Пассивация поверхности арсенида галлия с точки зрения защиты от внешних воздействий Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

В ходе исследований было установлено, что приложение смещающего поля Е=«2 кВ/см позволяет повысить предельную амплитуду переменного поля приблизительно на 20 процентов.

ПАССИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

С.В. Кузубов, преподаватель, к.ф.-м.н.

А.С. Мальцев, старший преподаватель, к.т.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж

В настоящее время при формировании полупроводниковых наногетероструктур актуальной проблемой присутствие на поверхности полупроводниковых кристаллов естественного оксида. Его состав для арсенида галлия, меняется от смешанного, состоящего из оксидов As2O3, As4O6, As2O5, Ga2O3 сразу после химико-динамического полирования (ХДП), до Ga2O3 и элементного мышьяка с течением времени [1]. Их наличие обуславливается следующими химическими реакциями:

4GaAs + 3O2 ^ 2AS2O3 + 4As; (1)

AH0298. = - 1920 кДж/моль, AG°298 = -2187.6 кДж/моль;

4GaAs + 3O2 ^ AS2O3 + 4Ga; (2)

AH°298. = - 1044 кДж/моль, AG0298 = -1362 кДж/моль;

2GaAs + As2O3 ^ Ga2O3 + 4As; (3)

AH0298. = - 294 кДж/моль, AG0298 = -5 1 8.7 кДж/моль;

Также на поверхности арсенида галлия могут присутствовать и такие оксиды как As2O3 и As4O6. Но известно, что эти оксиды летучи, и при температуре 193°С оксиды As2O3 и As4O6 улетучиваются [2], а при 333°С давление их остаточных паров становится уже рп=100 мм.рт.ст.[3]. Таким образом, остаётся оксид галлия и оксид мышьяка As2O3, который взаимодействуют с арсенидом галлия по реакции (3). Т.е., плёнка собственного оксида n-GaAs состоит из Ga2O3 с избыточным слоем мышьяка на интерфейсе GaAs(100)/Ga2O3 и не большой доли As2O3 [1].

Известно, что в процессе оксидообразования происходят изменения в структуре приповерхностной области арсенида галлия, приводящие к перестройке дефектов и, соответственно, изменению плотности электронных состояний [4]. Для пассивации поверхности полупроводников AIIIBV используется халькогенная обработка [2]. В данной работе изучаются пассивирующие свойства халькогенной обработки не с точки

зрения снижения плотности ПЭС, а с целью защиты поверхности от внешних воздействий и оксидообразования.

Использовались подложки из арсенида галлия электронного типа проводимости марки АГЧЦ (100), АГЧП (100) толщиной (400 ± 50) мкм. Подложки GaAs подготавливали химико-динамическим полированием (ХДП) в растворе Н^04:Н202:Н20, затем в растворе НС1:Н20 снимался остаточный окисел. Обработка поверхности арсенида галлия в парах селена проводилась в камере квазизамкнутого объема (КЗО) по методике, описанной в работе [5]. В основе метода лежит реакция замещения:

4СаЛь< + 3&2 ^ 2ва28% + Лз4 Т -ЪНреак (4)

Термодинамический анализ возможной схемы реакции замещения мышьяка селеном в GaAs позволяет утверждать, что результатом такой реакции может быть образование слоя селенида галлия АПБШ Во всех случаях энтальпия (АНреак.) реакции будет отрицательной. При замещении селеном АН062з = - 580 кДж/моль.

Анализ термодинамических процессов, протекающих при обработке поверхности GaAs с естественным оксидом в парах селена в вакууме, свидетельствует о том, что реакция селена со всеми типами оксидов, существующих на поверхности GaAs, энергетически не выгодна, в сравнении с реакцией гетеровалентного замещения (ГВЗ) мышьяка на селен в решётке GaAs:

20а203 + = 20а18е-ъ + 3(Э2 (5)

при нормальных условиях и при температуре 330°С мала, т.к. АН°298=+1470 кДж/моль, АG0298 = +1628.3 кДж/моль; АО0 б2з=+1800.8кДж/моль, т.е. энтальпия реакции положительна и, следовательно, вероятность этой реакции мала.

Этот факт, а также результаты электронномикроскопических исследований, представленных в [3,5], свидетельствуют об образовании псевдоморфной к GaAs плёнки Ga2Seз с толщиной ~ 3-5 нм, в результате протекания реакции ГВЗ непосредственно с поверхностью арсенида галлия. При этом оксид Ga20з мы не обнаруживаем на электронограммах, таким образом, наружный слой селинида галлия растёт под оксидом Ga20з, «приподнимая» его. При этом химическая связь этого оксида с Ga2Se3 становится слабея и он может десорбировать.

