Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі

Виконано дослідження структур на поверхні конденсату CdTe, осадженого методом гарячої стінки на підкладках із скла та ситалу. З топограм атомно-силового мікроскопа методом водорозділу одержано нормальні h і латеральні D розміри поверхневих об’єктів та побудовано їх гістограми розподілу. Проаналізова...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Салій, Я.П., Биліна, І.С., Соколов, О.Л.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2016
Schriftenreihe:	Журнал физики и инженерии поверхности
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116807
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі / Я.П. Салій, І.С. Биліна, О.Л. Соколов // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 1. — С. 42-51. — Бібліогр.: 32 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-116807
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1168072017-05-17T03:02:33Z Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі Салій, Я.П. Биліна, І.С. Соколов, О.Л. Виконано дослідження структур на поверхні конденсату CdTe, осадженого методом гарячої стінки на підкладках із скла та ситалу. З топограм атомно-силового мікроскопа методом водорозділу одержано нормальні h і латеральні D розміри поверхневих об’єктів та побудовано їх гістограми розподілу. Проаналізовано залежності середніх значень нормальних і латеральних розмірів та фактора форми кристалітів від технологічних умов: часу осадження, температур підкладки і випарника. Підтверджено кореневу квадратичну залежність середніх розмірів від тривалості осадження. Выполнены исследования структур на поверхности конденсата CdTe, осажденного методом горячей стенки на подложках из стекла и ситалла. Из топограмм атомно-силового микроскопа способом водораздела получено нормальные и латеральные размеры поверхностных объектов и построены их гистограммы распределения. Проанализированы зависимости средних значений нормальных и латеральных размеров, а также фактора формы кристаллитов от технологических условий: времени осаждения, температур подложки и испарителя. Подтверждено корневую квадратичную зависимость средних размеров от продолжительности осаждения The research of structures on the surface of condensate CdTe, deposited by a method hot wall on substrates of glass and ceramics, are investigated. Normal and lateral sizes of surface objects are obtained from the topography of an atomic force microscope by a method watershed and their distribution histogram are constructed. The depending of mean values of normal, lateral size and form factor of crystallites from technological conditions: deposition time, substrate temperature and vaporization temperature are analyzed. The root quadratic dependence of the average sizes on the duration deposition is confirmed. 2016 Article Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі / Я.П. Салій, І.С. Биліна, О.Л. Соколов // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 1. — С. 42-51. — Бібліогр.: 32 назв. — укр. 2519-2485 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116807 24621.472.629.78 uk Журнал физики и инженерии 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	Ukrainian
description	Виконано дослідження структур на поверхні конденсату CdTe, осадженого методом гарячої стінки на підкладках із скла та ситалу. З топограм атомно-силового мікроскопа методом водорозділу одержано нормальні h і латеральні D розміри поверхневих об’єктів та побудовано їх гістограми розподілу. Проаналізовано залежності середніх значень нормальних і латеральних розмірів та фактора форми кристалітів від технологічних умов: часу осадження, температур підкладки і випарника. Підтверджено кореневу квадратичну залежність середніх розмірів від тривалості осадження.
format	Article
author	Салій, Я.П. Биліна, І.С. Соколов, О.Л.
spellingShingle	Салій, Я.П. Биліна, І.С. Соколов, О.Л. Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet	Салій, Я.П. Биліна, І.С. Соколов, О.Л.
author_sort	Салій, Я.П.
title	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі
title_short	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі
title_full	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі
title_fullStr	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі
title_full_unstemmed	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі
title_sort	поверхневі наноструктури конденсату cdte на склі та ситалі
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2016
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116807
citation_txt	Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі / Я.П. Салій, І.С. Биліна, О.Л. Соколов // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 1. — С. 42-51. — Бібліогр.: 32 назв. — укр.
