Спосіб отримання наноструктур на поверхні гетероепітаксійної плівки p-cdхнg1-хte

Реферат: Спосіб отримання наноструктур на поверхні гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe (x ~ 0,2220,223) включає радіаційне опромінення поверхні плівки. Поверхню опромінюють іонами срібла з 13 -2 енергіями 50-150 кеВ і дозами імплантації 3-7*10 см відповідно. UA 87886 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНІ ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНОЇ ПЛІВКИ p-CdХHg1ХTe UA 87886 U UA 87886 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до напівпровідникової оптоелектроніки, безпосередньо до детекторів і сенсорів, як в видимій, так і в інфрачервоній спектральній області. Відомий спосіб отримання напівпровідникової наноструктури на поверхні ІІ VІ напівпровідникового з'єднання A B включає в себе осадження на пористій матриці першого напівпровідникового матеріалу, видалення пористої матриці, осадження другого напівпровідникового матеріалу на отриману структуру першого напівпровідникового матеріалу. Формування первинної, по відношенню до осаджених речовин, пористої матриці здійснюють шляхом анодного окислення до моменту отримання впорядковано розташованої структури нанопор. Перший і другий напівпровідникові матеріали осаджують термічним випаровуванням необхідних матеріалів у надвисокому вакуумі(при ~ 800 °C). Технічним результатом винаходу є формування нанокомпозитів та наноструктур на поверхні ІІ VI напівпровідникового з'єднання A B для функціональних елементів джерел світла, сонячних батарей, фотодетекторів з надвисокою (порядку 100 нм) просторовою роздільною здатністю [1]. Недоліком цього способу є складність процесу виготовлення, яка пов'язана з необхідністю використання високих температур ~ 800 °C, при цьому випаровуються шкідливі речовини. Відомий спосіб отримання нанопорошку телуриду цинку-кадмію [2] зі складом Cd0,9Zn0,1Te шляхом осадженням з газової фази в потоці гелію з використанням реактора з джерелом випаровування, яке має хімічний склад Cd0,5Zn0,5Te, а процес проводиться при температурі джерела випаровування (800÷850)°С та температурі у зоні осадження (540÷610)°С і швидкості потоку гелію (1000÷1500) мл/хв. По закінченні процесу у зоні осадження накопичується нанопорошок потрійного з'єднання з хімічним складом Cd0,9Zn0,1Te і з розміром частинок основної фракції 10 нм. Недоліком цього способу є складність процесу, пов'язана з необхідністю використання високих температур (800÷850)°С та гелію, а також токсичність випарів телуридів металів. ІІ VІ За прототип вибрано спосіб створення на поверхні напівпровідникового з'єднання A B наноструктур за допомогою лазерного опромінення [3] з використанням мультимодового лазера з модульованою добротністю Nd:YAG з довжиною хвилі λ=0,532 мкм та тривалістю імпульсу 15 нсек. та потужністю вільної генерації Р=1,0 МВт. Інтенсивність оптичної потужності від 4,0 до 2 12,0 МВт/cm . Опромінення монокристалів потрійної напівпровідникової сполуки Cd0,9Zn0,1Te 2 неодимовим лазером з інтенсивностями нижче 4 МВт/см не змінюють морфології поверхні опромінених зразків. Генерація наноструктур на поверхні Cd0,9Zn0,1Te починається при 2 інтенсивностях 4 МВт/см . Максимальні зміни рельєфу поверхні зразків напівпровідника 2 відбуваються при опроміненні з інтенсивністю 12 МВт/см . При цьому спостерігається формування наноструктур у вигляді конусоподібних стовпчиків висотою 10 нм. Механізм цього процесу пояснюється виникненням при лазерному імпульсному опроміненні термоґрадієнтного ефекту [4]. Відбувається міграція атомів Zn в об'єм зразка Cd0,9Zn0,1Te в області з мінімальною температурою, а рух атомів Cd відбувається у протилежному напрямку - в область, де зразок має максимальні температури, тобто до опромінюваної поверхні. Таким чином, на поверхні зразків після лазерного опромінення утворюються нові фази напівпровідникових з'єднань, а саме: CdTe та нижчого за ним шару ZnTe. За рахунок неспівпадіння параметрів кристалічних ґраток CdTe та ZnTe, яке становить 5,8 %, між ними виникають механічні напруження. Розвантаження механічних напружень відбувається за рахунок пластичної деформації. За рахунок такої релаксації механічної енергії відбувається процес створення наноструктур у вигляді наноконусів на опроміненій поверхні. Суттєвим недоліком цього методу створення наноструктур на поверхні напівпровідникового II VІ з'єднання А В є термічний фактор, викликаний нагріванням структури до 1010 °C, при цьому випаровуються шкідливі речовини. В основу корисної моделі поставлена задача створення наноструктур на поверхні гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe без термічної дії в більш безпечній атмосфері без шкідливих випарів. Поставлена задача вирішується тим, що запропоновано спосіб отримання наноструктур на поверхні гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe (x ~ 0,222-0,223), який включає радіаційне опромінення поверхні плівки та відрізняється тим, що поверхню опромінюють іонами срібла з 13 -2 енергіями 50-150 кеВ і дозами імплантації 3-7*10 см відповідно. II VІ Принцип, що закладено у даному способі обробки потрійного хімічного з'єднання А В зразків напівпровідникової гетероепітаксійної плівки р-CdxHg1-xTe, базується на утворенні в напівпровідникових гетероепітаксійних структурах при опроміненні іонами срібла деформаційних полів розтягнення, поява яких обумовлена відмінністю іонних радіусів атомів епішару та введеної домішки срібла. Поява радіаційних дефектів також спотворює кристалічну ґратку p-CdxHg1-xTe та, як наслідок, гетероструктура деформується після введення іонів срібла. 