О структуре твердого раствора Ge1-xSnx | Статья в журнале «Образование и воспитание»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 ноября, печатный экземпляр отправим 6 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Саидов А. С., Усманов Ш., Асатова У. П., Исмаилов Ш. К. О структуре твердого раствора Ge1-xSnx // Образование и воспитание. — 2018. — №3.1. — С. 24-26. — URL https://moluch.ru/th/4/archive/94/3376/ (дата обращения: 23.10.2019).



Исследования показали возможность создания новых оптоэлектронных приборов, совместимых с кремниевой технологией, что очень важно для широкомасштабного использования дорогих полупроводниковых материалов, выращенных на кремниевых подложках. Слои твердого раствора Si1-xGex c разной величиной х перекрывают параметр решетки от равного Si (а = 5.4198 Å) до равного Ge (а= 5.6560 Å), следовательно, на них можно наращивать разные полупроводниковые соединения класса AIIIBV и AIIBVI с минимальной плотностью дислокации несоответствия. На Si/SiGe подложках выращены слои GaAs и получены светодиодные структуры, интегрированные с высокоскоростными цифровыми схемами для световой передачи и обработки сигналов. SiGe подложки, полученные с применением низкоэнергетической плазмы, были использованы для роста пленок GaAs и получены однокаскадные фотоэлементы для солнечных батарей.

В данной работе приводятся результаты экспериментальных исследований по структурных и некоторых фотоэлектрических свойств узкозонного твердого раствора Ge1-xSnx.

Твердые растворы Ge1-xSnx были выращены методом жидкофазной эпитаксии из ограниченного объема оловянного раствора-расплава принудительным охлаждением в атмосфере очищенного палладием водорода [1].

Содержание Sn, а также однородность распределения компонентов, как по толщине эпитаксиального слоя, так и в направлениях, параллельных фронту кристаллизации, зависят от состава раствора-расплава и температуры начала кристаллизации. С увеличением содержания Zn в растворе-расплаве, содержание олова в твердом растворе резко возрастало, что, вероятно, связано с влиянием третьего компонента на эффективное значение коэффициента распределения [Саидов и др. 1986]. Установлено также, что с повышением температуры начала кристаллизации при одинаковых условиях и состава раствора-расплава увеличивается содержание Sn в твердом ратсворе Ge1-xSnx, при температуре начала кристаллизации 740С содержание Sn составляло х = 0.1, а при 540С – х = 0.03.

Структурные исследования со стороны пленки твердого раствора Ge1-xSnx (0  х  0.03) были выполнены на рентгеновском дифрактометре Дрон-УМ1 (CuK – излучения, = 0.15418 нм) по схеме –2 в режиме пошагового сканирования.

Анализ результатов рентгенограммы показал, что поверхность пленки соответствует кристаллографической плоскости (111). Об этом свидетельствует присутствие на рентгенограмме узких интенсивных селективных рефлексов серии {222}. Самый интенсивный рефлекс (222)Ge с d/n = 0.186 нм (при 2 = 55.98), где d – межплоскостное расстояние, n – порядковый номер плоскости, обусловлен рассеянием рентгеновских квантов от базовых плоскостей серии {222} германиевой подрешетки пленки и имеет полуширину   7.8510-4 рад. Узкая ширина пика (222)Ge и отсутствие диффузных рефлексов свидетельствует о высокой степени совершенства кристаллической решетки пленки; следовательно, выращенная пленка является монокристаллической с ориентацией (111). Размер субкристаллитов германиевой подрешетки пленки, определенный из полуширины рефлекса (222)Ge по формуле Селякова–Шеррера (L = 0.94·/(·Cosθ), где – длина волны излучения, – полуширина рефлекса и – брэгговский угол), составляет LGe  210 нм.

Рельеф поверхности эпитаксиальной пленки твердого раствора Ge1-xSnx (0 ≤ x ≤ 0.03)изучался с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). На рис. 1 показано трехмерное АСМ изображение эпитаксиальной пленки. Видно, что на поверхности образуются отдельные бугорки различного размера. Анализ показал, что диаметр основание бугорков варьируется в интервале от 150 до 400 нм, а высота от 5 до 20 нм.

Возникновение селективного рефлекса при 2 = 56.36 на дифрактограмме от атомных плоскостей твердого раствора свидетельствует о том, что в пленке присутствуют когерентно расположенные нанокристаллиты от фазы Ge1-xSnx. Заметим, что постоянной решетки нанокристаллов Ge1-xSnx на 0,44% больше, чем постоянной решетки германиевой подложки, что возможно обусловлено деформацией кристаллической решетки гетроэпитаксиальной пленки. Размеры бугорков, полученные исследованиями АСМ на поверхности пленки и нанокристаллитов, полученные рентгеновской дифракции в эпитаксиальной пленки имеют близкие значения, следовательно, по-видимому, твердый раствор Ge1-xSnx с большим содержанием Sn образует нанокристаллиты в эпитаксиальной пленке твердого раствора. Эти кванторазмерные объекты в эпитаксиальной пленке, могут быт использованы, в монипуляции оптическими свойствами гетероструктур, изготовленного на основе исследованного твердого раствора.

