Влияние отжига на оптические свойства монокристаллов германия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2

УДК 621.315.592

ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ

А. В. Ултургашева1, Т. О. Павлюк2

'Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2ао «германий»

Российская Федерация, 660027, г. Красноярск, Транспортный проезд, 1/107

Е-тай: 'аппаиШойтай.ги

Проведены исследования влияния отжига в интервале температуры 350-450 °С на оптические свойства и поведение кислорода в кристаллах германия. Установлено, что отжиг приводит к изменению концентрации кислорода в германии и к повышению температурной стабильности оптического пропускания.

Ключевые слова: монокристаллы германия, кислород, отжиг, ИК-спектрометрия.

EFFECT OF GERMANIUM SINGLE CRYSTALS ANNEALING ON THE OPTICAL PROPERTIES

A. V. Ulturgasheva1, T. O. Pavlyuk2

1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

2JSC GERMANIUM 1/107, Transportny proezd, Krasnoyarsk, 660027, Russian Federation E-mail: [email protected]

Effect of Germanium single crystals annealing on the optical properties and the behavior of oxygen impurity has been studied in the temperature range 350-450 ° C. It was established that annealing leads to the change of oxygen concentration and to improve the temperature stability of optical transmission.

Keywords: germanium single crystals, impurities, oxygen, annealing, IR-spectrometry.

К наиболее наукоемким и высокотехнологичным промышленным секторам, потребляющим монокристаллический германий с повышенными требованиями к структуре и содержанию примесей, принадлежит наноэлектроника, детекторная техника и инфракрасная оптика. Данный материал применяется для создания солнечных батарей и почти вдвое превосходит своего главного конкурента -кремний по показателю эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, достигающему ~39 % [1].

Одной из основных примесей в германии является кислород. Настоящая работа посвящена исследованию влияния отжига в интервале температуры 350-450 °С на поведение растворенного в кристаллах Ge кислорода, и оптические свойства монокристаллов в зависимости от парциального давления кислорода в газовой среде.

В работе [2], в отличие от данных других авторов [1], экспериментально доказано, что колебаниям атомов кислорода при их концентрации порядка 1016 см-3 отвечает полоса в ИК-спектре германия на волновом числе 843 см-1. По ее интенсивности, с помощью ИК-Фурье спектрометра Nicolet 380, определено содержание кислорода, которое в исследуемых нами кристаллах составило (0,20-1,10)1016 м-3.

Установлено, что после проведения отжига в среде с 1 < po < 103 Па в течение 4 ч происходит

увеличение интенсивности пика на волновом числе 843 см-1, при этом концентрация кислорода возрастает до 1,3 1016 см-3. Отжиг в течение 6-8 ч приводит к появлению новой полосы при 856 см-1,

Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»

а концентрация кислорода увеличивается до 5,0-1016 см-3. Выявлено, что отжиг при более низком Р02 порядка 10-3 Па приводит к уменьшению интенсивности кислородной полосы 843 см-1, которое соответствует снижению содержания междоузельного кислорода на ~4,0 %. Наблюдаемое явление можно объяснить образованием в ходе отжига термодоноров на основе растворенного кислорода, состоящих из кластеров, включающих четыре кислородных атома, подобно модели Kaiser-Frisch-Reiss для термодоноров в кремнии [3].

Установлено, что отжиг при низком парциальном давлении кислорода P02 < 1 Па приводит

также к изменению оптической плотности кристалла вблизи края полосы пропускания на волновом числе 943 см-1 = 10.6 мкм).

На основании ИК-спектрометрических данных, установлено, что после отжига оптическое пропускание кристалла при 60 °С возрастает, в среднем, от 43,10 до 43,50 % при значении УЭС 3,0 Ом-см. Таким образом, отжиг приводит к повышению температурной стабильности оптического пропускания.

Библиографические ссылки

1. Claeys L., Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Elsevier, Oxford, 2007. 449 p.

2. Shimanskii A. F., Podkopaev O. I., Baranov V. N. Oxygen impurity in germanium single crystals determination by infrared spectrometry // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1101. P. 115-119. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1101.115.

3. Бабич В. М., Блецкан Н. И., Венгер Е. Ф. Кислород в монокристаллах кремния. Кшв: 1нтерпрес ЛТД, 1997. 240 с.

© Ултургашева А. В., Павлюк Т. О., 2016