Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении

Морфология, фазовый состав и структура поверхности пленок сульфида кадмия, полученных электрогидродинамическим (ЭГД) распылением жидкости в атмосфере кислорода, были исследованы методами сканирующей электронной микроскопии (SEM), атомно-силовой микроскопии (AFM), энергодисперсионного анализа (EDS) и...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автори:	Голованова, В.В., Буковский, В.Е., Назарчук, Б.В., Голованов, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2015
Назва видання:	Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108636
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении / В.В. Голованова, В.Е. Буковский, Б.В. Назарчук, В.В.Голованов // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 4-11. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108636
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1086362016-11-13T03:02:28Z Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении Голованова, В.В. Буковский, В.Е. Назарчук, Б.В. Голованов, В.В. Морфология, фазовый состав и структура поверхности пленок сульфида кадмия, полученных электрогидродинамическим (ЭГД) распылением жидкости в атмосфере кислорода, были исследованы методами сканирующей электронной микроскопии (SEM), атомно-силовой микроскопии (AFM), энергодисперсионного анализа (EDS) и рентгеноструктурного анализа (XRD). Исследовано влияние γ-фотонов на кристаллическую структуру пленок CdS. Показано, что радиационно-стимулированная диффузия способствует росту кристаллитов сульфида кадмия со структурой вюрцита. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в случае осаждения пленок CdS методом ЭГД-пульверизации, несложными техническими методами, изменяя время напыления, температуру подложки, а также соотношение ионов серы и кадмия в исходном растворе, можно получать полупроводниковые слои с контролируемой структурой и стехиометрическим составом. Морфологія, фазовий склад і структура поверхні плівок сульфіду кадмію, отриманих за допомогою електрогідродинамічного (ЕГД) розпилення рідини в атмосфері кисню, були досліджені методами скануючої електронної мікроскопії (SEM), атомно-силової мікроскопії (AFM), енергодисперсійного аналізу (EDS) та рентгеноструктурного аналізу (XRD). Досліджено вплив γ-фотонів на кристалічну структуру плівок CdS. Показано, що радіаційно-стимульована дифузія сприяє росту кристалітів сульфіду кадмію зі структурою вюрцита. Отримані результати свідчать про те, що при осадженні плівок CdS методом ЕГД-пульверізації, нескладними технічними методами, змінюючи час напилення, температуру підкладки, а також співвідношення сірки та кадмію в вихідному розчині, можна отримувати напівпровідникові шари із контрольованими структурою та стехіометричним складом. The morphology, chemical composition and surface structure of the cadmium sulfide films, deposited in ambient atmosphere by electro-hydrodynamic (EHD) spray pyrolysis have been studied by scanning electron microscopy (SEM), atomic-force microscopy (AFM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). The changes in the crystalline structure of CdS films induced by γ-irradiation have been determined from these measurements. It is shown that stimulated by γ-irradiation diffusion of intrinsic defects in CdS material facilitates the growth of crystals with wurtzite structure. The obtained results demonstrate that structure and stoichiometric composition of the CdS films synthesized by EHD spray pyrolysis method can be reliably controlled by such technological parameters as deposition time, substrate temperature and ratio of the sulfur and cadmium ions in the initial solution. 2015 Article Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении / В.В. Голованова, В.Е. Буковский, Б.В. Назарчук, В.В.Голованов // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 4-11. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108636 539.216.2:544.032.6 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Морфология, фазовый состав и структура поверхности пленок сульфида кадмия, полученных электрогидродинамическим (ЭГД) распылением жидкости в атмосфере кислорода, были исследованы методами сканирующей электронной микроскопии (SEM), атомно-силовой микроскопии (AFM), энергодисперсионного анализа (EDS) и рентгеноструктурного анализа (XRD). Исследовано влияние γ-фотонов на кристаллическую структуру пленок CdS. Показано, что радиационно-стимулированная диффузия способствует росту кристаллитов сульфида кадмия со структурой вюрцита. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в случае осаждения пленок CdS методом ЭГД-пульверизации, несложными техническими методами, изменяя время напыления, температуру подложки, а также соотношение ионов серы и кадмия в исходном растворе, можно получать полупроводниковые слои с контролируемой структурой и стехиометрическим составом.
format	Article
author	Голованова, В.В. Буковский, В.Е. Назарчук, Б.В. Голованов, В.В.
spellingShingle	Голованова, В.В. Буковский, В.Е. Назарчук, Б.В. Голованов, В.В. Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении Физическая инженерия поверхности
author_facet	Голованова, В.В. Буковский, В.Е. Назарчук, Б.В. Голованов, В.В.