series	Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv	AT salíjâp poverhnevínanostrukturikondensatucdtenasklítasitalí AT bilínaís poverhnevínanostrukturikondensatucdtenasklítasitalí AT sokolovol poverhnevínanostrukturikondensatucdtenasklítasitalí
first_indexed	2025-07-08T11:04:22Z
last_indexed	2025-07-08T11:04:22Z
_version_	1837076487875854336
fulltext	ПОВЕРХНЕВІ НАНОСТРУКТУРИ КОНДЕНСАТУ CdTe НА СКЛІ ТА СИТАЛІ 42 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1© Салій Я. П., Биліна І. С., Соколов О. Л., 2016 42 Журнал фізики та інженерії поверхні, 2016, том 1, № 1, сс. 42–51; Журнал физики и инженерии поверхности, 2016, том 1, № 1, сс. 42–51; Journal of Surface Physics and Engineering, 2016, vol. 1, No. 1, pp. 42–51 УДК. 24621.472.629.78 ПОВЕРХНЕВІ НАНОСТРУКТУРИ КОНДЕНСАТУ CdTe НА СКЛІ ТА СИТАЛІ Я. П. Салій1, І. С. Биліна1, О. Л. Соколов2 1Кафедра фізики і хімії твердого тіла, 2Фізико-хімічний інститут, ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника», Івано-Франківськ, Україна Надійшла до редакції 18.12.2015 Виконано дослідження структур на поверхні конденсату CdTe, осадженого методом гарячої стінки на підкладках із скла та ситалу. З топограм атомно-силового мікроскопа методом водорозділу одержано нормальні h і латеральні D розміри поверхневих об’єктів та побудовано їх гістограми розподілу. Проаналізовано залежності середніх значень нормальних і латераль- них розмірів та фактора форми кристалітів від технологічних умов: часу осадження, температур підкладки і випарника. Підтверджено кореневу квадратичну залежність середніх розмірів від тривалості осадження. Ключові слова: кадмій телурид, наноструктури, парофазний конденсат, кінетика росту, фак- тор форми. ПОВЕРХНОСТНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ КОНДЕНСАТА CdTe НА СТЕКЛЕ И СИТАЛЛЕ Я. П. Салий, И. С. Былина, А. Л. Соколов Выполнены исследования структур на поверхности конденсата CdTe, осажденного методом горячей стенки на подложках из стекла и ситалла. Из топограмм атомно-силового микроскопа способом водораздела получено нормальные и латеральные размеры поверхностных объектов и построены их гистограммы распределения. Проанализированы зависимости средних значе- ний нормальных и латеральных размеров, а также фактора формы кристаллитов от техноло- гических условий: времени осаждения, температур подложки и испарителя. Подтверждено корневую квадратичную зависимость средних размеров от продолжительности осаждения. Ключевые слова: кадмий теллурид, наноструктуры, парофазный конденсат, кинетика роста, фактор формы. SURFACES NANOSTRUCTURES OF CONDENSATE CdTe ON GLASS AND CERAMICS Ya. P. Saliy, I. S. Bylina, O. L. Sokolov The research of structures on the surface of condensate CdTe, deposited by a method hot wall on substrates of glass and ceramics, are investigated. Normal and lateral sizes of surface objects are obtained from the topography of an atomic force microscope by a method watershed and their distribution histogram are constructed. The depending of mean values of normal, lateral size and form factor of crystallites from technological conditions: deposition time, substrate temperature and vaporization temperature are analyzed. The root quadratic dependence of the average sizes on the duration deposition is confirmed. Keywords: cadmium telluride, nanostructures, vapor-phase condensate, kinetics of growth, form factor. ВСТУП Напівпровідник CdTe кристалізується у структурі цинкової обманки зі сталою ґратки а = 6,481 Ǻ та плавиться при 1074 °С [1, 2]. Він є перспективним матеріалом, має вдалу для практичного використання сукупність основних фізико-хімічних параметрів: високий коефіцієнт поглинання, малу концентрацію власних носіїв заряду, добрі механічні та теплові характеристики [3]. Телурид кадмію р- типу провідності є оптимальним матеріалом для створення високоефективних сонячних елементів наземного використання [4]. Ширина Я. П. САЛІЙ, І. С. БИЛІНА, О. Л. СОКОЛОВ 43ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 забороненої зони напівпровідника 1,45 еВ відповідає максимуму спектра сонячного випромінювання, тому сонячні елементи з базовим шаром телуриду кадмію мають високий коефіцієнт корисної дії. На сьогодні існує значна кількість методів одержання тонких шарів CdTe, серед яких перспективним є метод квазізамкненого об’єму [5–9]. Цей метод, завдяки конструк- тивним особливостям випарника, дає змогу одержувати плівки високої чистоти під час добре контрольованого технологічного процесу. У цей час дослідження даного матеріалу в якості складової сонячних елементів пе- ребуває в активній фазі вивчення [10–13]. Однак велика кількість невирішених фі- зико-технологічних проблем стають пе- решкодою на шляху до отримання якіс них функціональних плівок CdTe з кон т роль- ованими властивостями. То му важ ливим є вивчення механізмів фор мування тонких плівок CdTe [14–20]. Ці проблеми зумовлені складністю процесів випаровування і перенесення речовини у паровій фазі, конденсації пари на підкладку тощо. В даній роботі представлено результати дослідження процесу формування об’єктів на поверхні конденсату CdTe, що є продовженням наших попередніх досліджень [21, 22] для інших матеріалів. