Спосіб отримання плівок оксиду цинку

Спосіб отримання плівок оксиду цинку, який включає відпал заготовок з селеніду цинку у повітряній атмосфері при одночасному опромінюванні поверхні заготовки селеніду цинку ультрафіолетовим випромінюванням з довжиною хвилі 0,240,40мкм і густиною випромінювання на поверхні заготовки від 0,05 до 1,0Вт/см 2 та охолодження до кімнатної температури, який відрізняється тим, що до поверхні заготовки додатково прикладають постійне електричне поле, напруженість якого змінюють у процесі відпалу в межах від 100 до 1000В/см, при цьому величину стр уму, що протікає у заготовці, підтримують у межах від 0,5 до 2,0мА, а відпал проводять при температурі 440-470°С протягом 5-30 хвилин. (19) (21) a200708444 (22) 23.07.2007 (24) 10.03.2009 (46) 10.03.2009, Бюл.№ 5, 2009 р. (72) ЗАГОРУЙКО ЮРІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, UA, КОВАЛЕНКО НАЗАР ОЛЕГОВИЧ, UA, МАТЕЙЧЕНКО ПАВЛО ВІКТОРОВИЧ, U A, ФЕДОРЕНКО ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРІВН А, U A (73) ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ НАН УКРАЇНИ, UA (56) UA 200613872, 10.07.2008 UA 16719, 29.08.1997 SU 970292, 30.10.1982 SU 769836, 15.12.1993 SU 1625068, 30.12.1993 RU 2139596, 10.10.1999 US 6852623, 08.02.2005 WO 0194661, 13.12.2001 3 85956 температурі 490-510°С протягом 60-360 хвилин з подальшим охолодженням до кімнатної температури. Плівки оксиду цинку переважно створюються завдяки дифузії атомів кисню, тому що іонний радіус кисню в 2 рази перевищує його атомний радіус. Вказаним способом отримують оксидні плівки завтовшки до 10мкм, після досягнення цієї товщини процеси дифузії уповільнюються, перешкоджаючи виходу селену з кристалу та входженню кисню в кристал, внаслідок чого процес нарощування плівки уповільнюється. Для подальшого росту плівки необхідно підвищення температури, що порушує стехіометричний склад підкладки, котра перетворюється в крихку збіднену на селен та насичену киснем структур у, або суттєве підвищення тривалості процесу, що невигідно з економічної точки зору. Відомий спосіб отримання плівок оксиду цинку шляхом фо тотермічного окислення [Пат. України №16719, G02B 1/10, 1/12], який включає відпал заготовок селеніду цинку у повітряній атмосфері при температурі 490-510°С протягом 5-60 хвилин при одночасному опромінюванні поверхні заготовки селеніду цинку ультрафіолетовим випромінюванням з довжиною хвилі 0,24-0,40мкм та густиною випромінювання на поверхні 0,05-1,0Вт/см 2, з подальшим охолодженням до кімнатної температури. В процесі термічної обробки під впливом УФ випромінювання в приповерхневій області напівпровідникової підкладки стимулюється вихід селену в оточуючу атмосферу та генеруються вільні носії заряду (електрони). В кисневому середовищі на поверхні підкладки відбувається дисоціація молекул кисню, внаслідок чого створюються атоми кисню, котрі приєднуючи електрони, стають іонами кисню. В порівнянні з попереднім аналогом процес створення оксидної плівки протікає швидше завдяки тому, що під впливом УФ випромінювання селен активніше покидає приповерхневу область підкладки, а нарощування оксидної плівки відбувається за рахунок дифузії в цю область як атомів , так і іонів кисню. У вказаному способі товщина отриманої плівки залежить від тривалості та температури відпалу, а також від інтенсивності та довжини хвилі ультрафіолетового випромінювання. Однак, при отриманні товстих плівок (товщиною більш за 10мкм ) процес займає тривалий час. В товстій плівці УΦ випромінювання поглинається, тому зі збільшенням товщини плівки зменшується інтенсивність УΦ випромінювання на межі "оксидна плівка-напівпровідник", де відбувається процес створення та нарощування оксидної плівки . Тонкі плівки, отримані термічним окисленням і фототермічним окисленням, мають текстуровану структур у, що має важливе значення для створення гетероструктур типа "оксид-напівпровідник" та приладів на їх основі, наприклад, п'єзоперетворювачів, газоаналізаторів або варисторів. Джерел о способах отримання товстих текстурованих плівок не виявлено. Прототипом по кількості сукупних загальних ознак вибрано останній із наведених аналогів. 