности сцентрами при 135, 370 см-1. Для стекла были выявлены пик с центром при 230 см-1и два близких пика с центрами при 260 и 272 см-1 (см.

Рисунок 3.3). Наличие трех96близкорасположенных центральных пиков 235, 255, 265 см-1 могут бытьприписаны колебательной моде структурной единицы [AsSe 3/2] в аморфнойпленке и в исходном стеклесоответствуют пики 230, 260, 272 см-1 (см. Рисунок3.4) [9, 42, 43]. Пик слабой интенсивности в районе 135 см-1, имеющийся в стекле и СКпленках, объясняется наличием структурных фрагментов с гомополярнымисвязями типа As – As между молекулами As2Sе3 [9, 42, 43] (см. Рисунок 3.4). Слабые по интенсивности пики при 370 см-1 обнаружены в аморфнойпленке и в стекле при 275 см-1 и соответствуют колебаниям Se–Se в структурныхфрагментах [–As–Se–Se–As–] между молекулами [9, 42, 43] (см. Рисунок 3.3).По результатам анализа спектров КРС можно резюмировать, что структурыфрагментов СК пленок As2Se3 соответствуют исходному стеклу и сохраняютхарактерные структурные единицы [AsSe3/2] (см. Рисунок 3.2).Такимобразом,можносделатьвывод,чтополосынаибольшейинтенсивности в спектрах КРС СК пленок As2Х3 (Х=S, Se) обусловленыколебаниями химических связей в основных структурных единицах – пирамидах[AsX3/2] (Х=S, Se).

Аналогичные полосы наблюдаются в спектрах массивныхстекол. Для пленок имеются полосы слабой интенсивности, обусловленныеколебаниями гомополярных связей типа As – As, либо халькоген – халькоген. Встеклах такие пики не наблюдались, так как пленки нанесены на подслои серебрас целью увеличить интенсивности пиков.3.2. Оптическая ширина запрещенной зоны СК тонких пленок As2Х3 (Х=S,Se)Как отмечалось в главе 1, у ХСП имеются особые свойства, в том числеоптические характеристики [1, 3, 8, 49, 50].

Фундаментальным параметром,характеризующим оптические свойства полупроводников, является шириназапрещенной зоны. Для определения ширины запрещенной зоны СК пленок As2Х3(Х=S, Se) были проведены измерения их оптического пропускания.97Экспериментальные спектры оптического пропускания T (%) СК пленокAs2Х3 (Х=S, Se) были измерены при помощи спектрометра Cary 5000 (см. Рисунки3.4, 3.5). Показано, что в видимом диапазоне спектры оптического пропусканияаморфных пленок As2Х3 (Х=S, Se) обладают экспоненциальным участком.

Изспектров видно, что пленка As2S3 начинает пропускать свет от длины волны около580 нм, а пленка As2Se3 от 700 нм. Коэффициент пропускания для СК пленокAs2S3 составляет 75%, а для As2Sе3 – 53%.Рисунок 3.4 – Оптический спектр пропускания тонкой пленки As2S3.Рисунок 3.5 – Оптический спектр пропускания тонкой пленки As2Sе3.Спектральные зависимости коэффициента поглощения рассчитывалась поформуле 3.1 и представлены на Рисунках 3.6 и 3.7:98=-1(1−)2(3.1)где: d - толщина пленки, T - оптическое пропускание, R - коэффициентотражения, который в данном интервале длины волн для As 2Х3 (Х=S, Se) являетсяпрактически постоянным. В области фундаментального поглощения коэффициентотражения равен 25% для As2Se3 и 17% для As2S3.Рисунок 3.6 – Спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения вобласти края поглощения СК пленок As2S3.Рисунок 3.7 – Спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения вобласти края поглощения СК пленок As2Sе3.99На основании экспериментальных кривых была рассчитана оптическаяширина запрещенной зоны ΔEg с использованием приближения Тауца (48),основанного на предположении параболического характера зон вблизи краяполосы фундаментального поглощения.Для этого на зависимости (αhν)1/2 = f(hν) (см.

Рисунок 3.8, 3.9) былопределен линейный участок, который экстраполировался до пересечения с осьюабсцисс, и точка пересечения принималась равной ΔEg.Рисунок 3.8 – Зависимость (αhν)1/2 поглощения аморфных пленок As2S3 от энергиифотона.Рисунок 3.9 – Зависимость (αhν)1/2 поглощения аморфных пленок As2Sе3 от энергиифотона.100В Таблице 3.1 представлены полученные величины ΔEg для СК пленокAs2Х3 (S, Se) в сравнении со значениями для ВЧ – пленок, ТИ – пленок иисходных стекол соответствующих составов.Таблица 3.1 — Полученные величины ΔEg для пленок As2Х3(S, Se)СоставΔEg для СКпленок(эВ)ΔEg для ТИпленок (эВ)ΔEg для ВЧпленок(эВ)ΔEg длястекла(эВ)ΔEg длякристалла(эВ)As2S32,20±0,022,1±0,3[9, 49]2,4±0,3[9, 49]2,3±0,3[1, 3]2,56±0,1[1, 3]As2Se31,70±0,021,72±0,3[9, 50]1,75±0,3[9, 50]1,7±0,3[1, 3]1,93±0,1[1, 3]Установлено, что для СК пленок состава As2S3 ΔEg = 2,20±0,02 эВ, дляAs2Se3 ΔEg = 1,70±0,02 эВ (см.