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Плівкові конденсати CdTe осаджували методом гарячої стінки на хімічно очищені підкладки зі скла та ситалу. Температуру підкладки ТS задавали в межах 420–520 К, а температуру випаровування ТV наважки із наперед синтезованої сполуки CdTe — в інтервалі 670–770 К. У цій області темпера- тур CdTe випаровується конгруентно з більш ніж 98 % молекул СdTe у парі [23]. Темпе- ратура стінки ТW підтримувалась на 50 К вище температури випарника, завдяки чому унеможливлювалося осадження молекул на стінку. При цьому тривалість осадження τ складала 20–60 с. Топологію поверхні зразків досліджували методами атомно-силової мікроскопії (АСМ) Nanoscope 3a Dimention 3000 у режимі пе- ріодичного контакту. Квадратне поле зображення поверхні конденсату розміром 1 мкм2 представлене масивом 5122 точок. Отримані АСМ-зображення аналізували у середовищі програми Gwyddion, де за допомогою методу водорозділу визначено розміри окремих об’єктів у нормальному h та латеральному D відносно поверхні підкладки напрямках. Використовуючи програму Orig- inPro 8.5.1, побудовано залежності середніх значень hm і Dm та фактора форми k = h/D від технологічних факторів. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Топологія поверхні конденсатів. Як відомо, процеси зародження і росту тонкоплівкових наноструктур мають складний характер [24]. В результаті формування тонкої плівки мають місце наступні етапи структуроутворення: адсорбція, десорбція, виникнення критичних зародків, ріст і коалесценція двовимірних острівців. Розрізняють три механізми заро- дження тонкоплівкових конденсатів. Перший, зародковий механізм росту Фолмера-Вебера, реалізується на атомно-гладких щільно упа- кованих гранях ідеального кристала. Такими гранями являються грані із малими індекса- ми Міллера. Ріст плівок в цьому випадку відбувається через початкове формування двовимірних чи тривимірних зародків, які в подальшому розростаються в суцільну плівку на поверхні підкладки. Другий, по- шаровий механізм зародження (механізм Франка-ван-дер-Мерве), реалізується при на- явності на поверхні підкладки нерівностей, джерелом яких є природна шорсткість граней з великими індексами Міллера. При даному механізмі відсутня необхідність в утворен- ні зародків. Проміжним, між відзначеними вище двома, є механізм зародження Странскі- Крастанова, який передбачає на початкових етапах осадження утворення так званого змочувального шару з подальшим ростом тривимірних наноструктур за рахунок зняття пружних деформацій [25]. Для випадку росту тривимірних на- ноструктур, важливим є їх розподіл за роз мірами як у латеральному, так і у нор- маль ному напрямках по відношенню до поверхні підкладки, на якій осаджується конденсат, а також їх поверхнева щільність ПОВЕРХНЕВІ НАНОСТРУКТУРИ КОНДЕНСАТУ CdTe НА СКЛІ ТА СИТАЛІ 44 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 та однорідність. Згадані параметри утворень можна задавати родом підкладки, кількістю осадженого на поверхню матеріалу та швидкістю його осадження. У зв’язку із цим визначення механізмів зародження і росту наноструктур, а також залежності розподілу їх за розмірами від умов осадження є важливою задачею як теорії, так і практики. У таблиці наведено технологічні параме- три отримання конденсату, а також характе- ристики після обробки АСМ-зображення. На рис. 1 продемонстровано 2D АСМ- зображення (І) і гістограми розподілу нор- мальних (ІІ) та латеральних (ІІІ) розмірів поверхневих кристалітів конденсатів, отри- маних на підкладках із ситалу при різно- му часі осадження. Гістограми розподілу висот будувалися із кроком 5 нм, а діамет- рів — 10 нм. При τ = 20 с максимум розпо- ділу висот знаходиться в інтервалі 5–10 нм (рис. 1, ІІа, а латеральних розмірів — 30–40 нм рис. 1, ІІІа). При збільшенні тривалості оса- дження до 30 с максимуми розподілу роз- мірів наноструктур на поверхні конденсату (рис. 1, ІІб, ІІІб) зміщуються в область біль- ших значень. Аналогічне