3.1 Морфологія поверхні та структура полікристалічних плівок CdTe та Cd1-xMnxTe

 

 

У більшості випадків до структури плівок CdTe та Cd1-xMnxTe для використання у різноманітних приладах мікроелектроніки та детекторної техніки пред’являються жорсткі вимоги. Вони повинні мати однофазну стовпчасту структуру з низьким рівнем мікро- та макронапружень, дефектів пакування, двійників та дислокацій, контрольованою стехіометрією. Однак, велика кількість досліджень, присвячених вивченню структурних властивостей таких плівок свідчить, що, наприклад, шарам CdTe властиві специфічні особливості, запобігання або усунення яких є складною технологічною проблемою. До них відносяться: співіснування двох поліморфних модифікацій з’єднання (сфалерит та вюрцит), шарувата морфологія кристалічних зерен, висока концентрація двійників та ДП, високий рівень макро- та мікродеформацій, схильність до утворення аномальних аксіальних текстур та ін. [37-38]. Ці структурні особливості шарів в кінцевому результаті визначають їх ансамбль ТД, оптичні та електрофізичні характеристики, і тому повинні контролюватися. В зв’язку з зазначеним для використання як детекторний матеріал потрібні товсті структурно досконалі однофазні плівки CdTe та Cd1-xMnxTe з розміром зерна, що перевищує подвоєну дифузійну довжину пробігу носіїв заряду у матеріалі, та стовпчастою структурою.

            В результаті структурних досліджень отриманих шарів встановлено, що плівки сполук осаджені на неорієнтуючі підкладки при Ts > 373 К були полікристалічними, однорідними по площі і мали добру адгезію до підкладки. При нижчих температурах конденсації отримати якісні плівки халькогенідів не вдалось. Механізм росту плівок CdTe та Сd1-xMnxTe на неорієнтуючих підкладках був подібний. Cпочатку відбувалося утворення дрібнокристалічного перехідного шару біля підкладки з наступним конусоподібним розростанням кристалітів, орієнтованих площиною (111) паралельно їй. Було виявлено дві області режимів конденсації плівок, в яких їх механізм росту був подібний. При низьких температурах підкладки ріст відбувався пошарово, коли одні кристаліти утворювалися на стиках інших, при високих температурах підкладки шари утворювалися за стовпчастим механізмом.

Знімки поверхні тонких та товстих плівок CdTe та Cd1-xMnxTe отримані за допомогою скануючого електронного мікроскопа представлені на рисунках 3.1-3.3. Діаметр стовпчастих зерен визначався фізико-технологічними режимами конденсації у КЗО та товщиною плівки. При зростанні Ts і товщини шару, зменшенні DT їх середній розмір в площині плівок зростав. При цьому для конденсатів отриманих в однакових умовах розмір кристалітів визначався також видом матеріалу, що випаровувався. Плівки Cd1-xMnxTe мали дещо менший розмір зерен порівняно з плівками CdTe отриманими при подібних умовах конденсації.

На рис. 3.4 наведено фрактограмму товстої плівки CdTe. Як видно з рисунку товщина плівки є більшою 100 мкм, що відповідає вимогам до шарів плівкових детекторів. Одночасно розмір зерен у плівках отриманих в оптимальних умовах сягав (40-50) мкм, що суттєво перевищує подвоєну дифузійну довжину носіїв заряду у плівках. Це свідчить про те, що втратами носіїв заряду, що виникають під дією опромінення, внаслідок їх рекомбінації на межах зерен можна знехтувати.

Як вже відзначалося, плівки Cd1-xMnxTe мали менші розміри зерен ніж CdTe, однак при отриманні в оптимальних умовах їх розмір кристалітів перевищував (5-8) мкм при d~10 мкм.