Технология синтеза и Методы получения пленок ZnTe

Теллурид цинка — бинарное соединение цинка и теллура с химической формулой ZnTe. Цинковая соль теллуроводородной кислоты. При нормальных условиях представляет собой твёрдое вещество. Полупроводник, обычно с дырочным типом проводимости и шириной запрещённой зоны 2,23—2,25 эВ.

Может быть получен разными способами:

• 1)синтезом из элементов. Производится длительным нагреванием смеси порошков Zn и Te в запаянной кварцевой ампуле:
• 2)взаимодействием растворимой соли цинка в водном растворе с теллуроводородом:
• 3)обменной реакцией растворимого теллурида с растворимой солью цинка:
• 4)электролитическим методом, при этом анод — цинковый и катод — теллуровый, в растворе кислоты, например, серной.

Эпитаксиальные пленки ZnTe можно получать различными способами[7]:

• 1)методом близкого переноса;
• 2)методом вплавления;
• 3)нанесением пленок конденсацией в вакууме;
• 4)химическим осаждением пленок;
• 5)жидкофазной эпитаксией.

Использование метода нанесения пленок конденсацией в вакууме позволяет получать пленки толщиной от нескольких сотен ангстрем до нескольких десятков микрон, ввиду чего возможно получать однородный и максимально чистый материал, легко контролировать условия роста пленок, а также в случае необходимости получения пленок заданной конфигурации возможно применение масок.

В данном методе можно выделить следующие способы испарения исходных материалов:

катодное распыление;

взрывное испарение;

испарение в квазизамкнутом объеме;

термическое открытое испарение;

испарение электронным лучом.

Метод катодного распыления в отличие от предыдущего позволяет получать более высокие скорости испаряемых частиц, 95% которых электрически нейтральны. Однако недостатком является наличие значительного остаточного давления газа (10^-1 — 10^-3 мм. рт. ст.) препятствующего росту чистых и высоко ориентированных слоев[7].

Метод взрывного (дискретного) испарения заключается в том, что маленькие частицы (~200 мкм) материала подаются небольшими порциями на испаритель, нагретый до температуры 1200 — 1800С. Так как частицы испаряются до того, как они придут в контакт с испарителем, разложение исходного вещества сводится к минимуму, а растущие пленки имеют состав близкий к составу исходного порошка. А также путем непрерывной подачи материала можно получать желаемую толщину слоя. Недостатком этого метода является необходимость получения исходных материалов в виде мелкодисперсных порошков.

В работе получали поликристаллические слои ZnTe методом свободного роста из паровой фазы при температуре ~ 600° C в динамическом вакууме. В качестве исходной шихты использовался очищенный ZnTe, приведенный к составу с минимально возможным отклонением от стехиометрии.

Испарение в квазизамкнутом объеме (КО). Суть метода КО состоит в том, что испарение происходит в закрытых тиглях, где зазор между поверхностью испарения и подложкой настолько мал, что позволяет получить минимальный перепад температур между температурой испарителя (Т_И) и температурой подожки (Т_П).

Наиболее распространенным методом получения пленок А^IIB^VI является термическое открытое испарение материала в вакууме порядка 10^-5 — 10^-7 мм.рт.ст, предусматривает нагрев материала до температуры, при которой происходит испарение, направленное движение паров этого материала и его конденсация на поверхности подложки.

Метод испарения электронным лучом состоит в том, что при сверхвысоком вакууме в качестве испарителя используется электронный луч, сфокусированный непосредственно на испаряемом материале. При таких условиях в течение всего процесса выращивания пленки поддерживается высокая степень чистоты поверхности подложки, и практически исключается загрязнение материала, возможное при использовании термических испарителей.

Качество получаемых пленок в КО, а именно химический состав, степень совершенства структуры, электрические и оптические свойства определяются механизмом и кинетикой испарения исходного материала, различием давления паров компонентов, процессами и условиями конденсации на подложке. Сплошность слоев зависит от особенности конструкции испарителей. Для предотвращения уноса в паровую фазу твердых частиц испаряемых материалов и попадания их на подложку принимают дополнительные предосторожности, в испаритель над порошком исходного материала помещают крупный кварцевый песок или отрезки кварцевых трубочек. Метод КО обладает простотой технического исполнения и высокой технологичностью. Конструктивным воплощением этого метода является нагреваемая разъемная камера, содержащая испаряемое вещество и подложки (слюда, сапфир, стекло). Камера помещается в рабочий объем установки и вакуумируется совместно с ним. В таком не полностью изолированном объеме камеры мало изменение плотности пара вследствие его утечки во внешнее пространство. С помощью системы подогрева в такой камере легко создать условия конденсации, близкие к равновесным. Основные достоинства данного метода состоят в следующем:

• 1. Он позволяет проводить напыление в условиях незначительного пересыщения пара в зоне конденсат-подложка при сильном обменном взаимодействии в этой зоне.
• 2. Малый объем камеры при высоких скоростях испарения обеспечивает высокую плотность пара и диффузионный характер доставки материала к подложке. Вследствие этого увеличивается вероятность образования молекул соединения в паре, а также увеличивается среднее время миграции молекул по подложке.
• 3. Закрытая камера ограничивает выход компонент соединения из зоны термодинамического процесса, поэтому состав пара более стехиометричен и снижаются непроизводительные потери.
• 4. Высокие температуры подложки и обменное взаимодействие обеспечивают хорошие условия для протекания на подложке реакции с образованием молекул исходного соединения.