Данный факт можно объяснить тем, что соединения А2111Б3У1 характеризуются большой плотностью стехиометрических вакансий (СВ) в катионной подрешётке. Примесь попадающая в эти СВ оказывается в нейтральном состоянии и не проявляет электрической активности. В объёме таких полупроводников отсутствуют оборванные связи, т.к. они замыкаются в СВ. Подобное замыкание связей происходит и в СВ, выходящих на поверхность полупроводника А2111Б3У1. Это должно снижать

хемосорбционную активность полупроводников A2IIIB3VI в отношении реакции с молекулами воздуха.

Для доказательства этого предположения проведены эксперименты по напылению плёнок арсенида галлия на исходную, сразу после ХДП, и на обработанную в парах селена поверхность арсенида галлия. Напыление арсенида галлия проводилось в камере КЗО из независимых источников As и Ga по методике, описанной в работе [6]. Исследование сформированных таким образом гетероструктур GaAs(100)-GaAs и GaAs(100)-Ga2Se3-GaAs проводилось методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии. Состав плёнок GaAs контролировался методом рентгеноспектрального микроанализа и анализом дифракционных изображений. Утонение образцов для дифракционных исследований в просвечивающем электронном микроскопе проводилось с обратной стороны образца в два этапа. Сначала методом абразивной шлифовки делалось углубление сферической формы, затем проводилось ионное распыление в вакууме (6*10-4Па). Анализ электронограмм структур GaAs/GaAs(100) показал, что плёнка GaAs имеет структуру мозаичного монокристалла с азимутально-разориентированными мелкими блоками. Из электронограмм, полученных от структур GaAs/Ga2Se3/GaAs(100) видно, что пленка GaAs имеет монокристаллическую структуру ориентированную в направлении <100> со строго азимутальной ориентацией относительно подложки. При этом на соответствующих изображениях РЭМ наблюдаются крупные блоки. Данный факт связан с тем, что в процессе ГВЗ пленка Ga2Se3 образуется под слоем естественного оксида GaAs, который слабо связан с Ga2Se3 и в дальнейшем десорбируется. Таким образом, тонкая плёнка селенида галлия препятствует образованию разупорядоченных оксидов как на подложке, так и на собственной поверхности из адсорбированного из воздуха кислорода и тем самым сохраняет ориентирующие действие подложки GaAs на рост пленки арсенида галлия в направлении <100>.

Список использованной литературы

1. Торхов Н.А. // ФТП. 2003. Т. 37. В. 10. C.1205-1213.

2. Бессолов В.Н., Лебедев М.В. // ФТП. 1998. - Т. 32. - №11. -С. 1281-1299.

3. Сысоев Б.И., Безрядин Н.Н., Котов Г.И., Стрыгин В.Д. // ФТП. 1993. - Т. 27. - № 1. - С. 131-135.

4. Hwang J.S., Chang C.C., Chen M.F., Chen C.C. // Journal of Physics D: Applied Physics. 2003. V. 1. № 1. P. 348-353.

5. Сысоев Б.И., Безрядин Н.Н., Котов Г.И. и др.// ФТП. 1995. - Т. 29. - № 1. - С. 24-32.

6. Безрядин Н.Н., Самойлов А.М., Прокопова Т.В., Сизов С.В. // Вестник ВГТУ: «Материаловедение». 2002. - Т. 1. - В. 11. - С. 47-51.

НОРМЫ НАКОПЛЕНИЯ ТБО, ИХ СОСТАВ И СВОЙСТВА

В.Я. Манохин, профессор, д.т.н.

М.В. Манохин, аспирант Воронежский государственный архитектурно-строительный

университет, г.Воронеж

Пожароопасность твёрдых бытовых отходов (ТБО) является многоаспектной задачей:

- несанкционированные свалки и сжигание мусора на них приводит к возгоранию лесных массивов, жилья, производственных зданий;

- на полигонах ТБО выделяется биогаз с калорийностью 4500-4700

кКал;

- одним из наиболее распространённых видов борьбы с накоплением ТБО является сжигание.

Введение. Проблемы обращения с ТБО является одной из важнейших в охране окружающей среды [1]. Отходы производства и потребления регламентируются с июня 1998 года [2]. С целью упорядочения обращения с отходами установлены требования необходимости и порядка разработки генеральных схем очистки территорий населенных пунктов Российской Федерации [3, 4].

Проблемы обращения с ТБО наиболее подробно рассмотрены в работах: Данилова-Данильяна В.И., Винниченко В.Н., Виленского М.А., Лифшица А.Б., Мирного А.Н., Сергеевой В.Г., Ушакова Е.П., Шибановой Т.В. и других.

Обостряют проблему следующие факторы:

- Отсутствие системы раздельного сбора отходов;

- Отсутствует должный контроль в сфере обращения с ТБО;

- Недостаточное стимулирование и развитие сферы обращения с вторичным сырьем;

- Особенности транспортной схемы МО и нестабильность интенсивности движения автотранспортных средств;

- Проблемы механизации санитарной очистки города и материальной базы.

Отсутствие мусоросортировочных и мусороперерабатывающих заводов.

Законодательством России установлены требования обращения с твердыми бытовыми отходами [1, 2].