Спосіб отримання легованих вісмутом плівок селеніду свинцю n- i p-типу

Винахід відноситься до технології напівпровідникових матеріалів і може бути застосований у приладобудуванні, опто- і мікроелектроніці. Плівки халькогенідів свинцю (PbTe, PbSe, PbS) широко використовуються як ефективні детектори, а також джерела інфрачервоного діапазону оптичного спектру (Holloway Н. Thin-Films IV-VI semikonductor photodiodes // Phisics thin films. New York. - 1980. - v. - 11. - pp.105-203). Для вирощування тонких плівок халькогенідів свинцю використовують термічні методи напилення у вакуумі (Фреик Д.М., Галущак М.А., Межиловская Л.Й. Физика и технология полупроводниковых пленок. - Львов: В.Ш., 1988. - 182с.) Описані способи отримання плівок не забезпечують повторювальних результатів і отримання матеріалу із наперед заданими властивостями. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб отримання тонких плівок PbSe у вакуумі, в якому як вихідну речовину до основного випарника використовують синтезовану сполуку PbSe, для додаткового випарника - чистий свинець. Температура основного випарника ТВ=750-1100К, температура додаткового джерела ТД=400-700К. В якості підкладок служать свіжі сколи (111) монокристалів BaF2. Температуру підкладок вибирали в інтервалі ТП=400-800К (Фреик Д.М., Костик Б.Р., Бродин Н.Н., Солонинний Я.В. Структура и электрические свойства пленок селенида свинца, полученных в двойном квазизамкнутом объеме. Электоронная Техника. Материалы. 1979. вып.4. с.62-67.) Однак цей метод, через недостатню керованість процесу, не дозволяє отримати тонкоплівковий матеріал із повторювальними, наперед задними параметрами. Завданням винаходу є створити такий спосіб отримання тонких плівок PbSe, в якому за рахунок легування можна одержати матеріал n- або p- типу провідності із стабільними концентраціями носіїв струму у широкому інтервалі зміни технологічних факторів. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі отримання тонких плівок PbSe у вакуумі із парової фази, в якому як вихідну речовину використовують чисту синтезовану сполуку PbSe для наважки основного випарника, а для додаткового випарника використовують чистий свинець, пари осаджуючи на свіжі сколи кристалів (111) BaF2, згідно винаходу, для наважки основного випарника використовують наперед синтезовану сполуку PbSe, яка легована вісмутом (0,01-0,3) ат. % Ві. Температура основного випарника складає Т В=970К. Для додаткового випарника використовувався чистий селен, температура якого змінювалася у межах Т Д=600-800К, що забезпечує повне насичення плівок селеном. Осадження пари проводилося на орієнтовані підкладки - свіжі сколи (111) монокристалів BaF2. Температура осадження (підкладки) складає ТП=620К. Вирощування плівок проводять із парової фази методом гарячої стінки при температурі стінки ТС=1000К. Експериментально встановлено, що концентрація носіїв струму і тип провідності тонких плівок PbSe:Bi визначається вмістом вісмуту у шихті. На фігурі зображено концентрації носіїв струму і типу провідності плівок PbSe:Bi, від вмісту вісмуту NBi у шихті. Встановлено, що в межах зміни температури випаровування чистого селену із додаткового джерела Т Д=(600800)К тонкі плівки PbSe, леговані (0,01-0,04) ат. % Ві мають p-тип провідності (область А), а при вмісті вісмуту у шихті (0,05-0,3) ат. % n-тип провідності (область В). Це пов'язано с тим, що у першому випадку (область А - p-тип) концентрація акцепторних центрів домішки вісмуту [BiSe-] є переважаючою. При більших концентраціях вісмуту (область В - n-тип) умови осадження такі, що сприяють вже заміщенню вісмутом вакансій у катіонній підгратці [BiPb+], тобто проявляються амфотерні властивості легуючої домішки. Тут вісмут веде себе як ефективний донор. Спосіб отримання легованих вісмутом плівок селеніду свинцю n- і p-типу здійснюється таким чином. Як вихідну речовину для основного випарника використовують PbSe легованим вісмутом (0,01-0,3) ат. %, а для додаткового випарника - чистий селен, які термічно випаровують у вакуумі і осаджують на свіжі сколи (111) монокристалів BaF2. Температури при вирощуванні плівок складають: основного випарника - ТВ=970К; додаткового джерела - ТД=600-800К; температура підкладок - ТП=620К; стінок камери - ТС=1000К. Приклад конкретного використання Плівки селеніду свинцю вирощують термічним напиленням у вакуумі на свіжих сколах (111) монокристалів BaF2, шляхом вибору вихідної речовини для основного випарника сполуки PbSe, легованої вісмутом (0,010,3) ат. % і чистого селену - для додаткового випарника. Температура основного випарника складала Т В=970К; додаткового змінювалась у межах ТД=600-800К; а підкладки - ТП=620К; стінок камери ТС=1000К. Електричні параметри плівок визначалися компенсаційним методом у постійних електричних і магнітних полях, а також термозондом. Як бачимо із фігури, виявлені значні інтервали значень концентрацій вмісту вісмуту у шихті, які визначають формування плівок PbSe:Bi n-або p-типу провідності. Одержані плівки PbSe:Bi можуть використовуватись у приладобудуванні, опто- і мікроелектроніці для створення бар'єрних структур та p-nпереходів.