представлення для конденса- тів на підкладках із скла при різних темпе- ратурах осадження наведено на рис. 2. Тут як для висот, так і для діаметрів побудова гістограм розподілу відбувалася із кроком 10 нм. В даному випадку суттєвого зміщен- ня максимуму розподілів від температу- ри підкладки не спостерігається. Зокрема для висот об’єктів максимум розподілу як при ТS = 470 К (рис. 2, ІІа), так і ТS = 520 К (рис. 2, ІІб) знаходиться в межах 20–30 нм. Для діаметрів проявляється така сама тен- денція, де максимуми розподілу також не зміщуються з температурою осадження і зна- ходяться в інтервалі 40–50 нм. Розглянемо також середні розміри на- ноструктур (таблиця), оскільки гістограми розподілу даних характеристик є асиме- тричними. Так, при збільшенні температури осадження спостерігається деяке зменшен- ня середніх розмірів наноструктур як на під- кладці зі скла, так і на підкладці із ситалу (рис. 3 а). Зауважимо, що за сталої тривалості осадження середні розміри об’єктів на склі є більшими, ніж на ситалі. Це пояснюється відмінністю підкладок, скло є аморфним, Таблиця Технологічні фактори отримання та структурні характеристики парофазних конденсатів CdTe, осаджених на підкладки із скла та ситалу Технологічні параметри Структурні характеристики Змінний параметр Сталі параметри Значення змінного параметра № зразків hm, нм Dm, нм k скло ситал скло ситал скло ситал τ, с ТV = 770 К ТS = 520 К ТW = 820 К 20 15 19 8 62 48 0,30 ± 0,01 0,17 ± 0,01 30 14 36 25 88 51 0,42 ± 0,03 0,48 ± 0,01 60 13 41 50 106 75 0,36 ± 0,02 0,70 ± 0,03 ТS, К ТV = 720 К ТW = 770 К τ = 60 с 420 25 67 17 86 50 0,81 ± 0,05 0,34 ± 0,01 470 26 34 18 79 54 0,44 ± 0,02 0,34 ± 0,01 520 27 33 17 57 43 0,55 ± 0,02 0,38 ± 0,01 ТV, К ТП = 520 К ТW = ТV + 50 К τ = 60 c 670 23 31 8 80 49 0,37 ± 0,01 0,17 ± 0,01 720 27 33 17 57 43 0,55 ± 0,02 0,38 ± 0,01 770 13 41 50 106 75 0,36 ± 0,02 0,70 ± 0,03 Я. П. САЛІЙ, І. С. БИЛІНА, О. Л. СОКОЛОВ 45ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 а ситал — полікристалічним. Кристаліти розмірами менше 1 мкм пов’язані між собою скловидним прошарком, тому епітаксійні об’єкти на його поверхні можуть формува- тися на окремих площинах кристалітів. При збільшенні температури випару- вання простежується збільшення середніх нормальних та латеральних розмірів нано- структур на обох видах підкладок (рис. 3б; таблиця). Така залежність пов’язана з тим, 0,4 0,3 Fr ac tio n 0,2 0,1 0,0 0 20 40 h, nm 60 80 100 # 15_sital II а 0,20 0,16 Fr ac tio n 0,12 0,08 0,04 0,00 0 20 40 D, nm 60 80 100 120 # 15_sital III I 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 0 nm 122 nm 0,800,600,400,200,00 μm II 0,4 0,3 Fr ac tio n 0,2 0,1 0,0 0 20 h, nm 40 60 80 100 # 14_sital б III 0,20 0,16 0,12 Fr ac tio n 0,08 0,04 0,00 0 20 40 D, nm 60 80 100 120 #14_sital 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 0 nm 38 nm 0,800,600,400,200,00 μm I Рис. 1. 2D АСМ-зображення (І) та гістограми розподілу висот (ІІ) і латеральних розмірів (ІІІ) поверхневих нанокристалітів парофазних конденсатів CdTe, отриманих на підкладках із ситалу для часу осадження τ, с: 20, 30 ; а) зразок № 15 і б) — № 14 відповідно Рис. 2. 2D АСМ-зображення (І) та гістограми розподілу нанокристалітів за висотою (ІІ) і латеральними розмірами (ІІІ) у конденсатах CdTe, отриманих на підкладках зі скла при температурі підкладки ТП, К: 470, 520; а) зразок № 26 і б) — № 27 відповідно 0,25 0,20 Fr ac tio n 0,15 0,10 0,05 0,00 0 25 50 h, nm 75 100 125 150 #26_glass II а 0,20 0,16 0,12 Fr ac tio n 0,08 0,04 0,00 0 20 40 60 D, nm 80 100 120 140 160 #26_glass III 0,00 0,20 0,40 0,60 0,90 0 nm 144 nm 0,800,600,400,200,00 μm I 0,25 0,20 0,15 Fr ac tio n 0,10 0,05 0,00 0 25 50 h, nm 75 100 125 150 #27_glass II б I 0,20 0,16 Fr ac tio n 0,12 0,08 0,04 0,00 0 20 40 D, nm 60 80 100 120 140 160 #27_glass II 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 0 nm 180 nm 0,800,600,400,200,00 μm I ПОВЕРХНЕВІ НАНОСТРУКТУРИ КОНДЕНСАТУ CdTe НА СКЛІ ТА СИТАЛІ 46 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 що при збільшенні температури випаруван- ня збільшується інтенсивність потоку ато- мів з парової фази на поверхню підкладки, а адатоми, маючи при цьому більшу енергію, спроможні створювати хімічні зв’язки із за- родками нової фази та вже сформованими острівцями. Кінетика росту нанокристалітів. Кон- троль оване вирощування плівкових структур з потрібними властивостями можна реалізу- вати керуючи процесами росту. Опис реаль- ної кінетики формування зародків нової фази і подальше заповнення ними осаджуваної поверхні – одна із основних задач теорії