author_sort	Голованова, В.В.
title	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении
title_short	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении
title_full	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении
title_fullStr	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении
title_full_unstemmed	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении
title_sort	исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2015
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108636
citation_txt	Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении / В.В. Голованова, В.Е. Буковский, Б.В. Назарчук, В.В.Голованов // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 4-11. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT golovanovavv issledovaniestrukturyihimičeskogosostavatonkihpolikristalličeskihplenoksulʹfidakadmiâprigoblučenii AT bukovskijve issledovaniestrukturyihimičeskogosostavatonkihpolikristalličeskihplenoksulʹfidakadmiâprigoblučenii AT nazarčukbv issledovaniestrukturyihimičeskogosostavatonkihpolikristalličeskihplenoksulʹfidakadmiâprigoblučenii AT golovanovvv issledovaniestrukturyihimičeskogosostavatonkihpolikristalličeskihplenoksulʹfidakadmiâprigoblučenii
first_indexed	2025-07-07T21:51:24Z
last_indexed	2025-07-07T21:51:24Z
_version_	1837026597997117440
fulltext	ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКИХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 14 © Голованова В. В., Буковский В. Е., Назарчук Б. В., Голованов В. В., 2015 4 УДК 539.216.2:544.032.6 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКИХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК СУЛЬФИДА КАДМИЯ ПРИ γ-ОБЛУЧЕНИИ В. В. Голованова, В. Е. Буковский, Б. В. Назарчук, В. В. Голованов Центр Инновационных Технологий, Южноукраинский национальный педагогический университет им. К. Д. Ушинского, Одесса, Украина Поступила в редакцию 18.01.2015 Морфология, фазовый состав и структура поверхности пленок сульфида кадмия, полученных электрогидродинамическим (ЭГД) распылением жидкости в атмосфере кислорода, были ис- следованы методами сканирующей электронной микроскопии (SEM), атомно-силовой микро- скопии (AFM), энергодисперсионного анализа (EDS) и рентгеноструктурного анализа (XRD). Исследовано влияние γ-фотонов на кристаллическую структуру пленок CdS. Показано, что радиационно-стимулированная диффузия способствует росту кристаллитов сульфида кадмия со структурой вюрцита. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в случае осажде- ния пленок CdS методом ЭГД-пульверизации, несложными техническими методами, изменяя время напыления, температуру подложки, а также соотношение ионов серы и кадмия в ис- ход ном растворе, можно получать полупроводниковые слои с контролируемой структурой и стехиометрическим составом. Ключевые слова: сульфид кадмия, гамма-излучение, тонкие поликристаллические плёнки. ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ ТА ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ТОНКИХ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ ПЛІВОК СУЛЬФІДУ КАДМІЮ ПРИ γ-ОПРОМІНЕННІ В. В. Голованова, В. Е. Буковський, Б. В. Назарчук, В. В. Голованов Морфологія, фазовий склад і структура поверхні плівок сульфіду кадмію, отриманих за допо- могою електрогідродинамічного (ЕГД) розпилення рідини в атмосфері кисню, були досліджені методами скануючої електронної мікроскопії (SEM), атомно-силової мікроскопії (AFM), енер- годисперсійного аналізу (EDS) та рентгеноструктурного аналізу (XRD). Досліджено вплив γ-фотонів на кристалічну структуру плівок CdS. Показано, що радіаційно-стимульована дифузія сприяє росту кристалітів сульфіду кадмію зі структурою вюрцита. Отримані результати свідчать про те, що при осадженні плівок CdS методом ЕГД-пульверізації, нескладними технічними ме- тодами, змінюючи час напилення, температуру підкладки, а також співвідношення сірки та кад- мію в вихідному розчині, можна отримувати напівпровідникові шари із контрольованими струк- турою та стехіометричним складом. Ключові слова: сульфід кадмію, гамма-випромінення, тонкі полікристалічні плівки. STRUCTURE AND COMPOSITION OF THIN POLYCRYSTALLINE CADMIUM SULFIDE FILMS UNDER γ-RADIATION