CC BY
37
УДК 621.315.592
Приведена технология получения датчиков магнитного поля на основе пленок CdTe термическим испарением в вакууме и активацией, основанной на особенностях диффузии в поликристаллических структурах
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДАТЧИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК CDTE
Г.А.Набиев
Ферганский политехнический институт 105107 г. Фергана, Узбекистан, E — mail: gulamnabu@mail.ru
Разработка технологии получения плёночных приборов имеет важное значение для микро-и на-ноэлектроники. С одной стороны, наряду с другими достоинствами они приводят обязательно к микроминиатюризации приборов, с другой стороны тонкие плёнки обладают рядом специфических свойств, которые либо вообще не свойственны кристаллам, либо наблюдаются у них сравнительно редко. Использование таких уникальных свойств даёт возможность построит на их основе новые оптоэлектронные приборы.
Именно к таким свойствам относится эффект аномально больших фотомагнитных напряжений (АФМН) [1], превышающий на несколько порядков обычные значения VФМЭ. Как известно, обычные значения фотомагнитных напряжений в полупроводниках составляют 1^10 мкВ/Э [2]. Идея увеличения значения фотомагнитного напряжения путём использования многослойных структур с р-п-переходами была высказана впервые в [2]. Обратив внимание на аддитивность фотомагнитных напряжений в таких многослойных структурах, было отмечено [2], что чувствительность таких ФМЭ-датчиков, может достигать значений того же порядка, что и чувствительность датчиков Холла.
В данной работе приведена технология получения датчиков магнитного поля на основе пленок CdTe термическим испарением в вакууме и активацией, основанной на особенностях диффузии в поликристаллических структурах. Фотомагнитные напряжения, генерируемые в отдельных зёрнах поликристаллической структуры, складываются. Одним из снижающих факторов величины фотомагнитного напряжения в поликристаллических образцах является рекомбинация носителей заряда на дефектах структуры, напра-мер, на границах зёрен.
Следовательно для увеличения фотомагнитных напряжений нужно уменьшить скорость поверхностной рекомбинации.
Уменьшить скорость поверхностной рекомбинации, а значит и потери на рекомбинацию можно на-
пример активацией-легированием приповерхностных областей, окружающих зёрна.
В поликристаллических образцах коэффициент диффузии примесных атомов по границам зёрен намного больше, чем по объему (так называемые "ускоренные пути даффузии") [3, 4]. Поэтому при определённых условиях диффузия примесей происходит преимущественно вдоль границ зёрен. Диффундируя по этим "ускоренным путям", примесные атомы увеличивают степень легирования боковых поверхностей зёрен, что приводит к уменьшению скорости поверхностной рекомбинации. Но следует отметит , что активация АФМН-плёнок достаточно сложная задача, т.к. при проведении активации могут ухудшаться физические параметры и характеристики АФМН-плёнок. Это требовало проведения многочисленных пробных напылений и активаций.
АФМН-плёнки теллурида кадмия, активированные кремнием, получались термическим испарением в вакууме 10-5 мм рт.ст. В качестве подложек использовались стекло и кварц. Перед осаждением подложку промывали в кипящей дистиллированной воде в течение 5 минут, а затем промывали ацетоном и спиртом. После введения в вакуумную установку, в вакууме перед нанесением плёнки подложки отжигались при 150-200°С. Подложки помещаются в подложкодержатель, в котором помещаются 8 подложек. Для напыления теллурида кадмия и кремния установлены два тигля из алунда. Подложкодержатель вращался от одного тигля к другому специальной ручкой. Угол осаждения СdТе ~ 40°. Между подложками и тиглями установлена металлическая шторка. С помощью магнита можно управлять положением шторки. К первому тиглю, в котором находится порошок кремния подавался ток. При достижении температуры тигля 1250°С, шторка открывалась на 3 мин. При этом температура подложки поддерживалась 180°С. Так на подложку осаждается тонкий слой кремния. Затем подложки поворачивались ко второму тиглю, где находится порошок теллурида кадмия. Перед подачей тока в этот тигель шторка закры-
вается. При температуре когда начинается испарение, шторка открывалась и на поверхность кремния в течение 40-50 мин. производилось осаждение теллурида кадмия. После прекращения поступления теллурида кадмия, температура подложек поднималась до 240°С и держалась около 20 мин. для осуществления диффузии кремния в плёнку теллурида кадмия. В таблице 1 приведены результаты исследования влияния температуры активации на УАФМН. Нужно отметить, что 240°С является наиболее эффективной температурой активации (табл. 1).
