Диссертация (1173421), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В гораздоменьшей степени распространенным, соответственно, менее исследованнымявляется применение растворных методов для приготовления аморфных пленокХСП. Одним из развитых методов является спин-коатинг (СК; spin-coatingmethod), основанный на растекании капли раствора за счет центробежных сил по6поверхности быстровращающейся подложки. Несмотря на явные преимуществатакого метода, при изготовлении пленок большой площади, или в тех случаях,когда требуется варьирование толщины пленки и контроль стехиометрии состава[28-32], метод не получил распространения в первую очередь из-за слабойрастворимости ХСП в большинстве растворителей [28-32].
Также малоисследованными являются физические характеристики аморфных пленок,приготовленных по данной технологии, например, в литературе к началуисследований отсутствовали данные о механических и электрофизическиххарактеристиках.Основными объектами исследований диссертационной работы являютсяаморфные тонкие пленки бинарных ХСП состава As2X3 (X = S, Se), полученныеметодом СК.Целью работы является экспериментальное исследование оптических,электрических и механических свойств аморфных пленок на примере бинарныхХСП, установление корреляций со свойствами тонких пленок, полученныхдругими методами, и разработка структурной модели для аморфных пленок.Основные задачи работы.
Для достижения поставленной цели вдиссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:1.Исследование оптических характеристик аморфных пленок методамиоптическогопропусканияиспектральнойэллипсометрии,разработкатеоретической модели тонкой пленки для описания спектральных зависимостейоптических констант.2.Изучение электрофизических свойств аморфных пленок методомпроводимости на постоянном токе и исследование температурных зависимостейпроводимости в широком интервале температур.3.Исследование механических свойств полученных тонких пленокметодом наноиндентирования.4.Диагностика полученных пленок и определение их фазового иэлементного состава.7Разработка структурной модели аморфных пленок для объяснения5.экспериментальных результатов.Разработка методики получения тонких пленок методом СК с6.контролируемой толщиной на подложках различной природы (стекло, кварц,монокристаллический кремний).Методы исследования в работе.Основными методами исследования являлись рентгенофазовый анализ(РФА);атомно-силоваямикроскопия(АСМ);сканирующаяэлектронная(растровая) микроскопия (СЭМ); оптическая микроскопия; ИК-спектроскопия;спектроскопиякомбинационногорассеяниясвета(КРС);спектральнаяэллипсометрия.
Изучение механических свойств тонких пленок осуществлялось сприменением настольного нанотвердометра и атомно-силового микроскопа;измерениетемпературнойзависимостиэлектрофизическихсвойствнапостоянном токе выполнялось в диапазоне температур от комнатной температурыдо 350 °С.Научная новизна работы заключается в следующем:1.Разработана оригинальная модель экспериментальной структуры наоснове аморфных тонких пленок As2X3 (X = S, Se), адекватно описывающаяспектральные зависимости оптических констант.2.Впервые показано, что пленки бинарных ХСП, полученные методомCК, обладают повышенными показателями модуля упругости по сравнению смассивным стеклом аналогичного состава и с пленками, полученными методомиспарения в вакууме.3.Установлено, что для аморфных тонких пленок ХСП на основебинарных соединений метод синтеза пленок не оказывает значительного влиянияна оптические и электрические характеристики, но существенно меняет ихмеханические показатели.
Предложена структурная модель для объясненияданного эффекта.4.Разработана методика получения аморфных тонких пленок ХСП сприменениемметодаспин-коатинга,позволяющаяполучатьпленкис8регулируемой толщиной на подложках различной природы: стекло, кварц,монокристаллический кремний.Теоретическаязначимостьрезультатовдиссертационногоисследования состоит в том, что впервые разработана двухслойная модель дляаморфных тонких пленок As2X3 (X=S, Se), позволяющая рассчитывать оптическиеконстантынаосноведанныхспектральнойэллипсометрии;предложенатеоретическая модель структуры аморфных тонких пленок, объясняющаяоптические, электрические и механические характеристики.Практическаязначимостьрезультатовдиссертационногоисследования. Полученные в диссертации экспериментальные результаты исделанные на их основе выводы углубляют и конкретизируют представления омеханизмах формирования некристаллической структуры.