по- верхневих фазових переходів першого роду [26]. Важливим моментом будь-якої теорії є нелінійний зворотній зв’язок між перенаси- ченням і функцією розподілу острівців нової фази за розмірами, адже кластери, що рос- туть, поглинають інші адатоми, тим самим зменшуючи перенасичення, від якого зале- жить швидкість їх формування і росту [27]. В роботі [28] досліджується кінетична мо- дель росту тонкої плівки на твердій підкладці за умови двовимірного утворення зародків. В умовах великих перенасичень газоподібної фази отримані розв’язки для функції розпо- ділу острівців за розмірами на початковому етапі росту, ступеня заповнення підкладки на етапі коалесценції, швидкості вертикального росту плівки та шорсткості її поверхні. Дані розв’язки виражають структурні характерис- тики плівки через фізичні константи систе- ми та параметри росту, зокрема, температур випарування і підкладки, а також тривалості осадження. В роботі [28] отримано результат, згідно якого має місце закон, за яким середній розмір острівців росте пропорційно (τ – τ)1/2, де τ — час затримки нуклеації острівців. У результаті апроксимації залежності середніх нормальних розмірів від часу оса- дження степеневою функцією hm = а(τ – τ)b, для зразків, осаджених на підкладках зі скла, одержали b = 0,09, а на підкладках із сита- лу — 0,54, при цьому τ = 19 c для обох під- кладок. Для середніх латеральних розмірів Dm використана аналогічна залежність. По- казник степеня b для зразків, отриманих на підкладках зі скла, становить 0,14, а на під- кладках із ситалу — 0,46, при цьому для скла τ= 19 c, а для ситалу 0 c. Як бачимо, для обох розмірів кристалітів ситалу b ≈ ½. Отже, ріст середніх нормальних hm розмірів та серед- ніх латеральних Dm розмірів наноструктур на ситалі для сполуки CdTe пропорційний (τ – τ)1/2, що узгоджується з теоретичною за- лежністю [28]. Бачимо, що для латерального розміру острівців на ситалі відсутня затримка нуклеації. Експериментальні дані і апрокси- маційні криві зображено на рис. 4. З кривих 100 80 h m , D m , n m 60 40 20 0 420 440 TS, K 460 480 500 520 а б h m , D m , n m TV, K Рис. 3. Залежності середніх нормальних (суцільні криві) та латеральних (штриховані криві) розмірів нанокристалітів у парофазних конденсатах CdTe, отриманих на підкладках зі скла (квадрати) і ситалу (круги) від температури підкладки ТS (а) та темпера- тури випарування ТV (б) (таблиця) h m , D m , n m τ, S Рис. 4. Залежності середніх нормальних (суцільні криві) та латеральних (штриховані криві) розмірів нанокристалітів у парофазних конденсатах CdTe, от- риманих на підкладках зі скла (квадрати) і ситалу (круги) від часу осадження τ (таблиця) Я. П. САЛІЙ, І. С. БИЛІНА, О. Л. СОКОЛОВ 47ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 видно, що при збільшенні часу осадження зменшується швидкість росту середніх діа- метрів та висот об’єктів для обох підкладок. Фактор форми. Для детальнішого ана- лізу зміни форми наноструктур на поверхні конденсатів CdTe в залежність від техно- логічних параметрів скористаємося факто- ром форми. Побудовано точки на площині у координатах латеральний, нормальний розмір кристаліта. Так, на рис. 5 наведено (характерний для всіх зразків) двовимірний розкид нормальних і латеральних розмірів кристалітів парофазного конденсату CdTe (зразок № 25, таблиця), отриманого на під- кладці із ситалу. Спостерігаємо кореляцію нормального і латерального розмірів. Отри- мані точки апроксимовані прямою, кутовий коефіцієнт k якої визначає середню величи- ну фактора форми і становить 0,34 ± 0,01, тобто в середньому відношення нормального до латерального розміру об’єктів на поверхні h/D складає 0,34. Аналогічні розподіли були побудовані і для всіх інших зразків, на осно- ві чого представлено залежності фактора форми від різних технологічних параметрів (рис. 6). Так, аналізуючи рис. 6а бачимо, що при збільшенні тривалості осадження має місце збільшення фактора форми як для зразка на склі, так і для зразка на ситалі. Проте на сита- лі це збільшення відбувається інтенсивніше. Такі зміни фактора форми означають, що на початкових етапах осадження перевагу має латеральний ріст об’єктів, а при подальшій конденсації перевага переходить до нормаль- ного росту. Це можна пояснити наступним чином. Так, згідно теорії, закладеної у роботах Оствальда [29], Ліфшица і Сльозова [30], Вагнера (ЛСВ) [31], Венгреновича [32] сто- совно поверхневих дискретних систем і, зокрема, острівцевих плівок і напівпровід- никових гетероструктур з квантовими точ- ками, розрізняють дифузійний процес росту наноструктур і процес, контрольований швидкістю