V. V. Golovanova, V. Ye. Bukovsky, B. V. Nazarchuk, V. V. Golovanov The morphology, chemical composition and surface structure of the cadmium sulfide films, deposited in ambient atmosphere by electro-hydrodynamic (EHD) spray pyrolysis have been studied by scan ning electron microscopy (SEM), atomic-force microscopy (AFM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). The changes in the crystalline structure of CdS films induced by γ-irradiation have been determined from these measurements. It is shown that sti mulated by γ-irradiation diffusion of intrinsic defects in CdS material facilitates the growth of crystals with wurtzite structure. The obtained results demonstrate that structure and stoichiometric composition of the CdS films synthesized by EHD spray pyrolysis method can be reliably controlled by such technological parameters as deposition time, substrate temperature and ratio of the sulfur and cadmium ions in the initial solution. Keywords: cadmium sulfide, gamma rays, thin polycrystalline films. В. В. ГОЛОВАНОВА, В. Е. БУКОВСКИЙ, Б. В. НАЗАРЧУК, В. В. ГОЛОВАНОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 5 ВВЕДЕНИЕ В последнее время наблюдается возрожда- ющийся интерес к исследованиям свойств сульфида кадмия, что связано с успехами в разработке оптоэлектронных устройств [1, 2] и солнечных элементов, созданных на основе фоточувствительных материалов групп II–IV и III–V [3, 4]. Существенным фак тором, стимулирующим применение тон копленочных слоев, является их неболь- шая стоимость, прос тая технология синте- за и возможность пре парирования пленок с не обходимыми па раметрами. Однако, вы- сокая чувствительность электрофизичес ких, фотоэлектричес ких и оптических свойств тонких пленок суль фида кадмия к внешним воздействиям ограничивает их ши рокое при- менение в микроэлектронике. Весь ма суще- ственные эволюции дефектов в твердых те- лах происходят при облучении малыми (до 106 рад) дозами ядерных излучений [5, 6]. В настоящей работе проведено исследование влияния условий синтеза и g-облучения по- ликристаллических пленок сульфида кадмия на их морфологию и стехиометрический со- став. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Образцы сульфида кадмия были получены методом электрогидродинамического (ЭГД) распыления растворов CdCl2 и (NH2)2CS, описанным ранее в работе [7]. Выращенные таким образом пленки исследовались на рент геновском дифрактометре ДРОН-2.0 и электронном микроскопе ЭВМ-100АК. Рент- гендифрактограммы снимались по методу Дебая–Шерера, а поверхность пленок ис- следовалась методом реплик. При расшиф- ровке рентгендифрактограмм вводилась по- правка на наличие кристаллической фазы у си талловой подложки. Относительные атом ные концентрации кадмия и серы в объ- е ме пленок были получены методом EDS на JEOL JSM-6400/LINK AN10-85 спектроме- тре. Относительная атомная концентрация дефектов на поверхности была определена с использованием метода количественного анализа спектров рентгенфотоэлектронной спектроскопии, записанных на спектро- метре VG ESCALAB MkII. Поверхность образцов исследовалась методами SEM/AFM на электронных микроскопах ЭМВ-100АК и NanoScope II Scanning Probe Mic roscope, соответственно. Толщина син те зированных слоев измерялась интер фе ренционным ме- тодом на приборе МИИ-4. Синтезированные образцы облучались гамма фотонами 60Со до- зой 104 рад. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Полученные образцы сульфида кадмия оп- тически прозрачны в широком спектральном интервале, механически прочны и имеют хо- рошие адгезионные свойства. Очевидно, что состав слоя CdS, осаждающегося методом ЭГД-пульверизации существенно опреде- ляется соотношением ионов серы и кадмия в исходном растворе. Смешивая спиртовые растворы хлорида кадмия и тиомочевины в определенной пропорции, можно полу- чать слои CdS, обогащенные халькогеном или металлической компонентой. При этом изменение стехиометрического состава об- разца отражается на особенностях форми- рования его структуры. Для изучения влияния структуры поверх- ности на свойства пленок CdS, анализ осаж- денных слоев методами EDS и AFM был проведен на образцах имеющих различную элементную композицию. Отношение Cd/S в объеме