Рис. 1. Трехмерное АСМ изображение эпитаксиального слоя твердого раствора Ge1-xSnx (0≤x≤0.03).

С помощью жидкофазной эпитаксии были получены неизотипные гетеропереходы n-Ge–p-Ge1-xSnx (0 ≤ x ≤ 0.03) с переходным варизонным буферным слоем, состоящим из твердого раствора Ge1-xSnx с толщиной 15 мкм. Состав переходного слоя меняется по толщине пленки, ближе к подложке преобладает Ge, и по мере роста слоя мольное содержание Sn растет. В эпитаксиальной пленке мольное содержание Sn составляет 3 ат.%, пленка представляет собой твердый раствор замещения Ge0.97Sn0.03. Для выяснения роли компонентов твердого раствора экспериментально исследовали спектральные зависимости фоточувствительности изготовленных структур с помощью инфракрасного спектрометра ИКС-21. Результаты измерений представлены на рис. 2.Из рис. 4 видно, что фоточувствительность исследованных структур охватывает диапазон энергии фотонов от 0.4 до 1.4 eV.

Известно, что край фоточувствительности германиевых p-n- переходов составляет 0.67 eV. Сдвиг чувствительности исследованных структур в длинноволновую сторону обусловлен твердым раствором р-Ge0.97Sn0.03. Однако подъем спектральной чувствительности не резкий, что, возможно, обусловлено толщиной слоя твердого раствора р-Ge0.97Sn0.03 эффективно поглощающего низкоэнергетические кванты. Так как р-Ge0.97Sn0.03 непрямозонный полупроводниковый материал, для полноты поглощения длинноволновых фотонов требуется слой достаточной толщины, больше, чем 15 мкм. Спад фоточувствительности при энергиях фотонов больше, чем 0.9 eV обусловлен глубиной залегания разделяющего барьера p-n- перехода, которая определяется в нашем случае толщиной слоя p-Ge1-xSnx и составляет ~ 15 мкм

Рис. 2. Спектральная фоточувствительность гетероструктур n-Ge–p-Ge1-xSnx (0 ≤ x ≤ 0.03).

Таким образом, выращены совершенные монокристаллические пленки твердого раствора Ge1-xSnx c кристаллографической ориентацией (111) на монокристаллических подложках Ge методом жидкофазной эпитаксии из оловянного раствора-расплава. В эпитаксиальной пленке присутствуют нанокристаллиты из твердого раствора. Рассогласование постоянных решеток пленки твердого раствора Ge1-xSnx (0  x  0.03) (af = 5,6812 Å) и подложки – Ge (as = 5,6561 Å) составляло  = 2asaf/( as + af) = 0.0044. За счет атомов Sn фоточувствительность p-n- структур на основе твердого раствора сдвигается в длинноволновую сторону спектра излучения. Твердые растворы Ge1-xSnx (0 ≤ x ≤ 0.03) могут быть использованы как фотоактивный материал для разработки оптоэлектронных приборов, работающих в инфракрасной области спектра излучения при длинах волн до 3 мкм.

Литература:

  1. Саидов А.С., Раззаков А.Ш., Кошчанов Э.А.. Кристаллизация слоев полупроводниковых твердых растворов Ge1−xSnx из жидкой фазы. Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. В. 16. С. 71-75.
  2. Soref R.A., Kouvetakis J., Tolle J., Menendez J., D’Costa V.R.. J. Mater. Res., 22, 3281 (2007).
  3. Deibuk V.G., Korolyuk Yu.G. The local atomic structures in Si1–xGex and Si1–xSnx random solid solutions // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 2005. -V. 8, № 1. -P. 1-5.
  4. Андреев В.М., Долгинов Л.М., Третьяков Д.Н.. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов (М., Сов. Радио, 1975. С.328).
  5. А.С. Саидов, М.С. Саидов, Э. А. Кошчанов. Жидкостная эпитаксия компенсированных слоев арсенида галлия и твердых растворов на его основе. (Ташкент, «Фан», 1986).
Основные термины (генерируются автоматически): твердый раствор, эпитаксиальная пленка, состав раствора-расплава, полуширина рефлекса, поверхность пленки, оловянный раствор-расплав, мольное содержание, жидкофазная эпитаксия, AIIIBV, AIIBVI.

Похожие статьи

Жидкофазная эпитаксия твердых растворов (Ge2) 1-x(InP)...

Эпитаксиальные слои твердых растворов на подложке также получены по той же методике.