утворення хімічних зв’язків на їх поверхні (вагнерівський). Обидва процеси можуть реалізовуватися одночасно за умови, якщо електронні процеси утворення хімічних 70 60 50 40 h, n m 30 20 10 0 0 20 40 60 D, nm 80 100 120 140 160 #25 Рис. 5. Розкид нормального і латерального розмірів кристалітів у парофазному конденсаті CdTe (зразок № 25, таблиця), отриманого на підкладці із ситалу k τ, s а б k, n m TS, K в 0,8 0,6 0,4k 0,2 0,0 660 680 700 TV, K 720 740 760 780 Рис. 6. Залежність фактора форми нанокристалітів у парофазних конденсатах CdTe, отриманих на підкладках зі скла (квадрати) і ситалу (круги) від часу осадження τ (а), температури підкладки ТS (б) та тем- ператури випарування ТV (в) (таблиця) ПОВЕРХНЕВІ НАНОСТРУКТУРИ КОНДЕНСАТУ CdTe НА СКЛІ ТА СИТАЛІ 48 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 зв’язків є активаційними і енергії активацій обох процесів — електронного і дифузійно- го — порівняні між собою. Тож бачимо, що на початкових етапах конденсації перевагу має дифузійний ріст, і острівці інтенсивніше розростаються в ла- теральному напрямку, зливаючись при цьому один з одним, тим самим ще більше збільшу- ючи середні латеральні значення. У подаль- шому, коли в латеральному напрямку плівка розвинулася вже достатньо, відбувається пе- рехід до інтенсивнішого нормального росту, і в даному випадку вже має перевагу вагне- рівський процес росту. При збільшенні температури підкладки, за сталого значення всіх інших параметрів спо- стерігається тенденція до зменшення фактора форми структур на склі і незначного збіль- шення на ситалі (рис. 6б). Зростання температури випарування (рис. 6в), за незмінних інших параметрів при- зводить до залежності, яка проходить через максимум для фактора форми у зразках на підкладці із скла, та збільшення фактора форми для зразків на підкладці із ситалу. ВИСНОВКИ 1. Представлено комплексне дослідження процесів структуроутворення у паро- фазних конденсатах CdTe, вирощених на підкладках із скла та ситалу. 2. Виявлено, що збільшення температури підкладки призводить до зменшення се- редніх нормальних hm та латеральних Dm розмірів наноструктур, а збільшення тем- ператури випарування навпаки зумовлює їхній ріст. 3. Підтверджено, що значення середніх розмірів наноструктур на ситалі, в ти- по вому для молекулярно-променевої епі таксії режимі повної конденсації, пе реважну частину часу ростуть пропор- ційно (τ – τ*)1/2, показник степеня у ви- падку підкладок зі скла становить ~0,1. 4. Встановлено, що при збільшенні три- валості осадження має місце збільшення фактора форми наноструктур як для зразків на склі, так і для зразків на ситалі, а збільшення температури підкладки, за сталого значення інших параметрів призводить до його зменшення на склі і деякого збільшення на ситалі. 5. Показано, що на початкових етапах конденсації перевагу має дифузійний ріст, а при більшій тривалості осадження відбувається перехід до вагнерівського процес росту. ЛІТЕРАТУРА 1. Медведева С. А. Физика и химия соедине- ний AIIBVI. — М: Мир, 1970. — 624 с. 2. Георгобиани А. Н., Шейнкман М. К. Физи- ка соединений AIIBVI. — М: Наука, 1986. — 319 с. 3. Брус В. В., Илащук М. И., Ковалюк З. Д., Марьянчук П. Д., Ульяницкий К. С., Гри- цюк Б. Н. Механизмы токопереноса в ани- зотипных гетеропереходах n-TiO2/p-CdTe. // ФТП. — 2011. — Т. 45, № 8. — С. 1109–1113. 4. Корбутяк Д. В., Мельничук С. В., Кор- бут Є. В., Борисик М. М. Телурид кадмію і до мішково-дефектні стани та детекторні вла стивості. — К: Іван Федоров, 2000. — 198 с. 5. Бубнов Ю. З., Лур’є М. С., Старос Ф. Г., Фи- ларетов Г. А. Вакуумное нанесение пленок в квазизамкнутом объеме. — Л: Энергия, 1975. — 161 с. 6. Калинкин И. Н., Алесковский В. Б., Симаш- кевич А. В. Эпитаксиальные слои соедине- ний AIIBVI. — Л: Изд-во ЛГУ, 1978. — 235 с. 7. Фреїк Д. М., Горічок І. В., Соколов О. Л., Потяк В. Ю. Технологічні аспекти осаджен- ня плівок CdТe методом гарячої стінки // ФХТТ. — 2011. — Т. 12, № 1. — С. 89–94. 8. Bilevych Ye. O., Boka A. I., Darchuk L. O., Gumenjuk-Sichevska J. V. et al. Properties of CdTe thin films prepared by hot wall epitaxy // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2004. — Vol. 7, No. 2. — P. 129–132. 9. Косяк В., Опанасюк А. Явища перене сення та осадження у разі одержання плі вок CdTe методом квазізамкненого об’є му // Вісник Львів. ун-ту. Серія фі зична. — 2008. — Т. 41. — С. 117–124. 10. Major J. D., Treharne, R. E., Phillips, L. J., & Durose, K. A low-cost non-toxic post-growth activation step for CdTe solar cells // Nature. — 2014. — Vol. 511, No. 7509. — P. 334–337. 