1.2 Особливості вакуумних конденсатів бінарних сполук

 

 

            Хоча дослідженя монокристалів твердих розчинів Cd1-xMnxTe ведеться більше ніж 30 років плівки цією сполуки дослідженні недостатньо. Це обумовлено складністю отримання тонких шарів матеріалу у вакуумі внаслідок великої різниці тисків компонентів [18]. У зв’язку з цим плівкові конденсати в основному отримують методами лазерної абляції [19] та гарячої стінки [20], дискретного випаровування шихти [21], радіочастотного магнетронного розпилення [22], термічного нанесення плівок компонентів сполуки з наступним відпалом багатошарової структури [22] та ін.

            Плівки Cd1-xMnxTe з прогнозованою концентрацією марганцю (x=0,05, 0,36 та 0,430) на сапфірових підкладках та пластинах кремнію з орієнтаціцією (100) були отримані у [19] методом лазерного випаровування у високому (Р=10-5 Па) вакуумі. Температу підкладки при нанесенні плівок складала Te =523 К. Було встановлено що шари з x=0,05 марганцю мали хорошу якість. У плівках з більшою концентрацією домішки виявлялися мікронні та субмікронні виділення металів.

            Визначення реального вмісту компонентів сполуки в плівках у [19] проводилося методом RBS. Однак внаслідок перекриття піків у спектрах від кадмію та телуру це авторам зробити не вдалося. В зв’язку з цим, визначення концентрації марганцю у шарах було проведено оптичним методом за шириною забороненої зони матеріалу. При цьому була використана залежність Eg від x виду Eg=1,528+1,316x. В результаті було встановлено, що отримані плівки Cd1-xMnxTe були дещо збіднені кадмієм порівняно зі складом шихти.

            Рентгендифрактометричні дослідження показали, що плівки отримані навіть на монокристалічних підкладках були полікристалічними і містили кубічні фази CdTe та MnTe2. Люмінесцентні дослідження, проведені при 50 К, дозволили виявити у спектрах від шарів з великим вмістом марганцю (x=0,36, 0,43) інтенсивні піки з енергією випромінювання E=2,02 еВ (рис.1.6). Такі піки є характерними для зразків зі вмістом марганцю x>0,30 і асоціюються з переходами .

             

            Плівки Cd1-xMnxTe на підкладці NaCl з орієнтацією (001) нагрітій до Ts=723 К отримані у [20]. Для нанесення конденсатів був використаний метод гарячої стінки. При цьому температура випарників CdTe і Mn становила Ts=773- 923 К та 1123-1323 К відповідно. Додатковий випаровувач телуру мав температуру 573-673 К. Структура отриманих плівок вивчалася з використанням дифрактометричного методу та методу трансмісійної електронної мікроскопії. Авторами була розрахована енергія активації процесу росту плівок, яка виявилася рівною Е=1,09 еВ та 2,39 еВ при температурах підкладки Ts=773 К та Ts=653 К відповідно. Ця енергія виявилася близькою до енергії дисоціації молекул Te2. Авторами також було встановлено, що плівки отримані при Ts=773 К та TeCdTe=773-863 К містили малу концентрацію марганцю (x=0,012-0,002), яка зменшувалася при зростанні TeCdTe. Електронографічним  методом було встановлено, що плівки Cd1-xMnxTe отримані при Ts>423 К мали кубічну структуру типу сфалерит. Розмір зерен у таких шарах складав 0,1 мкм зростаючи до 1 мкм при Ts=623 К. Плівки отримані при високих температурах підкладки були текстурованими з орієнтацією (001) паралельною підкладці.

            Епітаксіальні плівки Cd1-xMnxTe товщиною 0,1-8,0 мкм на слюді (мусковіт) були отримані у [21] методами дискретного (вибухового) та термічного випаровування монокристалічного матеріалу складу Cd0,5Mn0,5Te. При нанесенні конденсатів першим методом температура підкладки складала Ts=680 К, випарника 1700-1750 К. При нанесені шарів другим методом температура підкладки змінювалася в інтервалі 860-930 К, температура випарника складала Tе=1020-1050 К. Авторами досліджені спектри відбиття та пропускання плівок при 78 та 293 К. За цими спектрами розраховані залежності коефіцієнта поглинання матеріала плівок від довжини падаючого випромінювання та визначена ширина ЗЗ напівпровідника. Розрахунок Eg проводився шляхом диференціювання залежностей a(l). Встановлено, що ширина ЗЗ матеріалу плівок, отриманих вибуховим випаровувуванням, дорівнює Eg=2,15 еВ при 78 К. За залежністю Eg від x  (Eg=1,54+1,35x) авторами визначено вміст марганцю у таких шарах. Він складав x=0,45. Ширина ЗЗ плівок отриманих методом термічного випаровування змінювалася в інтервалі 1,450-1,475 еВ. При цьому при зміні Ts від 880 К до 893 К вона спочатку зменшувалася від Eg =1,45 до 1,44 еВ, а вище цієї температури починала збільшуватися.

            Нанокристалічні плівки Cd1-xMnxTe з розміром зерна D~10 нм на скляних підкладках були отримані двома різними методами у [22]. При цьому автори спочатку наносили шари CdTe та MnTe різної товщини методом радіочастотного магнетронного розпилення, а потім їх відпалювали при T=623 К. При отриманні шарів сполук методом термічного випаровування спочатку наносилися плівки Cd, Mn, Te різної товщини, а після цього вони відпалювалися. Вміст марганцю у плівках визначався оптичним методом за шириною ЗЗ матеріалу. При цьому використовувався вираз Eg=1,53+1,26x. Авторам вдалося отримати матеріал з Eg=1,75-2,07 еВ, що відповідає вмісту марганцю x=0,17-0,43. У спектрах люмінесценції від плівок спостерігався інтенсивний пік випромінювання при Е=1,82 еВ. Електричні властивості плівок були досліджені при освітленні галогенною лампою з інтенсивністю 100 мВт/см2. Вивчалися залежності зміни опору плівок від часу освітлення. Автори також отримали залежності lns-1/T. В результаті була встановлена енергія активації провідності зразків DЕ= 0,474-0,636 еВ. Методом Холла була визначена концентрація носіїв у плівках n= 1,66×1015-1,48×1016 см-3 та їх рухливість m=13,66-66,23 м2/В×с.