пленок составляло 0,9 (I тип пле- нок); 1 (II тип пленок) и 1,96 (III тип пленок). При этом было обнаружено, что поверхность всех типов исследованных пленок была обогащена атомами металлической компо- ненты, где отношение Cd/S составляло 1.6 (I тип пленок), 2.4 (II тип пленок) и 3.2 (III тип пленок). Следует отметить, что не- смотря на существенную разницу в концен- трациях ионов Cd и S в исходных растворах (от 10:1 до 1:10), во всех осажденных плен- ках наблюдалось превалирование атомов кадмия. Как известно, соединения CdS могут при- надлежать к двум основным структурным типам: кубической структуре цинковой об- манки (сфалерита) и гексагональной струк- туре вюрцита [8]. Принадлежность соедине- ния к структурному типу зависит от условий его синтеза, в частности, сильное влияние ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКИХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 16 на свойства образующегося слоя оказывают ус ловия на подложке. Результаты рентгено- графических, спектрографических, и других исследований [9–11] показывают, что для ма- териалов группы II–IV, росту гексагональной модификации способствует избыток метал- лической компоненты, а кубической — метал- лоидной. Одной из причин формирования из- бытка металлической компоненты является различие в критической температуре отраже- ния напыляемых компонент от подложки. В случае конденсации кадмия на подложке из стекла ее величина составляет 420 К, если подложкой служит сульфид кадмия — 570 К [12] или другие подложки — 450 К [13]. Для серы эта температура не превышает 320 К [13]. Результаты электроннографического ана- лиза, представленные на рис. 1, показывают, что при температурах подложки выше 710 К, определяющей в фазовом составе яв ляется гексагональная модификация. На это также ука зывает характерное пространствен ное рас положение (рис. 1а) и форма (рис. 1б) кристал литов. Полученные результаты нахо- дятся в согласии с результатами работы [14], свидетельствующими о том, что в фазовом составе пленок, полученных методом рас- пыления на подложку, нагретую выше 670 К, преобладает гексагональная модификация, в то время как при более низких температу- рах определяющей является кубическая мо- дификация. а б На рис. 2 представлены микрофотографии пленок CdS I — а, II — б и III — в типов. Поверхность образцов III типа насыщена островками, локализующимися, как пра вило, в области микротрещин и имеющими специ- фическую «рельсовую» форму. Особенности формы и мест преимущест вен ного располо- жения обнаруженных обра зо ваний характер- ны для микровключений ме талла, которые появляются в виде капель на стоках (микро- трещины, разломы, дисло ка ции) [15]. Дей- ствительно, результаты струк турного анализа показывают, что на элек тронограммах при- сутствуют линии, ха рактерные для кадмия (табл. 1). Исследо ва ние методом EDS также показало, что наблюдаемые включения пред- ставляют собой кластеры кадмия на поверх- ности CdS. Поскольку введение избыточного кадмия или легирование атомами кадмия стимули- рует образование окислов, то предполагает- ся, что междоузельные атомы кадмия (либо их скопления) являются активными центра- ми зародышеобразования окисных соеди- нений. Обнаруженное с помощью рентге- ноэлектронной спектроскопии накопление кадмия у поверхности образцов [16, 17] послужило основой предположения о том, что диффузия кадмия из объема к поверхно- сти является одним из основных факторов в процессах роста CdO [18]. Формирование островков кадмия, окруженных его окисла- ми, обнаружено в пленках селенида кадмия в электронно-микроскопических экспери- ментах, выполненных совместно с микро- анализом состава образца [19]. Микрофотографии поверхности образцов CdS I, II и III типа, осажденных в течение 30 секунд на нагретую до 700 К подложку (рис. 3) свидетельствуют о том, что изменение отношения ионов серы и кадмия в сторону увеличения серы приводит к формированию а б Рис. 1. Электронномикроскопические фотографии по верхности образцов CdS, полученных методом ЭГД пульверизации при временах напыления 30 се- кунд — а и 4 минуты — б на подложку, нагретую до 700 К. Увеличение — 10000 раз а б в Рис. 2. Микрофотографии поверхности пленок CdS с отношением