Спосіб отримання тонкоплівкового матеріалу твердого розчину pb(1-x)sn(x)se

39072 Винахід відноситься до галузі техніки - технологія напівпровідникових матеріалів - і може бути застосований в приладобудуванні, термоелектриці, оптоелектроніці. Халькогенідні напівпровідники групи АIVBVI: РbТе, PbSe, тверді розчини PbTe-SnTe, PbTe-PbSe, що використовуються як термоелектричні матеріали, отримують у вигляді моно- чи полікристалів з розплаву або з газової фази (Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. - Киев: Наукова думка, 1979. 768 с.). Однак ці способи їх отримання складні, дорогі, не дозволяють плавно керувати електричними і термоелектричними параметрами. Серед описаних твердих розчинів відсутній Pb1-x SnxSe. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб отримання тонкоплівкового матеріалу твердих розчинів на основі сполук АIVBVI різного типу провідності з парової фази методом гарячої стінки шляхом нагрівання підкладки до температури Т п, випаровуванні вихідної речовини при Т в, нагріванні стінок камери до Тс, додаткового джерела халькогена - до Тд(Фреик Д.М. Получение пленок соединений AIV BVI заданными параметрами методами квазизамкнутого объема // Изв. АН СССР. Не орган. матералы. – 1982. - т.18, № 8. - С. 1237-1248). Однак даний спосіб не дозволяє отримувати плівковий матеріал твердого розчину Pb1-xSnxSe n- і р-типу провідності з заданими електричними і термоелектричними параметрами, зокрема, для роботи при знижених температурах (Т < 300 К). В основу винаходу поставлене завдання створення способу отримання тонкоплівкового матеріалу твердого розчину Pb1-xSnxSe різного типу провідності методом гарячої стінки, в якому шляхом підбору матеріалу випаровуваної речовини та температурних режимів (Тп, Тв, Тс, Тд) можна одержувати матеріал nі р-типу провідності з заданими параметрами. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі отримання тонкоплівкового матеріалу твердого розчину Pb1-xSnxSe різного типу провідності методом гарячої стінки шляхом нагрівання підкладки до температури Тп, випаровуванні вихідної речовини при Т в, нагріванні стінок камери до Тс, додаткового джерела халькогена до Тд, згідно винаходу, як вихідну речовину використовують твердий розчин Pb1-xSnxSe складу х = 0-0,15. Для отримання плівок n-типу підкладку нагрівають до Тп = 423-560 К, вихідну речовину випаровують при Тв = 823 К, стінки реактора нагрівають до Тс = = 853 К, а додаткове джерело халькогену - до Т д = = 273-365 К, а для отримання плівок р-типу, відповідно, Тп = 565-580 К, Тв = 823 К, Тс = 853 К, Тд = = 375-433 К. Встановлено, що основними технологічними параметрами, які визначають характер відхилення від стехіометрії і механізм утворення атомних дефектів, є температура підкладки і склад газової фази в зоні конденсації. Тому при нижчих температурах Тп = 423-560 К формуються плівки електронної провідності, а при вищих Tп = 565-580 К - діркової провідності. При цьому відбувається інверсія типу провідності. Для ефективного керування електричними властивостями конденсату в процесі вирощування, використовують також додаткове джерело халькогену (Se2) з контрольованою температурою Тд, ріст якої сприяє зменшенню концентрації електронів, зміні типу провідності з n- на р-тип і подальшому росту концентрації дірок. Температура випаровування Тв = 823 К і температура стінок камери Тс = 853 К забезпечують ефективне випаровування вихідної речовини у вигляді молекул та усуненню її можливої конденсації на стінках. А її стан - попередньо синтезований твердий розчин Pb1-x SnxSe заданого складу - теж забезпечує плавну керованість електричними та термоелектричними параметрами плівок. При вказаних параметрах плівки будуть структурно досконалими. На фіг. 1 зображено експериментальні залежності концентрації та рухливості носіїв заряду в плівках від температури підкладки Тп, а на фіг. 2 - ці ж залежності від температури додаткового джерела халькогену (Sе2) Тд для плівок твердого розчину Pb1-xSnxSe при середніх значеннях х @ 0,07 з вказаного діапазону складів (0-0,15). Спосіб отримання тонкоплівкового матеріалу твердого розчину Pb1-xSnxSe різного типу провідності методом гарячої стінки здійснюють таким чином. Як вихідну речовину використовують твердий розчин Pb1x Snx Se складу х = 0-0,15, для отримання плівок n-типу провідності підкладку нагрівають до Т п = 423-560 К, вихідну речовину випаровують при Т в = 823 К, стінки реактора нагрівають до Тс = = 853 К, а додаткове джерело халькогену до Тд = = 273-365 К, а для отримання плівок р-типу, відповідно, Тп = 565-580 К, Тв = 823 К, Тс = 853 К, Тд = = 375-433 К. Залежності концентрації носіїв заряду від температури підкладки Т п представлені на фіг. 1, крива 1, а залежність їх рухливості від Тп відображає крива 2. Незамальовані точки відповідають n-типу провідності, а замальовані - р-типу. При Тп = 560-570 К відбувається інверсія типу провідності, тобто перехід з n-типу в ртип. На фіг. 2 крива 3 показує зміну концентрації носіїв заряду в залежності від температури додаткового джерела халькогену (Se2) Тд, а крива 4 - зміну їх рухливості. При значеннях Тд = 365-375 К відбувається зміна типу провідності плівок. В даних експериментах температура випаровування становила Т в = 823 К, а температура стінок реактора Тс = 853 К. Приклад конкретного виконання. Як вихідну речовину використовували синтезований твердий розчин складу х = 0-0,15 у вигляді порошку масою 0,2-0,5 г з концентрацією носіїв ~І017 см-3. Підкладками служили свіжі сколи BaF2 орієнтацій (lll). Швидкість росту плівок становила ~3 нм×с-1, їх товщина ~ 8-15 мкм. При оптимальних температурних режимах, які забезпечують високі значення рухливості носіїв заряду та термоелектричних параметрів, температура підкладки складала Тп = 560 К, температура випаровування Тв = 39072 = 823 К, температура стінок реактора Т с = 853 К, а температура додаткового джерела халькогену (Se2) Тд = 365 К, отримували плівки твердого розчину Pb1-x SnxSe п-типу провідності, а при Тп = = 593 К, Тв = 823 К, Тс = 853 К, Тд = 380 К - плівки р-типу провідності. Основні їх параметри наведено в таблиці. Як бачимо з таблиці, склад твердого розчину х = 0,07 забезпечує найбільше значення термоелектричної потужності a 2s та термоелектричної добротності Z як для плівок n- так і р-типу провідності. Одержані тонкоплівкові матеріали твердого розчину Pb1-x SnxSe можуть використовуватись для роботи термоелектричних перетворювачів при понижених температурах 77300 К. На їх базі можуть створюватись термопари з вітками n- і р-типу провідності, багатокаскадні термогенератори. 39072 Таблиця Параметри плівок (77 К) X 0,0 0,07 0,15 0,0 0,07 0,15 Тип провідності n p d, мкм 26 12 10 8 8 15 n×10-17, см-3 0,2 2,8 4,5 0,12 3,9 5,5 mн×10-3, см2×В-1×с-1 38,42 36,00 29,80 36,21 33,70 28,24 Фіг.1 a 100К, мкВ/К -113 -115 -80 +118 +108 +86 a2s×105, Вт×К-2×см-1 1,532 2,116 1,600 0,960 2,508 1,842 Z, 10-4К-1 3,66 5,05 3,82 2,29 5,99 4,39 39072 Фіг.2