Они имеют важноезначение для развития физических представлений о природе аморфногосостояния, а также для получения диэлектрических покрытий, обладающихповышенными показателями модуля упругости и высокой прозрачностью вобласти видимого диапазона, что делает их перспективными функциональнымиматериалами.Основные защищаемые положения и результаты диссертационнойработы:1.Оптическое пропускание СК аморфных тонких пленок; корреляцииоптических характеристик с аналогичными показателями для тонких пленок,полученных термическим осаждением в вакууме.2.оптическиеМодель для СК аморфных тонких пленок, позволяющая рассчитыватьконстантыпоэкспериментальнымрезультатамспектральнойэллипсометрии.3.Разработка теоретической модели структуры СК аморфных пленоксостава As2X3 (X = S, Se) для объяснения экспериментальных результатов пооптическим и электрофизическим характеристикам.4.Механические характеристики СК аморфных тонких пленок сприменением метода наноиндентирования, показывающие, что полученные9пленки обладают повышенным модулем упругости по сравнению с массивнымстеклом аналогичного состава и относительно аморфных тонких пленок,полученных термическим напылением в вакууме.5.Создание физических основ получения при комнатной температуреаморфных тонких пленок ХСП на примере As2X3 (X = S, Se) с возможностьюварьирования толщины пленок на подложках различного типа.Достоверность результатов исследований обеспечивается проведениемэкспериментальных измерений на современном научном оборудовании с высокойточностьюивоспроизводимостью;соответствиемэкспериментальныхитеоретических результатов, полученных с применением независимых методов.Апробация работы.
Результаты проведенных исследований обсуждалисьна следующих конференциях:1.X международная конференция «Аморфные и микрокристаллическиеполупроводники», г. Санкт-Петербург, 2016 г.;2.VI, VIII и IX Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов имолодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наностуктур»,г. Рязань, 2013, 2015 и 2017 г.г.;3.XXIII,XXVВсероссийскаямежвузовскаянаучно-техническаяконференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика», г.Зеленоград, 2016 г. и 2018 г.;4.IV Международная научно-методическая конференция "Физико-математическое и технологическое образование: проблемы и перспективыразвития", г. Москва, 2017 г.;5.Международнаяконференция«Теоретическаяфизикаиееприложения», г.
Москва, 2015 г.Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в11 научных работах, включая 3 статьи из «Перечня рецензируемых научныхизданий ВАК и входящих в международные реферативные базы данных» и 7тезисов докладов на российских и международных конференциях.10Личный вклад автора. Автор диссертации принимал участие в постановкеэкспериментов и их проведении, обработке и интерпретации экспериментальныхрезультатов, создании теоретических моделей, написании научных статей всоставе авторского коллектива и подготовке их к опубликованию, представлялдоклады по теме диссертации на конференциях. Результаты, выносимые назащиту и составляющие научную новизну диссертационной работы, полученыавтором лично в лаборатории магнитных материалов Института общей инеорганической химии им. Н.С.
Курнакова РАН, на кафедре теоретическойфизики им. Э.В. Шпольского Института физики, технологии и информационныхсистем, МПГУ и в Институте перспективных материалов и технологийНационального исследовательского университета «МИЭТ».Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав,основныхрезультатовивыводовпоработе,содержит129страницмашинописного текста, включая 14 таблиц, 75 рисунков, 29 формул и списоклитературы из 107 наименований.11Глава 1. Литературный обзорВ Главе 1 представлен анализ литературы по теме диссертации. Основноевнимание уделено структуре и физическим свойствам ХСП, при этомпреимущественно анализ сфокусирован на бинарных соединениях As 2X3 (X=S,Se), которые исследовались в диссертационной работе.
Проанализированыосновные технологии осаждения тонких пленок ХСП, показаны их преимуществаи недостатки, а также возможные пути решения недостатков. Выполнен анализлитературных данных, описывающих метод спин-коатинг и его применение вобластиполученияХСП.Рассмотреныосновныесовременныеобластиприменения тонкопленочных ХСП.1.1. Структура халькогенидных стеклообразных полупроводников1.1.1. Структуры As2X3 (X=S, Se)В состав ХСП входят халькогениды VI-ой группы периодической таблицыэлементов (S, Se, Te) в комбинации с элементами IV-ой и V-ой групп (см. Рисунок1.1).
Примерами халькогенидных стекол являются As2S3, As2Sе3, As2Te3, GeSe2,Sb2S3, и т.д. [4].Рисунок 1.1 – Периодическая таблица элементов с указанием халькогенидов ивозможные варианты образования стекол.12Ухалькогенидныхстеклообразныхполупроводниковотсутствуеттрехмерная периодичность. Силы химических связей между атомами в ХСПсхожи с аналогичными силами в кристалле соответствующих составов, при этом уних отсутствует дальний порядок, но сохраняется ближний [4, 14].В формировании свойств материала важен ближний порядок [1, 3, 33-35],поэтому для теоретического описания свойств стекол требуется знать ихструктуру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