Cd/S а — 1.6 (I тип сенсоров), б — 2.4 (II тип сенсоров) и в — 3.2 (III тип сенсоров). Время осаждения 4 минуты. Увеличение — 2000 раз В. В. ГОЛОВАНОВА, В. Е. БУКОВСКИЙ, Б. В. НАЗАРЧУК, В. В. ГОЛОВАНОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 7 кадмия при отжиге на воздухе обнаружен рост двух типов островков CdO, имеющих ориентацию (100) или (111). Во всех случа- ях островки растут преимущественно в виде четырехугольных пирамид либо тетраэдров. Метод AFM обеспечивает возможность получать трехмерную картину с атомным разрешением напрямую с поверхностей полупроводника или изолятора без прово- дящего покрытия. Трехмерная картинка поверхности образцов CdS I, II и III типа представлена на рис. 4. Таблица 1 Изменение структуры и состава пленок CdS в результате их отжига на воздухе и в вакууме Условия отжига Неотож- женные Температура отжига, К 450 500 650 670 710 740 770 Структура Воздух куб. + Cd куб. + Cd куб. гекс. + Cd гекс. + Cd гекс. + Cd + +CdO CdO CdO Вакуум куб. + Cd куб. + Cd куб. гекс. гекс. гекс. гекс. гекс. более совершенной структуры слоя, в то время как при изменении этого соотноше- ния в сторону увеличения ионов металла по- верхность пленок покрывается продуктами окисления, которые имеют рыхлую мозаич- ную форму (рис. 3в). Пленки осаждались в течение 30 секунд в кислородосодержащей атмосфере на на- гретую до 700 К подложку. При температу- рах Т > 700 К с дальнейшим увеличением времени отжига поверхность пленок покры- вается продуктами окисления и формиру- ется пленка с ажурной структурой, которая при Т > 710 К покрывала большую часть по- верхности сульфида кадмия. Данные табл. 1 показывают, что основным продуктом окислительных реакций является окись кад- мия, толщина которой при Т > 740 К стано- вится больше, чем глубина проникновения электронного луча в образец. В этом случае структура сульфида кадмия не обнаружива- ется. На поверхности сульфида и селенида а б в Рис. 3. Микрофотографии поверхности сенсоров I — а, II — б и III — в типов. Время осаждения 30 секунд. Увеличение — 10000 раз 51 85 20 43 10 26 0 0 0 0 0 0 200 200 200 200 300 300 100 100 200 400 400 400 400 600 800 600 200 400 nm nm nm z z z xy Par Par Par Nan Nan Nan а б в Рис. 4. Трехмерные изображения поверхности образ- цов CdS I — а, II — б и III — в типов, полученные методом AFM ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКИХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 18 Как видно, образцы со стехиометричес- ким составом измененным в сторону преоб- ладания металлической компоненты имеют характерную для наличия окислов пирами- дальную поверхность, тогда как образцы I ти па отличаются плоской «равнинной» стру к турой. Двумерный профиль поверхности образ- цов трех типов, полученный методом AFM представлен на рис. 5. Как видно, из рис. 5в характерный размер кластера кадмия состав- ляет величину 288 нм. Разница в высоте пи- ков и перевалов составляет величину около 200 нм. Зависимость толщины пленки d и ха- рак терного размера кристаллитов r от про- должи тельности напыления слоя представ- лены на рис. 6. Практическое совпадение толщины слоя с характерным размером кри- сталлита позволяет сделать вывод о том, что по лученные пленки представляют собой мо- нослой кристаллитов (рис. 7), величина ко- торых линейно возрастает с увеличением времени напыления. Такая структура слоя яв ляется характерной для поликристалличе- ских пленок [20]. Увеличение температуры подложки обычно приводит к увеличению размеров кристаллитов, что наблюдается и в нашем слу чае (рис. 8). При этом наиболее бы- стро растут кристаллиты с благоприятной ориен тацией плоскостей. Эти кристалли- ты, раз рас таясь, подавляют развитие сосед- них крис таллитов (рис. 7), причем, если на началь ных стадиях напыления слой состоит из мелких кристаллических образований правильной формы (рис. 2а), то впослед- ствии лишь некоторые кристаллиты сохра- няют правильную форму, характерную для гексагональной модификации (рис. 2б). Важным фактором, влияющим на струк- туру формирующегося слоя, является при- рода диэлектрической подложки, в частно- сти ее ориентирующее действие, которое проявляется в возникновении определенно- го пространственного расположения и ори- ентации зародышей кристаллитов. В случае, если подложка представляет собой монокри- сталлическую пластинку, это влияние прояв- ляется в образовании монокристалличес кой пленки. Для аморфной подложки ориентиру- ющее действие отсутствует, однако извест- но [21], что и в этом случае кристаллизация происходит таким образом, что свободная энер гия образующейся структуры стремит- ся к минимальному значению. 