Таблица 1
Таблица 2
№ Номер пленки Температура активации, 0С VАФМН
1 6 180 15
2 12 200 20
3 17 220 24
4 21 240 30
5 28 250 28
6 32 260 20
7 42 300 10
Масса
№ Номер плёнки легирующей VАФМН, В
примеси, %
1 10 0,05 15
2 12 0,2 18
3 16 0,4 24
4 21 0,5 30
5 30 0,7 21
6 41 1,0 9
7 45 1,5 3
Для сравнения результатов влияния легирования плёнок па-раллельно, а также в аналогичных технологических условиях, но без легирования получены АФМН-плёнки СdТе. Аномальное фотомагнитное напряжение и соответственно магниточувствительность этих контрольных плёнок оказались меньшими, чем магниточувствительность легированных образцов.
Для выяснения влияния концентрации примеси и для нахождения оптимальной концентрации примеси нами апробировано получение плёнок и легирование различным количеством активирующего материала. Результаты этих исследований представлены в таблице 2. Масса легирующей примеси приводится в процентах от массы основного вещества - теллурида кадмия. Толщина плёнок была ~1 мкм. Активация производилась при температуре 240°С. Из таблицы видно, что наиболее оптимальным является 0,2^0,5 % массы легирующей примеси кремния от массы теллурида кадмия. Исследование структуры полученных плёнок показало, что они являются поликристаллическими.
Эрстед-вольтовые характеристики при различных значениях освещённости света, приведенные на рис., являются линейными. Магниточувствительность полученных в данной работе АФМН - плёнок теллурида кадмия, активированных кремнием, доходила до 6 мВ/Э. Магниточувствительность известных АФМН-плёнок ниже этого значения [5].
Таким образом, результаты данной работы показывают, что с помощью активации, основанной на особенностях диффузии в поликристаллических структурах, можно увеличить магниточувствительность АФМН-плёнок теллурида кадмия. Такой датчик чувствителен к изменению направления магнитного поля. При постоянстве других внешних факторов, при изменении направления магнитного поля, генерируемое фотомагнитное напряжение меняет свой знак.
Другим достоинством такого датчика является его работа без дополнительного источника питания, а также миниатюрность. Температурная зависимость Уфмэ в плёнках СdТе была исследована в работе [5]. Зависимость УфМЭ от температуры в плёнках CdТе является слабой и повторяет эту же зависимость для СdТе, имея только другие значения Уфмэ. Такая слабая температурная зависимость фотомагнитного напряжения показывает, что при эксплуатации такого датчика не нужны специальные дополнительные меры по термостатированию.
Миниатюрность, портативность, большой динамический диапазон позволяет использовать такие высокочувствительные датчики для изучения топографии магнитных полей.
Литература
. Адирович Э.И., Мастов Э.М., Юабов Ю.М. Фотомагнитный эффект в АФН-пленках теллурида кадмия// ДАН СССР. 1969. -т.188. -№6, -с.1254-1257.
2. Равич Ю.И. Фотомагнитный эффект в полупроводниках и
его применение -М.: Радио, 1967. -96 с.
3. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупрово-
дниках, -Л.: Наука, 1972. -384 с.
4. Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. -М.:
Мир,1974, -464 с.
5. Адирович Э.И. и др. Аномально-большие фотоэлектриче-
ский и фотомагнитный эффекты в полупроводниковых плёнках//Сб. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника. -Ташкент. Изд. ФАН, 1972. -с.143-229.
Рис. ЭВХ при различных интенсивностях света (В(лк) = 3.104 (I); 5.104 (2); 8.104 (3) плёнки № 30-1.
