технологические вопросы изготовления полупроводниковых пленок с аномально высокими фотонапряжениями

ГЛАВА I. Технологические вопросы изготовления полупроводниковых пленок с аномально высокими фотонапряжениями.
Данная глава диссертации посвящена методике получения АФН-пленок из полупроводниковых материалов конденсацией атомномолекулярных пучков в вакууме. В процессе роста пленок напылением в вакууме необходимо обеспечивать стехиометрию полупроводниковых соединений. Под стехиометрией следует понимать соответствие химического состава пленки и напыляемого полупроводникового вещества, так как неконтролируемые изменения химического состава пленки от образца к образцу повлекут за собой сильный разброс электрических и фотоэлектрических параметров, и ухудшат во производимость. Коротко опишем известные разновидности технологических методик, обеспечивающих стехиометрию в пленках сложных полупроводниковых соединений: *
а) дисперсное испарение всех компонентов полупроводникового соединения (метод трех температур) /45 /;
б) легирование полупроводниковой пленки в процессе напыления (либо после напыления) менее летучим компонентом, т.е. элементом с малым давлением паров /46 /;
в) “взрывное” испарение полупроводникового соединения.
Метод дискретного испарения хорошо апробирован на таких
бинарных соединениях A^III В^V и А^II B^VI как GaAs, InSb, CdS и др. Но для соединений, состоящих из трех и более элементов, применять этот метод вообще нецелесообразно.
Метод легирования пленок также удачно применялся для получения пленок бинарных соединений /46 /. Этим методом получены
-------------------------
* Кроме этих методик, известен способ получения полупроводниковых пленок в закрытых объёмах /48/.
Кальман с сотрудниками получили пленки германия напылением в вакууме ~10^-4 из керамического тигеля. Подложка, на которую напыляли германий, находилась под углом 20° к оси молекулярного пучка и нагревалась до 400°С. Как и для пленок сульфида свинца, для пленок германия необходимым условием является наклонное напыление. В работе /64 /приводятся данные о зависимости величины фотонапряжения от угла напыления (рис.1.4).
Накаи /59/, Коноров П.П. /62/, Юабов Ю.М. /63/получили пленки по технологии, аналогичной описанной Кальманом с сотрудниками. Необходимо подчеркнуть, что, по мнению всех авторов, для возникновения аномального фотонапряжения наличие угловой анизотропии недостаточно. Для генерации фотонапряжения требуется присутствие кислорода. Эти данные получены при изучении зависимости фотонапряжения и сопротивления слоев от газового окружения. Пленки германия, освещенные в вакууме 10^-7 мм.рт.ст., сразу после напыления не генерируют /58/, фотонапряжение появляется тогда, когда в систему впускается воздух.
Заслуживают внимания эксперименты по изучению кинетики фотонапряжения от давления воздуха /66-68/. В камеру, где напилена пленка германия, впускался воздух, снятая при этом зависимость V(Р) в монохроматическом свете с λ≤0,4 мкм и λ≤0,7 мкм приведена на рис. 1.5. При анализе физических моделей АФН-пленок эти результаты будут обсуждаться.
Авторы, исследовавшие АФН-эффект в германии, подчеркивают, что наиболее критичным параметром является толщина пленок Ge. При толщинах, больших 0,1 мкм, сопротивление слоя резко (с 10⁹÷ 10¹² до 10⁴ Ом) падает и это приводит к исчезновению эффекта.
Показано /63/, что вольтамперные характеристики пленок германия, кремния и др. линейны вплоть до полей 10⁴ В/см, исключение составляют пленки сульфида свинца, в которых сопротивление носит неомический характер /69 /. Типичные зависимости J (V) приведены на рис, 1.6.
Свойства и методы приготовления пленок теллура описаны в работах /70, 71/. Слои теллура в вакууме 10^-5 мм.рт.ст. напылялись на пластины из стекла, расположенные под углом, подложки имели температуру 20°С. В толстых (~1мкм) слоях теллура фотонапряжение было порядка 2 мВ /70/. При увеличении скорости испарения пленки до 600÷700 Å/сек. фотонапряжение возрастало. Электронографические исследования показали, что эти слои аморфны.
Пленки Si. Кальман с сотрудниками получили эффективные АФН-пленки из Si и Ge по двум методам. По первой методике в вакууме 10^-5 мм.рт.ст. производилось испарение кремния в колоколообразной камере. Испаритель был сделан из танталовой спирали. Одновременно в камере были 20 подложек и испарение велось ~2 часа, затем система охлаждалась до комнатной температуры, и в неё впускался воздух. По второй методике монокристаллический Si (ρ=30 Ом·см. p-типа) очищали путем травления в HF·HNO₃, промывали в дистиллированной воде, ацетоне и снова в дистиллированной воде и сушили на воздухе. В подложкодержателе была одна подложка. Испарение продолжалось 20 минут, затем камера до комнатной температуры охлаждалась в вакууме, после этого в систему впускался воздух.
Авторы /61/для получения АФН-пленок германия в качестве исходного вещества использовали особо чистый германий (pили n-типа). С помощью керамического тигеля под углом напыления 20° в вакууме ~10^-4 мм.рт.ст. осаждали германий, температура подложки была ~400°С.
Приведем таблицу для АФН-пленок Si и Ge /61/.
Таблица 1.2