0 0 0 500 1000 2000 4000 6000 200 400 600 800 10 50 100 100 200 300 400 20 30а б в Рис. 5. Двумерный профиль поверхности образцов CdS I — а, II — б и III — в типов, полученный ме- тодом AFM ρ, d×10–5 см 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 2 1 t, мин Рис. 6. Зависимость толщины пленки (1) и характер- ного размера кристаллитов (2) от продолжительно- сти ее напыления y d x Рис. 7. Схематичный вид поперечного сечения тон- кой поликристаллической пленки CdS, полученной методом ЭГД-пульверизации В. В. ГОЛОВАНОВА, В. Е. БУКОВСКИЙ, Б. В. НАЗАРЧУК, В. В. ГОЛОВАНОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 9 На рис. 9 приведены рентгендифракто- граммы пленки сульфида кадмия осажден- ной при температуре подложки 500 К (1), отожжённой на воздухе при 673 К в тече- ние 600 секунд (2) и облученной при 300 К (пос ле отжига) гамма фотонами 60Со дозой 104 рад (3). Из анализа дифрактограм можно заключить, что доля кубической фазы незна- чительна. Широкая бесструктурная полоса при углах дифракции от 16° до 36° соот- ветствует аморфной фазе, образовавшейся вследствие напыления пленки на холодную подложку. Доля аморфной фазы в отожжен- ных пленках уменьшается. После гамма облучения размеры кристаллитов возраста- ли в 1 ,5–2 раза. На рентгендифрактограм- мах этому со от ветствует увеличение числа рефлексов и их интенсивности. Из рисунка видно, что после облучения исчезает пре- имущественная ориентация кристаллитов. Примечательным является образование по- сле облучения пленок кристаллической серы, а также почти двукратное уменьшение интенсивности бесструктурной полосы, со- ответствующее уменьшению доли аморфной фазы в пленке. Появление после облучения в пленках кристаллитов серы свидетель- ствует о том, что аморфная фаза отожжен- ных пленок содержит избыточную серу. При g-облучении атомы из аморфной фазы приобретают высокую подвижность, вслед- ствие чего происходит рост кристаллитов, как сульфида кадмия, так и серы. Соответ- ственно, на рентгендифрактограмме облу- ченной пленки увеличивается число реф- лексов от гексагональной фазы и растет их интенсивность, а также появляются рефлек- сы малой интенсивности соответствующие кубической фазе (рефлекс при угле дифрак- ции = 15,7°). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом поставленные экспери мен ты свидетельствуют о том, что под дей ствием ионизирующего излучения в поликристал- лических пленках CdS при температурах порядка 300 К происходят процессы рос та микрокристаллитов сульфида кадмия и се- ры в результате перекристаллизации амор- фной фазы в кристаллическую. Появле- ние кристаллической серы может про лить свет на целый круг явлений, наблюдаемых в подвергнутых гамма облучению пленках сульфида кадмия, например на особенно- сти спектрального распределения фотопро- водимости гамма-облученных пленок CdS. Эти явления могут оказывать существенное влияние на надежность изделий пленочной микроэлектроники, используемых в полях ядерных излучений. В заключение, следует также отметить, что исследования структуры, фазового соста- ва, элементного и химического состава со гла- суются между собой и показывают, что вза- имодействие сульфида кадмия с кислородом при высоких температурах (710–740 К) про- исходит с образованием окиси кадмия, кото- рая является более низкоомным соединением по сравнению с исходными материалами. В некоторых случаях наблюдается выделение свободного металлического кадмия в виде от- дельных включений на поверхности. ЛИТЕРАТУРА 1. Hasse M. A., J. Qiu, J. M. DePuydt, H. Cheng. Blue-green laser diodes // Appl. Phys. Lett. — 1991. — Vol. 59 — P. 1272. а б в Рис. 8. Фотографии поверхности образцов CdS, осаж- денных в течение 30 секунд на нагретую до 670 К — а, 700 К — б, 730 К — в. Увеличение — 10000 раз 1200 1000 800 600 400 200 0 10 20 30 40 50 60 70 2Θ (град.) 1 2 3 Рис. 9. Рентгендифрактограммы исходной (1), отож- женной (2) и облученной (3) пленок CdS. Римскими цифрами обозначены рефлексы, соответствующие: I — α-CdS, II — β-CdS, III — S ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКИХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 110 2. Ganguli N., Acharya S., and I. Dasgupta. First- principles study of the electronic structure of CdS/ZnSe coupled quantum dots // Phys. Rev. B. — 2014. — Vol. 89. — P. 245423. 