Спосіб отримання шарів сульфоселенідів цинку з дірковою провідністю

Винахід відноситься до області напівпровідникової електроніки, зокрема, до технології створення напівпровідникових матеріалів та приладів. Сульфоселеніди цинку (ZnS і ZnSe) - перспективні напівпровідникові матеріали для виготовлення на їх базі оптоелектронних приладів, зокрема, для видимого та мало освоєного короткохвильового спектральних діапазонів. Основною проблемою при цьому є отримання об'ємних кристалів або шарів цих сполук з дірковою провідністю. На даний час є декілька методів їх створення - іонне легування, дифузія з твердої, рідкої або парової фази [1]. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є метод отримання шарів сульфоселенідів цинку р-типу провідності, описаний в [2]. Монокристалічні пластини n-ZnSe після механічної та хімічної обробок завантажувались у кварцову ампулу разом з металічним індієм. Відкачана до 10-4 Торр і запаяна ампула витримувалась 20хв при 650°С і охолоджувалась водою. Потім зразки ZnSe вилучались і разом з металічним цинком поміщались в іншу кварцову ампулу. Подальші технологічні операції були аналогічні попереднім, за винятком процесу відпалу, який проводився при температурі 850°С на протязі 30хв. У результаті поверхневі шари підкладинок ZnSe демонстрували діркову провідність, а концентрація вільних дірок при кімнатній температурі складала ~5.1013см -3. Головним недоліком даного способу є проведення двох операцій відпалу, що суттєво ускладнює і здорожує технологічний процес. Крім того, цей метод не дає змоги створювати шари р-типу провідності на підкладинках сульфіду цинку. Мета винаходу - усунення вищевказаних недоліків. Рішення досягається тим, що у відомому способі, який включає поетапні механічну і хімічну обробки та відпал кристалів, останній проводять лише у насиченій парі індію при температурах 700-850°С. Відповідність критерію ”новизна” запропонованому способу забезпечують ознаки, які пов'язані з температурними режимами обробки кристалів сульфоселенідів цинку та використанням лише одностадійного відпалу у парі індію. Аналіз патентної та науково-технічної літератури показав, що ні з одного джерела інформації не слідує очевидність відпалу кристалів сульфоселенідів цинку для отримання шарів з дірковою провідністю лише у насиченій парі індію. Ця обставина забезпечує запропонованому способу відповідність критерію ”винахідницький рівень”. ”Промислова придатність” забезпечується тим, що у запропонованому способі використані обладнання та технології, які широко застосовуються у сучасній напівпровідниковій електроніці. Запропонований спосіб апробовано на монокристалах селеніду та сульфіду цинку з електронною провідністю 10-8-10-10Ом -1.см -1 при 300К. Підкладинки типорозміром 4х4х1мм послідовно оброблялись механічно за допомогою абразивних мікропорошків АМ5 та AMI, а потім травились у розчині СrО3:НСl=2:3 при 30°С на протязі 1-2хв. Після ретельної відмивки у деіонізованій воді та просушування зразки разом з наважкою індію поміщались у кварцову -4 ампулу. Остання відкачувалася до залишкового тиску £ 10 Торр і герметизувалася шляхом запаювання. Відпал проводився в ізотермічних умовах у температурному діапазоні 600-1000°С на протязі 3год, причому наважка і підкладинка знаходились у протилежних кінцях ампули. Отримані в результаті відпалу поверхневі шари підкладинок ZnS та ZnSe демонструють діркову провідність, на що вказують знаки термоерс та випростовування на точковому контакті. Товщина d цих шарів визначається температурою Тв та часом tв відпалу, зростаючи при їх збільшенні. Для забезпечення надійного вимірювання r питомого опору р величина d повинна складати декілька мікрометрів. Експериментальне було встановлено, що такі умови виконуються при tв>1 год навіть при найнижчій з використовуваного діапазону температурі, тобто при Тв=600°С. Нами час відпалу був вибраний зі значним запасом і складав 3 год. Результати вимірювань питомого опору отриманих шарів у залежності від температури відпалу кристалів ZnSe і ZnSe наведено у таблиці. Таблиця Тв, °С r р , Ом × см p-ZnSe p-ZnS 600 103 2.105 650 4.102 4.104 700 2.102 104 750 102 7.103 800 1002 5.103 850 2.102 104 900 103 2.105 950 104 1000 2.105 Аналіз даних таблиці приводить до висновку, що оптимальними можна вважати температури відпалу 700850°С, оскільки у цьому діапазоні питомий опір зростає не більш ніж у два рази порівняно з його мінімальним значенням. Звернемо увагу на те, що питомий опір шарів p-ZnS при одних і тих же умовах відпалу майже на два порядки вищий, ніж у p-ZnSe. Це зумовлене тим, що енергія активації електричне активного акцепторного рівня у p-ZnSe становить ~0,1еВ,у той час як у p-ZnS - 0,2еВ. Зазначимо також, що максимальна концентрація вільних дірок в отриманих шарах p-ZnSe при 300К становить ~1015см -3, що на півтора порядку більше, ніж у прототипу [2]. Крім того, запропонований спосіб, на відміну від прототипу, дозволяє також отримувати діркову провідність у кристалах ZnS. Джерела інформації: 1. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б. Проблемы управления составом точечных дефектов в соединениях А2В 6 / В кн. Физика соединений А2В6 - М.: На ука, 1986. - С.72-108. 2. Kun Z.K., Robinson R.I. P-n-junctions in ZnSe, ZnS or ZnS/ZnSe and semiconductor devices comprising such junctions // United States patent №3670220 in 26.02.1971.