11. Paudel N. R., Wieland K. A., Compaan A. D. Я. П. САЛІЙ, І. С. БИЛІНА, О. Л. СОКОЛОВ 49ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 Ultrathin CdS/CdTe solar cells by sputtering // Solar Energy Materials and Solar Cells. — 2012. — Vol. 105. — P. 109–112. 12. Lin T., Huang F., Liang J., Wang Y. A facile preparation route for boron-doped graphene, and its CdTe solar cell application // Energy & Environmental Science. — 2011. — Vol. 4, No. 3. — P. 862–865. 13. Gloeckler M., Sankin I., Zhao Z. CdTe solar cells at the threshold to 20 % efficiency // Pho- tovoltaics, IEEE Journal of. — 2013. — Vol. 3, No. 4. — P. 1389–1393. 14. Colletti L. P., Stickney J. L. Optimization of the growth of CdTe thin films formed by electrochemical atomic layer epitaxy in an automated deposition system // Journal of the Electrochemical Society. — 1998. — Vol. 145, No. 10. — P. 3594–3602. 15. Moutinho H. R., Moutinho H. R., Hasoon F. S., et al. Investigation of polycrystalline CdTe thin films deposited by physical vapor deposition, close-spaced sublimation, and sputtering // Journal of Vacuum Science & Technology A. — 1995. — Vol. 13, No. 6. — P. 2877–2883. 16. Pandey S. K. Tiwari, U., Raman, R. et al. Growth of cubic and hexagonal CdTe thin films by pulsed laser deposition // Thin Solid Films. — 2005. — Vol. 473, No. 1. — P. 54–57. 17. Luschitz J. Siepchen B., Schaffner J.,et al. CdTe thin film solar cells: Interrelation of nucleation, structure, and performance // Thin Solid Films. — 2009. — Vol. 517, No.7. — P. 2125–2131. 18. Fthenakis V. Sustainability of photovoltaics: The case for thin-film solar cells // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2009. — Vol. 13, No. 9. — P. 2746–2750. 19. Singh R. R., Painuly D., Pandey R. K. Synthesis and characterization of electrochemically deposited nanocrystalline CdTe thin films // Materials Chemistry and Physics. — 2009. — Vol. 116, No.1. — P. 261–268. 20. Shaaban E. R., Afify N., El-Taher A. Effect of film thickness on microstructure parameters and optical constants of CdTe thin films // Journal of Alloys and Compounds. — 2009. — Vol. 482, No.1. — P. 400–404. 21. Салій Я. П., Фреїк Д. М., Биліна І. С., Га- лущак М. О. Кристалографічний та орієн- таційний характер нанокристалітів у тон- коплівкових конденсатах PbTe–Bi2Te3 на ситалі // Ж. нано- електрон. фіз. — 2015. — Т. 7, № 2. — С. 02020-1– 02020-8. 22. Биліна І. С. Механізми структуроутворення та термоелектричні властивості парофазних конденсатів твердого розчину PbTe–Bi2Te3 на ситалі // ФХТТ — 2015. —Т. 16, № 1. — С. 83–92. 23. Ferreira S. O., Leal F. F, Faria T. E., Oliveira J. E., Motisuke P. and Abramof E. Characterization of CdTe Thin Films Grown on Glass by Hot Wall Epitaxy // Brazilian Journal of Physics. — 2006. — Vol. 36, No. 2A. — P. 317–319. 24. Волков С. В., Ковальчук Є. П., Огенко В. М., Решетняк О. В. Нанохімія, наносистеми, наноматеріали. — Київ: Наукова думка, 2008. — 423 с. 25. Зимин. С. П., Горлачев Е. С. Нанострукту- рированые халькогениды свинца: моногра- фия. — Ярославль: ЯрГУ, 2011. — 232 с. 26. Кукушкин С. А., Осипов А. В. Процессы конденсации тонких пленок // УФН. — 1998. — Т. 168, № 10. — С. 1083–1116. 27. Osipov A. V. Kinetic model of vapour-deposited thin film condensation: nucleation stage // Thin Solid Films. — 1993. — Vol. 227, No. 2. — P. 111–118. 28. Дубровский В. Г., Цырлин Г. Э. Кинети- ка роста тонких пленок при зародышевом механизме формирования слоев // ФТП. — 2005. — Т. 39, № 11. — С.1312–1319. 29. Ostwald W. «Uber die Vermeintliche isometric das raten undgelben Quecksilberxyds und die oberflachenspannung fester Korper» // Js. Physics Chemistry. — 1900. — Vol. 34. — P. 495–503. 30. Лифшиц И. М., Слезов В. В. О кинетике диффузионного распада пересыщенных твер дых растворов // ЖЭТФ. — 1958. — Т. 35, №. 2. — С. 479–487. 31. Wagner C. Theorie der Alterung von Nider- schlagen durch Umlösen (Ostwald Reifung) // Zs. Electrochem. — 1961. — B. 65, M. 7/8. — P. 581–591. 32. Венгренович Р. Д., Іванський Б. В., Моска- люк А. В. До теорії Ліфшица-Сльозова-Ваг- нера. // ФХТТ. — 2009. — Т. 10, № 1. — С. 19–30. LІTERATURA 1. Medvedeva S. A. Fizika i himiya soedinenij AIIBVI. — M: Mir, 1970. — 624 p. ПОВЕРХНЕВІ НАНОСТРУКТУРИ КОНДЕНСАТУ CdTe НА СКЛІ ТА СИТАЛІ 50 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 2. Georgobiani A. N., Shejnkman M. K. Fizika soedinenij AIIBVI. — M: Nauka, 1986. — 319 p. 3. Brus V. V., Ilaschuk M. I., Kovalyuk Z. D., Mar’yan chuk P. D., Ul’yanickij K. S., Gri- cyuk B. N. Mehanizmy tokoperenosa v ani- zotipnyh geteroperehodah n-TiO2/p-CdTe. // FTP. — 2011. — Vol. 45, No. 8. — P. 1109– 1113. 