3. Li X., Zhang Ze., Chen L., Liu Z., Cheng J., Ni W., Xie E., Wang B. Cadmium sulfide quan tum dots sensitized tin dioxideetitanium dioxide heterojunction for efficient photo elec- trochemical hydrogen production // Journal of Power Sources. — 2014. — Vol. 269. — P. 866–872. 4. Dibbell R. S. and Watson D. F. Distance-de pen- dent electron transfer in tethered assemblies of CdS quantum dots and TiO2 nanoparticles // J. Phys. Chem. C. — 2009. — Vol. 113. — P. 3139–3149. 5. Болотов В. В., Коротченко В. А., Мамон- тов А. П., Ржанов А. В., Смирнов Л. С., Шаймеев С. С. Радиационные эффекты в полупроводниках при малых дозах облуче- ния частицами // Физика и техника полу- проводников. — 1980. — Т. 14, вып. II. — С. 2257–2260. 6. Борковская О. Ю., Дмитрук Н. Л., Конако- ва Р. В., Литовченко В. Г. Пространственная локализация эффекта радиационно-стиму- лированного геттерирования // Физика и тех ника полупроводников. — 1984. — Т. 18, вып. 10. — С. 1885–1887. 7. Golovanov V. V. Characterization of stan- nic dioxide nanosensors, invited paper in Inter national Journal of Materials and Pro- duct Technology // Special issue: Nano/Mi- cro systems and Manufacturing. Inderscience En terprises Limited. — 2003. — Vol. 18, Nos. 4/5/6. — P. 296–312. 8. Горюнова Н. А. Сложные алмазоподобные полупроводники — М.: Сов. радио, 1968. — 267 с. 9. Новик Г. А., Поляков С. М. О механизме формирования преимущественных ориен- таций слоев сульфида кадмия, полученных испарением в вакууме // Кристаллография. — 1978. — Т. 23, № 4. — С. 886–889. 10. Wilson J. I., Woods J. The electrical properties of evaporated films of cadmium sulphide // J. Phys. Chem. Solids. — 1973. — Vol. 26, No. 2. — P. 171–181. 11. Dawertitz L., Dornics M. The influence of sto- ichiometry on the structure of vacuum de po- sited CdS films // Phys. Stat. Sol.(a). — 1975. — Vol. 20, No. 1. — K37–K39. 12. Шалимова К. В., Травина Т. С., Пота- пов Ю. В., Старостин В. В. Электрические свойства поликристаллических пленок суль фида кадмия // Изв. ВУЗов, Физика. — 1964. — Т. 3. — С. 134–139. 13. King P. J. The optimum conditions for the evaporation of cadmium sulphide films for the generation of microwave ultrasonics // Brit. J. Appl. Phys. — 1969. — Vol. 2, No. 9. — P. 1349–1352. 14. Gupta B. K., Agnihorti O. P. Effect of cation-a- nion ratio on crystallinity and optical properties of cadmium sulphide films prepared by che- mical spray deposition process // Solid State Communication. — 1977. — Vol. 23, No. 5. — P. 295–300. 15. Палатник Л. С., Сорокин В. К. Основы пле- ночного материаловеденияю.— М.: Наука, 1973. — 295 с. 16. Сергеева Л. А., Подлужный В. В., Калин- кин И. П., Костиков Ю. П., Иванов И. К. Электронная микроскопия поверхности тер- мообработанных пленок селенида кадмия // Изв. АН СССР, Неорганические Материа- лы. — 1980. — Т. 16, № 1. — С. 22–27. 17. Подлужный В. В., Сергеева Л. А., Калинкин И. П. О природе межкристаллитных барье- ров в термообработанных пленках селенида кадмия // Изв. ВУЗов, Физика. — 1981. — Т. 1. — С. 105–108. 18. Кукушкин С. А., Сергеева Л. А., Калин- кин И. П. Механизм и кинетика начальных стадий окисления пленок селенида кадмия // Журн. Техн. Физики. — 1982. — Т. 52, № 2. — С. 388–390. 19. Lopen O. P. Observation of Cd crystal growth in thin CdSe films during an airbake // Phys. Stat. Sol.(a). — 1972. — Vol. 9, No. 1. — P. 263–266. 20. Chu T. L., Chu S. S., Van Der Leeden G. A., Lin C. J., Boyd J. R. Polycrystalline silicon p-n junctions // Solid State Electron. — 1978. — Vol. 21, No. 5. — P. 781–786. 