Спосіб отримання шарів селеніду цинку з люмінесценцією різного кольору

Реферат: Спосіб отримання шарів селеніду цинку з люмінесценцією різного кольору включає відпал -4 кристалів селеніду кадмію у парі цинку у вакуумі не гірше 10 Торр при температурі 8801040 °C. При цьому збільшенням температури відпалу змінюють колір люмінесценції з фіолетового до зеленого. UA 104988 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ ШАРІВ СЕЛЕНІДУ ЦИНКУ З ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЄЮ РІЗНОГО КОЛЬОРУ UA 104988 U UA 104988 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології виготовлення напівпровідникових матеріалів, які можуть бути використані, зокрема, при створенні джерел фіолетового, синього, блакитного та зеленого випромінювання. Велика ширина забороненої зони селеніду цинку (Eg=2,7 еВ при 300 K) і прямі оптичні переходи зумовлюють можливість його використання для виготовлення ефективних люмінесцентних джерел випромінювання, зокрема світлодіодів, їх властивості та можливості використання визначаються активним тонким (декілька мікрометрів) шаром в різного типу випрямляючих структурах -р-n-гомо- і гетеропереходах, діоди Шотткі, МДН-структури тощо. Існуючі методи отримання шарів та базових кристалів селеніду цинку та виготовлення на їх основі приладів характеризуються високою вартістю і складністю технології, що не дозволяє їх широко використовувати [1]. Легування різного типу донорними чи акцепторними домішками таких матеріалів супроводжується присутністю у спектрах люмінесценції тільки інтенсивних низькоенергетичних смуг [2]. У зв'язку з цим актуальним є пошук технології створення шарів селеніду цинку, довжина хвилі випромінювання яких змінюється в широкому спектральному діапазоні. Найбільш близькою до способу, що заявляється, є технологія легування кристалів селеніду кадмію, яка полягає у наступному [3]. Вихідні кристали CdSe відпалювали у парі легуючої сполуки при температурі 626 °C (999 K) протягом 640 годин. Ампули вакуумувалися і заповнювалися спектрально чистим аргоном до тиску 360 гПа. Як легуючі сполуки використовувалися селенід сурми Sb2Se3 і селенід вісмуту Bi2Se3. У легованих зразках спостерігаються нові лінії в спектрах фотолюмінесценції в інфрачервоній області спектра при 976 нм і 1029 нм відповідно. Інтенсивність цих ліній стрімко збільшується при підвищенні концентрації сурми (вісмуту) в кристалі CdSe. Природа таких смуг визначається рекомбінацією на центрах люмінесценції, утворених комплексами власних і домішкових дефектів. Зазначимо, що значна інтенсивність випромінювання цих смуг спостерігається при низьких температурах 4,2 K. Іншого типу домішка (амфотерні елементи IV групи - Sn) призводить до незначних змін у спектрі фотолюмінесценції вихідного CdSe, які спостерігаються в області 680-690 нм (далека червона область) при 4,2 K. У всіх відпалених таким чином зразках вказаними іновалентними домішками (різними за валентністю порівняно з елементами базової сполуки CdSe) не спостерігається випромінювання при 300 K у видимій області оптичного спектра. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення і здешевлення технології отримання шарів селеніду цинку з люмінесценцією різного кольору при кімнатних температурах, використовуючи зміну умов відпалу кристалів селеніду кадмію у парі цинку. При цьому з попередньо розглянутого матеріалу нізвідки не випливає, що використання цинку викликає утворення селеніду цинку. Поставлена задача вирішується тим, що відповідно до запропонованого рішення -4 проводився відпал кристалів CdSe у вигляді пластинок у парі цинку у вакуумі не гірше 10 Торр, при температурах в області 880-1040 °C, причому збільшенням температури відпалу змінюють колір люмінесценції з фіолетового до зеленого. На графіку наведено типові нормовані за інтенсивністю спектри люмінесценції шарів ZnSe, отриманих при температурі 880-1040 °C: 1 - зелена смуга, 2 - синя смуга і 3 - фіолетова смуга випромінювання. Корисна модель відповідає критерію "промислова придатність", оскільки для його реалізації цілком достатньо обладнання існуючих підприємств напівпровідникової електроніки. Запропонований метод апробований на