CC BY
20
УДК 53. 09 А.Т. Темиров, к.ф-м.н., старший
преподаватель, ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный технический
университет» Д.А. Шаихов, к.ф-м.н., доцент, ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский
университет»
ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК ОКСИДА ЦИНКА
Поликристаллические и эпитаксиальные пленки окиси цинка обладают сравнительно низким сопротивлением. В связи с этим в использование их без предварительной обработки совершенно невозможно. С целью повышения сопротивления применяются отжиг в окислительной среде или легирование различными элементами, которые создают компенсацию свободных носителей.
Ключевые слова: пленки оксида цинка, эпитаксия, сопротивление, отжиг, удельное сопротивление, температура.
Polycrystalline and epitaxial films of zinc oxide have a relatively low resistance. In this regard, their use without pre-treatment is absolutely impossible. With the aim of increasing resistance to the applied annealing in an oxidizing atmosphere, or alloying of different elements that create the compensation of free carriers.
Key words: film of zinc oxide, epitaxy, resistance, annealing, resistivity, temperature.
Сопротивление поликристалли- не влияет на их удельное сопротив-
ческих пленок ZnO можно поднять ление.
до необходимого предела, применив Изменением условий получения, метод непродолжительного отжига величины температуры и продолжив воздухе и последующей закалки в тельности отжига легко удается регу-жидком азоте. Пленку, полученную лировать сопротивление пленки ZnO в из газовой фазы на ситалле, поли- пределах от 102 Ом/и до 2,5*108 Ом/и. коре, стекле отжигают в открытой Наибольшее сопротивление по-кварцевой трубке и опускают ее в лучается при температуре отжи-дьюар с жидким азотом. Продолжи- га, близкой к температуре отжига, тельность отжига пленок не превы- близкой к температуре подложки в шает 30 минут, т.к. она существенно процессе получения. Время отжига
перед закалкой почти не влияет на сопротивление, а порой даже уменьшает его. Изменение окружающей среды в процессе отжига не влияет на величину сопротивления.
Наибольшее сопротивление имели пленки, полученные при температурах тигля и подложки соответственно 760 о С и 640 о С. У пленок, полученных при относительно высоких температурах, наблюдались сравнительно небольшие сопротивления (105 Ом/и) при любых температурах отжига и при любой кратности закалки.
Степень влияния условий осаждения в температуры отжига на сопротивление закаленных образцов дается в таблицах 1 и 2.
Табл. 1
Табл. 2
Последующий отжиг высокоом-ных пленок в воздухе приводит к уменьшению сопротивления (таблица 3). Это дает дополнительную возможность получить требуемое сопротивление и регулировать величину удельного сопротивления в широких пределах.
Табл.3
Температура отжига, оС Сопротивление Ом/и Кратность закалки
650 1,8*108 1
700 2,0*108 2
740 2,2*108 3
780 2,0*108 4
820 1,9*108 5
Повторная закалка приводит к повышению сопротивления образца, если температура и продолжительность отжига больше, чем при первой закалке (таблица 4).
Табл.4
Температура отжига высокоомных пленок о С Сопротивление, Ом/и
20 2,5*108
200 1,7*108
500 4,6*106
800 4,0*104
900 3,0*103
Таким образом образцы закаленные предложенным методом приобретают высокую фоточувствительность.
ТТ = 700оС ТП = 600оС
Температура Сопротивление
отжига, оС Ом/и
300 2,3*105
500 0,9*108
650 1,7*108
750 0,8*108
ТТ = 760оС ТП = 640оС
Температура Сопротивление
отжига, оС Ом/и
300 1,8*105
500 1,1*108
650 2,5*108
750 1,4*108
В пленке ZnO, полученной при Общепризнанным является то, что
Tn = 640 o С, кроме растворенного пленки ZnO обладающие структурой
цинка входит и нейтральный цинк. вюрцита имеют сильную тенденцию
Нейтральный цинк в основном кон- преимущественного роста плоскости
центрируется на линейных дефектах. (0001) кристаллитов параллельно
При резком охлаждении ней- подложке, т.е. их ось С в основном
тральный цинк, находящийся на ли- ориентирована перпендикулярно по-
нейных дефектах, выбрасывается на- верхности подложке [1^3]. ружу пленки. Таким образом, между Авторы [4] сообщают о получе-
кристалликами пленки образуются нии высокочастотным реактивным
пустоты, а кристаллик с кристалли- распылением пьезоактивных пле-
ком оказываются связанными узкими нок ZnO на кремниевых подложках.