21. Кузнецов В. Д. Кристаллы и кристаллиза- ция . — М.: Гостехиздат, 1963. — 411 с. LITERATURA 1. Hasse M. A., J. Qiu, J. M. DePuydt, Cheng H. Blue-green laser diodes // Appl. Phys. Lett. — 1991. — Vol. 59 — 1272 p. 2. Ganguli N., Acharya S., and Dasgupta I. First- principles study of the electronic structure of CdS/ZnSe coupled quantum dots // Phys. Rev. B. — 2014. — Vol. 89. — P. 245423. 3. Li X., Zhang Ze., Chen L., Liu Z., J. Cheng, Ni W., Xie E., Wang B. Cadmium sulfide quantum dots sensitized tin dioxideetitanium В. В. ГОЛОВАНОВА, В. Е. БУКОВСКИЙ, Б. В. НАЗАРЧУК, В. В. ГОЛОВАНОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 11 dio xide heterojunction for efficient photo elec- trochemical hydrogen production // Journal of Power Sources. — 2014. — Vol. 269. — P. 866–872. 4. Dibbell R. S. and Watson D. F. Distance-de- pendent electron transfer in tethered as sem bli- es of CdS quantum dots and TiO2 nano particles // J. Phys. Chem. C. — 2009. — Vol. 113. — P. 3139–3149. 5. Bolotov V. V., Korotchenko V. A., Ma mon- tov A. P., Rzhanov A. V., Smirnov L. S., Sha- j meev S. S. Radiacionnye effekty v polu- pro vodnikah pri malyh dozah oblucheniya cha sti cami // Fizika i tehnika poluprovodnikov. — 1980. — Vol. 14, vyp. II. — P. 2257–2260. 6. Borkovskaya O. Yu., Dmitruk N. L., Ko nako- va R. V., Litovchenko V. G. Prostranstvennaya lokalizaciya effekta radiacionno-stimu li- rovannogo getterirovaniya // Fizika i tehnika poluprovodnikov. — 1984. — Vol. 18, vyp. 10. — P. 1885–1887. 7. Golovanov V. V. Characterization of stan- nic dioxide nanosensors, invited paper in In ternational Journal of Materials and Pro- duct Technology // Special issue: Nano/Mi- cro systems and Manufacturing. Inderscience En ter prises Limited. — 2003. — Vol. 18, Nos. 4/5/6. — P. 296–312. 8. Goryunova N. A. Slozhnye almazopodobnye poluprovodniki — M.: Sov.radio, 1968. — P. 267. 9. Novik G. A., Polyakov S. M. O mehanizme formirovaniya preimuschestvennyh orientacij sloev sul’fida kadmiya, poluchennyh is pa re- niem v vakuume // Kristallografiya. — 1978. — Vol. 23, No. 4. — P. 886–889. 10. Wilson J. I., Woods J. The electrical properties of evaporated films of cadmium sulphide // J. Phys. Chem. Solids. — 1973. — Vol. 26, No. 2. — P. 171–181. 11. Dawertitz L., Dornics M. The influence of stoichiometry on the structure of vacuum deposited CdS films // Phys. Stat. Sol.(a). — 1975. — Vol. 20, No. 1. — K37–K39. 12. Shalimova K. V., Travina T. S., Potapov Yu. V., Sta rostin V. V. Elektricheskie svojstva poli- kris tallicheskih plenok sul’fida kadmiya // Izv. VUZov, Fizika. — 1964. — Vol. 3. — P. 134– 139. 13. King P. J. The optimum conditions for the eva- po ration of cadmium sulphide films for the ge neration of microwave ultrasonics // Brit. J. Appl. Phys. — 1969. — Vol. 2, No. 9. — P. 1349–1352. 14. Gupta B. K., Agnihorti O. P. Effect of cation- ani on ratio on crystallinity and optical pro- per ties of cadmium sulphide films prepared by che mical spray deposition process // Solid State Com munication. — 1977. — Vol. 23, No. 5. — P. 295–300. 15. Palatnik L. S., Sorokin V. K. Osnovy ple noch- nogo materialovedeniyayu. — M.: Nauka, 1973. — 295 p. 16. Sergeeva L. A., Podluzhnyj V. V., Kalinkin I. P., Kostikov Yu. P., Ivanov I. K. Elektronnaya mikroskopiya poverhnosti termoobrabotannyh plenok selenida kadmiya // Izv. AN SSSR, Neorganicheskie Materialy. — 1980. — Vol. 16, No. 1. — P. 22–27. 17. Podluzhnyj V. V., Sergeeva L. A., Kalinkin I. P. O prirode mezhkristallitnyh bar’erov v ter- mo obrabotannyh plenkah selenida kadmiya // Izv. VUZov, Fizika. — 1981. — Vol. 1. — P. 105–108. 18. Kukushkin S. A., Sergeeva L. A., Kalinkin I. P. Mehanizm i kinetika nachal’nyh stadij oki- sleniya plenok selenida kadmiya // Zhurn. Tehn. Fiziki. — 1982. — Vol. 52, No. 2. — P. 388–390. 19. Lopen O. P. Observation of Cd crystal growth in thin CdSe films during an airbake // Phys. Stat. Sol.(a). — 1972. — Vol. 9, No. 1. — P. 263–266. 20. Chu T. L., Chu S. S., Van Der Leeden G. A., Lin C. J., Boyd J. R. Polycrystalline silicon p-n junctions // Solid State Electron. — 1978. — Vol. 21, No. 5. — P. 781–786. 21. Kuznecov V. D. Kristally i kristallizaciya — M.: Gostehizdat, 1963. — 411 p.

Исследование структуры и химического состава тонких поликристаллических пленок сульфида кадмия при γ-облучении

Репозитарії

Схожі ресурси