4 В основу винаходу поставлена задача розробки простого та доступного способу отримання товстих текстурованих плівок оксиду цинку (товщиною більш ніж 10мкм). Вирішення поставленої задачі забезпечується тим, що в способі отримання плівок оксиду цинку, який включає відпал заготівок селеніду цинку у повітряній атмосфері при одночасному опромінюванні поверхні заготовки селеніду цинку ультрафіолетовим випромінюванням з довжиною хвилі 0,24-0,40мкм та густиною випромінювання на поверхні 0,05-1,0Вт/см 2, охолодження до кімнатної температури, згідно з винаходом, до поверхні заготовки додатково прикладають постійне електричне поле, напруженість котрого змінюють в процесі відпалу в межах 100-1000В/см, при цьому величину стр уму, що протікає в заготовці, підтримують в межах 0,5-2,0мА, а відпал проводять при температурі 440-470°С протягом 5-30 хвилин. На відміну від прототипу, під впливом постійного електричного поля, прикладеного до поверхні заготовки, відбувається стимульована дифузія іонів кисню з поверхні напівпровідникової підкладки до межі розподілу «оксидна плівка - напівпровідник». Активне входження в цю область іонів кисню, котрі займають вакантні місця селену, сприяють вирощуванню текстурованої плівки стехіометричного складу. В результаті процес окислення підкладки відбувається значно активніше і починається при більш низьких температурах. В ході досліджень встановлено оптимальний температурно-часовий режим, при котрому відбувається вирощування текстурованої плівки: проведення відпалу при температурі 440-470°С протягом 5-30 хвилин. Вихід за межі значень, що заявляються, в бік підвищення призводить до погіршення експлуатаційних властивостей плівки через виникнення термомеханічних напружень. При зменшенні температури нижче значень температур та часу, що заявляються, процес отримання товстої оксидної плівки потребує значного збільшення тривалості відпалу, що технологічно недоцільно, зменшення тривалості відпалу менш за 5 хвилин не забезпечує отримання оксидної плівки необхідної товщини з-за обмеженої швидкості проходження дифузійних процесів. Як показали експериментальні дані, інтервал напруженості постійного зовнішнього електричного поля, при котрому відбувається ефективне електроперенесення іонів кисню до межі розподілу "оксидна плівка-напівпровідник", складає 1001000В/см. При напруженості постійного зовнішнього електричного поля менше 100В/см електроперенесення іонів кисню малоефективне, більше 1000В/см - велика вірогідність електричного пробою заготовки. Підтримання струму в заготовці у межах 0,52,0мА дозволяє уникнути перегріву заготовки, котра призводить до погіршення експлуатаційних характеристик. При струмі менш за 0,5мА електроперенесення іонів кисню малоефективне, при струмі більше 2мА - велика вірогідність електричного пробою заготовки. Температурні та часові режими відпалу, що заявляються, дозволяють не тільки зменшити ене 5 85956 рговитрати на проведення технологічного процесу, але й забезпечують стабільність стехіометричного складу кристалічної підкладки, а також зменшують величину термомеханічних напружень на межі розподілу «оксидна плівка - напівпровідник», що підвищує відтворювання експлуатаційних характеристик плівок оксиду цинку (механічну міцність, оптичну однорідність, термостабільність та ін.). В таблиці наведені приклади здійснення способу отримання товстих текстурованих плівок оксиду цинку. Приклад 1. Напівпровідникову заготовку із кристалічного селеніду цинку розміром 5x10x3мм 3 розміщують на кристалотримачі з підпружиненими електродами для створення постійного електричного поля, вмикають її в вимірювальний ланцюг, який містить стабілізоване джерело напруги і вимірювач струму. Кристалотримач розміщують в горизонтальній електропечі для відпалу, таким чином, щоб відполірована грань заготовки 5 x Як видно із наведених у таблиці даних, запропонований спосіб отримання товстих текстурованих плівок оксиду цинку дозволяє отримувати плівки товщиною більше, ніж 10мкм при більш низьких температурах у порівнянні з прототипом, що дає можливість використання таких заготівок оксидними плівками при виготовленні різноманітних електронних та оптоелектронних приладів 6 10мм була розташована під УФ випромінюванням ртутної лампи ДРТ-1000. Розігрівають піч до температури 460°С, яку стабілізують з точністю ±0,5°С. Водночас опромінюють заготовку УФ випромінюванням з довжиною хвилі 0,24-0,40мкм та густиною випромінювання на поверхні 0,051,0Вт/см 2, а також прикладають до неї постійне електричне поле з напруженістю 400В/см, яке викликає протікання струму в заготовці 0,77мА, котрий вимірюють прибором. Відпал проводять на протязі 30 хвилин, при цьому величину струму підтримують постійною, для чого змінюють величину напруженості постійного електричного поля від 400В/см до 440В/см. Потім відключають нагрів, УФ випромінювання, постійне електричне поле, після чого охолоджують заготовку до кімнатної температури. У результаті отримують текстуровану оксидну плівку товщиною 14,5мкм. Контроль товщини отриманої плівки оксиду цинку здійснюють за допомогою електронного мікроскопу. (п'єзоперетворювачів, варисторів, газоаналізаторів та ін.). Завдяки зниженню температури, отримані оксидні плівки характеризуються меншими величинами термомеханічних напружень і, внаслідок цього, більш високими експлуатаційними характеристиками, такими як: висока механічна міцність, висока термостабільність тощо. 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 85956 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601