Спосіб отримання шарів селеніду цинку з зеленим свіченням

Винахід відноситься до області технології напівпровідникових матеріалів, які можуть бути використані, зокрема, як фото- та радіолюмінофори з підвищеними температурною та радіаційною стійкостями. Селенід цинку з ізовалентною домішкою (ІВД) телур у уже кілька десятків років використовують як ефективний радіолюмінофор, що має квантовий вихід ~20% при 300К [1]. Зазначена домішка забезпечує також високі температурну та радіаційну стійкості матеріалу, що є основою для створення приладів, які можуть працювати в екстремальних умовах. Спектр видимої люмінесценції таких зразків, зазвичай, складається з червоної та синьої смуг, співвідношення між якими залежить від технологічних умов відпалу у парі власних компонент, зазвичай, у цинку [2]. Разом з тим, любе кольорове відчуття можна відтворити лише за наявності ще додаткової третьої смуги випромінювання, у даному випадку - зеленої [3]. Остання, однак, зовсім відсутня при 300К у спектрах люмінесценції всіх відомих кристалів ZnSe, легованих Те у процесі росту і пройшли додаткову обробку у цинку [2]. У зв'язку з цим, необхідна розробка технології легування телуром, яка б забезпечувала свічення у зеленій області спектра при збереженні всіх інших позитивних рис ІВД. Найбільш близькою до способу, що заявляється є технологія яка полягає у наступному [2]. Об'ємні кристали селеніду цинку вирощувались методом Бріджмена-Стокбаргера під тиском аргону, а легування Те здійснювалось у процесі росту з шихти ZnTe у концентрації 2 вагових відсотки. Після обробки кристалів у парі Zn при Ta » 1000°C на протязі 24 годин у спектрах люмінесценції при 80 К з'являється зелена смуга з . lт » 0,5 мкм Однак, при кімнатних температурах ця смуга повністю щезає, а домінуючим стає червоне випромінювання з lт » 0,63 мкм . Звернемо увагу на те, що червона смуга присутня також у спектрах люмінесценції і при 80К, хоча її інтенсивність у кілька разів нижча від зеленої. Задача винаходу - одержання шарів селеніду цинку лише з зеленою смугою люмінесценцією при кімнатних температурах. Рішення досягається тим, що кристали селеніду цинку відпалюють при певних умовах послідовно у парі телур у та цинку. Наші дослідження показали, що відпал кристалів селеніду цинку при певних умовах у парі телуру приводить до появи у спектрі фотолюмінесценції зеленої смуги випромінювання, інтенсивність Із якої залежить від подальшої обробки цих зразків у парі цинку. Запропонований спосіб апробований на спеціально нелегованих кристалах ZnSe, спектр ФЛ яких при 300К представлений червоною ( lт » 0,63 мкм ) і синьою ( lт » 0,48 мкм ) смугами, крива 1 на фіг.1. Після механічної та хімічної обробок вихідні підкладинки поміщались у відкачані до 10-4 Торр кварцові ампули, у протилежному кінці якої знаходилась також наважка елементарного телуру. Після витримки ампул на протязі 1-10год в ізотермічних умовах при температурі 650°С±10°С вони різко охолоджувались до кімнатної температури. Відпалені зразки ZnSe вилучались з ампул і використовувались для подальших технологічних операцій. Температура відпалу у парі телур у вибиралась з наступних міркувань. При нижчих Та різко зменшуються коефіцієнти дифузії телур у, що приводить до зменшення товщини d легованого шару і концентрації Те у ньому. Аналогічний ефект спостерігається також і при зменшенні часу відпалу t a, оскільки, при Ta=const величина d ~ ta [4]. З іншого боку, інтенсивність зеленої смуги зростає із збільшенням температури відпалу. Однак, при Ta ³ 650°C проходить процес ізовалентного заміщення з утворенням нової напівпровідникової сполуки з іншою шириною забороненої зони Eg » 2,3eB , яка відповідає телуриду цинку [4]. В спектрі ФЛ шарів ZnSe:Te з'являється зелена смуга ( l » 0,52 мкм ), інтенсивність якої Із порівняна з інтенсивністю синьої Іс, крива 2 на фіг.1. Звернемо увагу на те, що червона смуга у шарах ZnSe: Te при 300К нехтувано мала при любих рівнях збудження, тобто можна у першому наближенні вважати Iч » 0 . Подальший відпал, попередньо легованих з парової фази телуром зразків, у насиченій парі цинку приводить до деформації спектра випромінювання. При цьому інтенсивності всіх трьох смуг (червоної А, зеленої Із та синьої Іс) складним чином залежать від Та, що ілюстр ується даними таблиці. Та, °С 650 700 750 800 850 950 Iч 0 1 3 40 120 360 Із 100 80 70 30 15 10 Іс 0 0 0 10 40 20 Відзначимо, що інтенсивність зеленої смуги при Та=б 50°С прийнята за 100%, а решта інтенсивностей приведені відносно неї. Як видно з таблиці оптимальною можна вважати саме 650°С, оскільки при даній температурі Та досягається не лише максимальна інтенсивність зеленої смуги, але й успектрі ФЛ відсутні червона та синя смуги, крива 3 на фіг.1. Звернемо увагу на те, що зелена смуга пов'язана саме з Те і підтверджується наступним. Відпал вихідних підкладинок лише у насиченій парі цинку (у тих же температурних та часових інтервалах) приводить тільки до перерозподілу інтенсивностей синьої та червоної смуг, не викликаючи появи зеленої. Це ілюструється спектром ФЛ зразків ZnSe: Zn крива 4 на фіг.1. Разом з тим, згідно робіт [1, 4] форми спектрів фото-та радіолюмінесценції у домішковій області практично однакові. У зв'язку з чим слід очікувати аналогічні спектри зразків, зокрема зелену смугу у шарах ZnSe: Te також і при дії на них іонізуючого випромінювання. Наявність же в них ізовалентної домішки має забеспечити високі температурну та радіаційну стійкості люмінесцентних характеристик і параметрів [1]. Джерела інформації 1. Рыжиков В.Д. Сцинтилляционные кристаллы полупроводниковых соединений АIIBVI. Получение, свойства, применение. - М.:НИИТЭХИМ, 1989, 125с. 2. Вакуленко О.В., Кравченко В.Н., Рыжиков В.Д., Силин В.И., Старжинский Н.Г. Влияние сверхсте хиометрических компонентов на спектрально-кинетические характеристики люминесценции изовалентно легированных кристаллов ZnSe// ФТП - 1997.Т.33. N6. C.1211-1215. 3. Дисплеи: Пер.с англ./Под ред.Ж.Панкова - М.:Мир, 1982, 320с. 4. Ма хний В.П. Физические процессы в диодных структурах на основе широкозонных полупроводников AIIB VI//Диc...дoкт.физ.-мaт.нayк, Черновцы, 1992, 292с.