Таблицу 3.1). Данные значения указывают напрозрачность СК пленок в достаточно широком спектральной диапазоне, начинаяс λ~560 нм для сульфида мышьяка и λ~730 нм для селенида мышьяка, при этомдлинноволновая граница поглощения у данных соединения лежит в дальней ИКобласти в районе 30 мкм [1-5].Таким образом, СК аморфные пленки имеют оптические характеристики,близкиеканалогичнымпоказателямдлятонкихпленок,полученнымтермическим осаждением в вакууме. Тонкие пленки As2Х3 (Х=S, Se) прозрачны вдостаточно широком спектральном диапазоне, начиная с λ~560 нм для сульфидамышьяка и λ~730 нм для селенида мышьяка, при этом длинноволновая границапоглощения у данных соединений согласно литературным данным лежит вдальней ИК-области, что позволяет считать их перспективными материалами дляиспользования в ИК – области. Рассчитанные значения оптической ширинызапрещенной зоны для аморфных СК пленок близки к аналогичному показателюдля аморфных тонких пленок, полученных, например, термическим напылением.1013.3.

Оптические константы СК тонких пленок As2Х3 (Х=S, Se)СпектрыэллипсометрическихпараметровΨиΔизмерялисьнаэллипсометре ЭЛЛИПС – 1881 A. Зависимости представляли монотонные кривые,на основании которых методом численного моделирования были рассчитаныспектральные зависимости показателя преломления n и коэффициента экстинкцииk [51-53]. Программное обеспечение Spectr позволило провести расчет параметровd, n, k, Eg для модели образца по измеренным данным Ψ и Δ.

Дисперсия для n и kаппроксимировалась упрощенными формулами Форохи - Блумера [53].При расчетах использовалась двухслойная модель пленки, показанная наРисунке 3.10. Первый слой – пленка As2Х3 (S, Se) толщиной d1, второй слойпредставлял смесь As2Х3 (S, Se) и воздуха, его толщина обозначена как d2. Дляпленок As2S3 второй слой представляет смесь 93% As2S3 и 7% воздуха; для As2Se3аналогичный показатель составляет 90% As2Sе3 и 10% воздуха.Рисунок 3.10 – Двухслойная модель тонкой пленки, используемая при моделированииСовпадения набора экспериментальных показателей (Ψ, Δ, d1, d2, ΔEg)моделей с аналогичными показателями пленок представлены на Рисунках 3.11,3.12 и в Таблице 3.2.102Рисунок 3.11 – Экспериментальные (черные) и рассчитанные (синие линии)спектральные зависимости Ψ и Δ для пленок As2S3.Рисунок 3.12 – Экспериментальные (черные) и рассчитанные (синие линии)спектральные зависимости Ψ и Δ для пленок As2Se3.103Таблица 3.2 — Параметры моделирования тонких пленок As2X3 (X =S, Se).ТолщинаШероховатостьd1, нмd2, нмEg, эВСоставn()МодельПоМодельАСМПоПоМодельАСМспектрамT(%)As2S3165±1,65169±0,3412±0,128±0,012,552,18±0,022,20±0,02As2Sе3355±3,55353±0,7034±0,34 30±0,033,51,7±0,021,70±0,02Анализполученныхрезультатов(см.Таблицу3.2)показал,чторассчитанное значение оптической ширины запрещенной зоны коррелирует саналогичным показателем, определенным по оптическому пропусканию.Рисунок 3.13 – Расчетные значения показателя преломления n и k для СК пленок As2S3.104Рисунок 3.14 – Расчетные значения показателя преломления n и k для СК пленокAs2Se3.В соответствии с двухслойной моделью для СК тонких пленок As 2Х3 (Х=S,Se) получены оптические константы, которые коррелируют с аналогичнымипоказателями исходного стекла и ВТИ - пленок по литературным данным.

СКпленки As2Х3 (Х=S, Se) имеют большой показатель преломления (от 2,15 до 2,55для As2S3 и от 2,74 до 2,85 для As2Se3) [54-58].Таким образом, разработанная для аморфных тонких пленок теоретическаямодель позволяет рассчитывать оптические константы по экспериментальнымданным спектральной эллипсометрии. Установлены дисперсии показателяпреломления и коэффициента экстинкции для видимой области спектра ипоказано, что тонкие СК пленки As2Х3 (Х=S, Se) характеризуются высокимпоказателем преломления, который позволяет их считать перспективнымиматериалами для ИК-оптики, включая нелинейную оптику.1053.4.

Результаты определения электропроводности тонких пленок As2Х3 (S, Se)3.4.1. Результаты определения электропроводности тонких пленок As2S3Какизвестно[1,3],стеклообразныйсульфидмышьякаявляетсявысокоомным диэлектриком с удельной электропроводностью при комнатнойтемпературе ~ 10-15 Ом/см. Это, с одной стороны, имеет перспективы для егоприменения в качестве диэлектрических покрытий, а с другой - усложняет задачупроведения измерений электропроводности. В нашем случае, измеряемый ток былниже аппаратных возможностей пикоамперметра (Imin = 0,1 нА) при температурениже 150 °С.На Рисунке 3.15 представлена температурная зависимость плотности токадля пленки As2S3, полученной методом СК.

В диапазоне температур от 150 °С до200 °С наблюдается экспоненциальное увеличение плотности тока с увеличениемтемпературы, что характерно для аморфных полупроводников.Рисунок 3.15 – Зависимость плотности тока от 1/kT для пленки As2S3.106На зависимости в аррениусовских координатах в диапазоне от 150 до 200°Сможно выделить прямолинейный участок. Используя выражение (3.2), былаопределена энергия активации проводимости, равная 0,99 ±0,05 эВ.   0 exp EkT,(3.2)где: σ0 – предэкспоненциальный фактор, k – постоянная Больцмана и T –абсолютная температура.Полученное значение энергии активации примерно равно половинеоптической ширины запрещенной зоны Eg = 2,2 ±0,02 эВ, что характерно дляаморфных полупроводников [1, 3].3.4.2.

Характеристики

Список файлов диссертации