мостиками. Электрические свойства Предложена методика элипсометри-
этих мостиков и поверхности самих ческого контроля качества пленок по
кристалликов, из которых состоят ходу роста. Дифрактометрические
пленки, значительно отличаются от исследования и измерения пьезоак-
электрических свойств внутренних тивности пленок эхо - импульсным
частей кристалликов. В случае ZnO методом показали, что пленки, полу-
эти мостики и поверхности кристал- ченные при 200 0С, имеют хорошую
ликов объединяются носителями за- ориентацию и высокую пьезоактив-
рядов в результате адсорбции на их ность. In situ элипсометрические из-
поверхность. Причиной наблюдаемо- мерения показали, что существует
го повышения сопротивления пленок сильная корреляция между опти-
ZnO после закалки, вероятно, слу- мальными технологическими па-
жит появление объединенного слоя раметрами и появлением высокой
на кристалликах.
ориентации у пленок. Исследованию К числу технологических параме- структурных, электрических и оп-тров относят температуру подлож- тических свойств в зависимости от ки, скорость осаждения, давление и температуры подложки посвящена состав атмосферы, состояние и тип статья [5]. Пленки 2пО осаждали ме-подложки, местоположение подлож- тодом магнетронного распыления на
ки в системе и др.
стеклянные подложки в интервале
Во многих работах, посвященных температур 275-450 0С. ионному распылению, основное вни- Расстояние мишень - подложка мание уделяется получению вли- составляло 65 мм. На рис. 1. дана за-яния технологических параметров висимость скорости осаждения плена совершенство структуры пленок. нок 2пО от температуры подложки.
Substrate temperature (К)
Рис. 1. Зависимость скорости роста пленок ZnO от температуры подложки [5]
Скорость осаждения уменьшается с 14,0 до 7,5 нм/мин, с увеличением температуры от 275 0С до 350 0С. Постоянство скорости роста свыше 450 0С объясняется термической десорбцией определенной доли атомов, поступающих на подложку.
В этой работе сообщается об увеличении катодного потенциала при постоянном разрядном токе с увеличением температуры подложки. Авторы полагают, что в результате повышения температуры подложки увеличивается температура поверхности мишени вследствие излучения из-за близости (65 мм) подложки к мишени (подложка расположена
параллельно к поверхности мишени). В результате повышается температура плазмы, а это в свою очередь влияет на плотность ионов, электронов и плавающий потенциал.
Литература
1. Семилетов С.А., Кузнецов Г.Ф., Чаплыгин Г.В., Аксенов Л.Л. Ориентация пленок оксида цинка на сапфире. Кристаллография, 1978, т.23, вып.2, с.357-363.
2. Чернов А.А. и Дукова. Анизотропия скорости роста по морфологокинети-ческим данным о холюсках роста. Кристаллография, 1969, т.14, вып.2, с.169-170.
3. Рабаданов Р.А., Семилетов С.А. Микроморфология и особенности роста ЭП оксида цинка на слюде. Кристаллография, 1971,т.16, вып.5, с.1012-1014.
4. Zayer N.K., Greef R., Rogers K., Grellier A.J., Pannell C.N. In situ monitoring of sputtered zinc oxide films for piezoelectric transducers.-Thin Solid Films, 1999, v. 352, №1, p. 179-184.
5. Subramanyam T.K., Srinivasula B. Uthanna S. Effect of subsrate temperature on the physical properties of DC reactive magnetron sputtered ZnO films.- Optical Materials, 1998, v.13, №1, p. 239-247.