1 UA 87886 U Енергія та доза імплантації суттєво впливають на концентрацію та глибину домішки срібла у гетероепітаксійній плівці p-CdxHg1-xTe. Максимальну об'ємну концентрацію домішки можна визначити за співвідношенням:  1  z  Rp Cz   Cmax exp   2  Rp    Cmax  5 10 15 20 25 30 35 40 45 50     2 C B    D 2enRp , -6 2 де D=enQ=4,8·10 Кл/см - доза імплантації, e - заряд електрона, Rp - проективний пробіг імплантованих атомів, ΔRp=0,125 мкм - страглінг, n - кратність заряду іона, СB - вихідна концентрація, Сmaх - максимальна концентрація домішки. Величина механічних напружень, що створюються у плівці внаслідок введення імплантата, можна визначити із співвідношення [5]:  x   y  2E 1 VV C V  VC  , де σх, σу, - компоненти нормальних напружень; Ω - атомний об'єм кристалічної ґратки; δVV та δV - релаксаційний об'єм точкового дефекту та домішки відповідно; значення об'ємної та поверхневої концентрації Сv та С відповідно. Величина коефіцієнта деформування (β) кристалічної ґратки р-CdxHg1-xTe від введеного імплантата, за результатами -31 3 рентгеноструктурних досліджень зразків складає для випадку срібла β=3,51·10 м . Таким чином, максимальні за величиною механічні напруження, що виникають у при поверхневому 5 шарі епітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe, складають σ=2,2·10 Па. В результаті іонної імплантації іонами срібла гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe на поверхні утворився однорідний масив наноострівців у вигляді конусів. Утворення однорідного масиву наноострівців відбувається за таким механізмом: внаслідок виникнення деформації розтягування при поверхневої області епітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe та, відповідно, деформації стискання більш глибших шарів, що спричиняє витягуванню на поверхню іонів срібла; внаслідок схильності срібла до створення твердих розчинів у p-CdxHg1-xTe при іонній + імплантації; внаслідок виділення Ag у вигляді наночасток у мішені. Було проведено дослідження гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-хТе (х=0,223) на підкладці CdZnTe виготовлених методом рідиннофазної епітаксії, що піддавалися низькоенергетичному 13 -2 опроміненню іонами срібла з енергією 100 кеВ та дозою імплантації 3*10 см при кімнатній температурі. Суть корисної моделі пояснює креслення. На (кресленні) АСМ зображення, при імплантації іонами срібла на фоні незначного розмиття границь зерен вихідної поверхні, але при збереженні її пористості, утворюється однорідний масив конусоподібних наноострівців з висотами у межах (5÷25) нм з діаметром основи (13÷35) нм. Позитивний ефект від реалізації в наведеному прикладі створення наноструктур на поверхні гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe на підкладці CdZnTe за допомогою іонної імплантації 13 -2 срібла з дозою 3*10 см та енергією 100 КеВ пояснюється декількома факторами, що комплексно доповнюють один одного. По-перше, запропонований спосіб у порівнянні з прототипом не має термічного впливу на матеріал, а процес проведений при кімнатній температури. По-друге, не відбувається випаровування шкідливих речовин з поверхні потрійного хімічного II VI з'єднання A B . Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2385835. Способ получения наноструктур полупроводника, МПК H01L21/20, опубликовано 23.10.2008. 2. Патент РФ № 2307785. Способ получения нанопорошка туллурида цинка-кадмия с составом Cd0,9Zn0,1Te, МПК В82В3/00, опубликовано 10.10.2007. 3. Medvid A., Mychko A., Gnatyuk V., Levytskyi S., Naseka Yu. Mechanism of nano-cone formation on Cd0.9Zn0.1Te crystal by laser radiation. Optical Materials 32, 836-839 (2010). 4. Kaupuzs J., Medvid" A. Distribution of impurity atoms over a crystal in nonhomogeneous temperature field. Proc. SPIE Conf. Microelec. Manuf. 2335/36, 134 (1994). 5. Cerutti A. and Ghezzi C. X-Ray Observations of Induced Dislocations. Phys. Stat. Sol. (a) 17, 273 (1973). 2 UA 87886 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб отримання наноструктур на поверхні гетероепітаксійної плівки p-CdxHg1-xTe (x ~ 0,2220,223), який включає радіаційне опромінення поверхні плівки, який відрізняється тим, що 13 -2 поверхню опромінюють іонами срібла з енергіями 50-150 кеВ і дозами імплантації 3-7*10 см відповідно. 10 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3