спеціально нелегованих кристалах селеніду кадмію, вирощених методом Бріджмена. Пластинки проходили поетапне механічне та хімічне полірування у розчині СrO3:НСl=2:3, ретельну відмивку в дистильованій воді та фінішне висушування. Якість обробки поверхні пластинок контролювалася візуально до появи фотолюмінесценції при збудженні N2-лазером з m=0,337 мкм. Їх спектр люмінесценції представлений широкою червоною смугою в діапазоні енергій фотонів ħ~1,7-1,9 еВ. Після -4 обробки вихідні підкладинки розташовувалися у кварцовій ампулі, яка вакуумувалася до 10 Торр. На протилежному кінці від зразків знаходилася наважка металічного Zn, а для запобігання ерозії поверхні підкладинок разом з дифузантом в ампулі розташовувалась подрібнена шихта CdSe. Ампули витримувалися протягом 45 хв. в ізотермічних умовах при відповідній температурі з діапазону 880-1040 °C. У подальшому вони різко охолоджувалися до кімнатної температури, розгерметизовувалися і відпалені зразки вилучалися для подальших досліджень без проведення з ними будь-яких додаткових обробок. Після відпалу на поверхні базових підкладинок CdSe чорного кольору отримувався шар з характерним для ZnSe жовто-зеленим кольором. Утворення селеніду цинку також підтверджується дослідженнями диференціальних спектрів оптичного відбивання R' базових і 1 UA 104988 U 5 10 15 20 25 30 відпалених підкладинок. На них спостерігаються характерні для кристалів з гексагональною () кристалічною ґраткою три піки. Вони обумовлені оптичними переходами за участю трьох валентних підзон, які утворюються внаслідок спін-орбітальної взаємодії SO і кристалічного поля CR. Величина ширини забороненої зони Eg становить 2,89 еВ, напроти 2,7 еВ, характерної для кубічної () ґратки ZnSe. Отримання шарів -ZnSe на поверхні підкладинок -CdSe зумовлено процесом дифузії ізовалентної до Cd домішки Zn. Внаслідок ізовалентного заміщення утворюються шари гексагональної модифікації, замість типової для монокристалів -ZnSe кубічної (сфалеритної). Такий перехід до -модифікації змінює не тільки Eg напівпровідника, але й дозволяє отримати його нові властивості. Серед них важливою є зміна кольору люмінесценції при зміні температури відпалу в діапазоні 880-1040 °C. Колір люмінесценції відпалених зразків змінюється з фіолетово-синього до зеленого при збільшенні температури відпалу у вказаному діапазоні. При цьому інтенсивність випромінювання у максимумі змінюється не більше 10 % від його максимального значення у синій області при енергії фотонів ~2,6 еВ. Зелена люмінесценція при ħm ~2,40 еВ і фіолетово-синя при ħm - 2,78 еВ візуально також сприймаються інтенсивними. Відповідні типові спектри люмінесценції шарів ZnSe, отриманих при температурі 880-1040 °C наведено на Фіг. 1. Експериментально було встановлено, що форма та інтенсивність спектрів люмінесценції практично не залежить від часу відпалу t, починаючи з t≥20 хв. Це пояснюється процесами ізовалентного заміщення дифундуючих атомів Zn при відпалі базових підкладинок CdSe, яке характеризується утворенням однорідного шару. Зауважимо, що використання температур більших за 1040 °C є небажаним, оскільки при цьому спостерігається ерозія поверхні підкладинок CdSe, особливо при збільшенні тривалості відпалу. Джерела інформації: 1. Морозова Н.К. Селенид цинка. Получение и оптические свойства. - М.: Металургия, 1992. - 170 с. 2. Болботенко В.З. Исследование люминесцентных свойств кристаллов селенида цинка легорованных донорными и акцепторными примесями // Дис.канд. физ.-мат. наук. - Кишинев, 1990. - 239 с. 3. Один И.Н., Чукичев М.В., Рубина М.Э. Люминесцентные свойства монокристаллов селенида кадмия, легированных сурьмой (висмутом) // Неорганические материалы. - 2000. - Т. 36, № 3. - С. 298-301. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб отримання шарів селеніду цинку з люмінесценцією різного кольору, що включає відпал кристалів селеніду кадмію у парі домішки, який відрізняється тим, що відпал проводять у парі -4 цинку у вакуумі не гірше 10 Торр при температурі 880-1040 °C, причому збільшенням температури відпалу змінюють колір люмінесценції з фіолетового до зеленого. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2