Толщина эпитаксиальных слоев изменялась в интервале 15–20 мкм в зависимости от температуры начала кристаллизации, от состава растворарасплава, а также от скорости...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

1.2. Жидкофазная эпитаксия. Метод эпитаксии из жидкой фазы основан на наращивании монокристаллического слоя полупроводника из расплава или раствора

Пленки, выращенные ЖФЭ, обладают более выраженной люминесценцией, чем полученные газовой эпитаксией.

Микро- и нанодомены в однослойных эпитаксиальных...

Твердые растворы GaxIn1-xP выращенны в области составов с х~0.50 методом МОС - гидридной эпитаксии на монокристаллической подложке GaAs(100) АГЧО-типа с n=1018 см-3. Поток фосфина 450мл/с, температура роста 600 °С.

Синтез ионных жидкостей с аминосодержащей боковой цепью

Вместо использования основного аниона можно ввести основный центр в состав катиона.

Для этого отбирают 5 см3 раствора, доводят дистиллированной водой в мерной колбе до 100 мл

4. Вальден П. Молекулярные веса и электропроводность некоторых расплавов солей. /

Материалы и реагенты для приготовления промывочных...

Регулирование свойств глинистых растворов основано на двух главных принципах:  изменении физико-химического состояния дисперсной системы, свойств поверхности раздела твердой и жидкой фаз;  изменении состава и концентрации твердой фазы.

Получение полисахаридных пленок и изучение их способности...

Во время сливания раствора пектина с раствором хитозана происходило образование сгустка.

Состав пленки.

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Если вязкость расплава слишком велика, то поваренная соль остается в нем в виде комочков, не

В египетских стеклах максимальное обнаруженное содержание хлора — 1,17 %, что соответствует 1

Введение в раствор карбоната натрия цистеина (0,2 мас. %) способствует...

Исследование свойств эпоксидных композиций на основе...

Увеличение выхода карбонизованных структур достигалось путем обработки целлюлозосодержащего материала раствором тетрафторбората аммония (ТФБА).

Рис. 4 - Морфология поверхности частиц оболочки гречихи: а - исходная

Геохимические и петрологические особенности неоархейских...

Кристаллизация расплава начиналась с выделения фенокристаллов кварца, так как фигуративные точки составов расположены в

То, что точки составов находятся в области кварц-ортоклазовой котектики, говорит о высокой температуре исходной магмы, а содержание...

Похожие статьи

Жидкофазная эпитаксия твердых растворов (Ge2) 1-x(InP)...

Эпитаксиальные слои твердых растворов на подложке также получены по той же методике.

Толщина эпитаксиальных слоев изменялась в интервале 15–20 мкм в зависимости от температуры начала кристаллизации, от состава растворарасплава, а также от скорости...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

1.2. Жидкофазная эпитаксия. Метод эпитаксии из жидкой фазы основан на наращивании монокристаллического слоя полупроводника из расплава или раствора

Пленки, выращенные ЖФЭ, обладают более выраженной люминесценцией, чем полученные газовой эпитаксией.

Микро- и нанодомены в однослойных эпитаксиальных...

Твердые растворы GaxIn1-xP выращенны в области составов с х~0.50 методом МОС - гидридной эпитаксии на монокристаллической подложке GaAs(100) АГЧО-типа с n=1018 см-3. Поток фосфина 450мл/с, температура роста 600 °С.

Синтез ионных жидкостей с аминосодержащей боковой цепью

Вместо использования основного аниона можно ввести основный центр в состав катиона.

Для этого отбирают 5 см3 раствора, доводят дистиллированной водой в мерной колбе до 100 мл

4. Вальден П. Молекулярные веса и электропроводность некоторых расплавов солей. /

Материалы и реагенты для приготовления промывочных...

Регулирование свойств глинистых растворов основано на двух главных принципах:  изменении физико-химического состояния дисперсной системы, свойств поверхности раздела твердой и жидкой фаз;  изменении состава и концентрации твердой фазы.

Получение полисахаридных пленок и изучение их способности...

Во время сливания раствора пектина с раствором хитозана происходило образование сгустка.

Состав пленки.

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Если вязкость расплава слишком велика, то поваренная соль остается в нем в виде комочков, не

В египетских стеклах максимальное обнаруженное содержание хлора — 1,17 %, что соответствует 1

Введение в раствор карбоната натрия цистеина (0,2 мас. %) способствует...

Исследование свойств эпоксидных композиций на основе...

Увеличение выхода карбонизованных структур достигалось путем обработки целлюлозосодержащего материала раствором тетрафторбората аммония (ТФБА).

Рис. 4 - Морфология поверхности частиц оболочки гречихи: а - исходная

Геохимические и петрологические особенности неоархейских...

Кристаллизация расплава начиналась с выделения фенокристаллов кварца, так как фигуративные точки составов расположены в

То, что точки составов находятся в области кварц-ортоклазовой котектики, говорит о высокой температуре исходной магмы, а содержание...

Задать вопрос