4. Korbutyak D. V., Mel’nichuk S. V., Kor- but Є. V., Borisik M. M. Telurid kadmіyu і do mіshkovo-defektnі stani ta detektornі vla- stivostі. — K: Іvan Fedorov, 2000. — 198 p. 5. Bubnov Yu. Z., Lur’є M. S., Staros F. G., Fila- retov G. A. Vakuumnoe nanesenie plenok v kva zizamknutom obeme. — L: Energiya, 1975. — 161 p. 6. Kalinkin I. N., Aleskovskij V. B., Simash- kevich A. V. Epitaksial’nye sloi soedinenij AIIBVI. — L: Izd-vo LGU, 1978. — 235 p. 7. Freїk D. M., Gorіchok І. V., Sokolov O. L., Potyak V. Yu. Tehnologіchnі aspekti osad- zhennya plіvok CdTe metodom garyachoї stіnki // FHTT. — 2011. — Vol. 12, No. 1. — P. 89–94. 8. Bilevych Ye. O., Boka A. I., Darchuk L. O., Gumenjuk-Sichevska J. V. et al. Properties of CdTe thin films prepared by hot wall epitaxy // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2004. — Vol. 7, No. 2. — P. 129–132. 9. Kosyak V., Opanasyuk A. Yavischa perene sen- nya ta osadzhennya u razі oderzhannya plі vok CdTe metodom kvazіzamknenogo ob’є mu // Vіsnik L’vіv. un-tu. Serіya fі zichna. — 2008. — Vol. 41. — P. 117–124. 10. Major J. D., Treharne, R. E., Phillips, L. J., & Durose, K. A low-cost non-toxic post-growth activation step for CdTe solar cells // Nature. — 2014. — Vol. 511, No. 7509. — P. 334–337. 11. Paudel N. R., Wieland K. A., Compaan A. D. Ultrathin CdS/CdTe solar cells by sputtering // Solar Energy Materials and Solar Cells. — 2012. — Vol. 105. — P. 109–112. 12. Lin T., Huang F., Liang J., Wang Y. A facile preparation route for boron-doped graphene, and its CdTe solar cell application // Energy & Environmental Science. — 2011. — Vol. 4, No. 3. — P. 862–865. 13. Gloeckler M., Sankin I., Zhao Z. CdTe solar cells at the threshold to 20 % efficiency // Pho- tovoltaics, IEEE Journal of. — 2013. — Vol. 3, No. 4. — P. 1389–1393. 14. Colletti L. P., Stickney J. L. Optimization of the growth of CdTe thin films formed by electrochemical atomic layer epitaxy in an automated deposition system // Journal of the Electrochemical Society. — 1998. — Vol. 145, No. 10. — P. 3594–3602. 15. Moutinho H. R., Moutinho H. R., Hasoon F. S., et al. Investigation of polycrystalline CdTe thin films deposited by physical vapor deposition, close-spaced sublimation, and sputtering // Journal of Vacuum Science & Technology A. — 1995. — Vol. 13, No. 6. — P. 2877–2883. 16. Pandey S. K. Tiwari, U., Raman, R. et al. Growth of cubic and hexagonal CdTe thin films by pulsed laser deposition // Thin Solid Films. — 2005. — Vol. 473, No. 1. — P. 54–57. 17. Luschitz J. Siepchen B., Schaffner J.,et al. CdTe thin film solar cells: Interrelation of nucleation, structure, and performance // Thin Solid Films. — 2009. — Vol. 517, No.7. — P. 2125–2131. 18. Fthenakis V. Sustainability of photovoltaics: The case for thin-film solar cells // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2009. — Vol. 13, No. 9. — P. 2746–2750. 19. Singh R. R., Painuly D., Pandey R. K. Synthesis and characterization of electrochemically deposited nanocrystalline CdTe thin films // Materials Chemistry and Physics. — 2009. — Vol. 116, No.1. — P. 261–268. 20. Shaaban E. R., Afify N., El-Taher A. Effect of film thickness on microstructure parameters and optical constants of CdTe thin films // Journal of Alloys and Compounds. — 2009. — Vol. 482, No.1. — P. 400–404. 21. Salіj Ya. P., Freїk D. M., Bilіna І. S., Ga- luschak M. O. Kristalografіchnij ta orієn tacіjnij harakter nanokristalіtіv u ton koplіvkovih kondensatah PbTe-Bi2Te3 na sitalі // Zh. nano- elektron. fіz. — 2015. — Vol. 7, No. 2. — P. 02020-1– 02020-8. 22. Bilіna І. S. Mehanіzmi strukturoutvorennya ta termoelektrichnі vlastivostі parofaznih kondensatіv tverdogo rozchinu PbTe-Bi2Te3 na sitalі // FHTT — 2015. — Vol. 16, No. 1. — P. 83–92. 23. Ferreira S. O., Leal F. F, Faria T. E., Oli- veira J. E., Motisuke P. and Abramof E. Cha- racterization of CdTe Thin Films Grown on Glass by Hot Wall Epitaxy // Brazilian Journal Я. П. САЛІЙ, І. С. БИЛІНА, О. Л. СОКОЛОВ 51ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 1, vol. 1, No. 1 of Physics. — 2006. — Vol. 36, No. 2A. — P. 317–319. 24. Volkov S. V., Koval’chuk Є. P., Ogenko V. M., Reshetnyak O. V. Nanohіmіya, nanosistemi, nanomaterіali. — Kiїv: Naukova dumka, 2008. — 423 p. 25. Zimin. S. P., Gorlachev E. S. Nano strukturi- rovanye hal’kogenidy svinca: monografiya. — Yaroslavl’: YarGU, 2011. — 232 p. 26. Kukushkin S. A., Osipov A. V. Processy konden sacii tonkih plenok // UFN. — 1998. — Vol. 168, No. 10. — P. 1083–1116. 27. Osipov A. V. Kinetic model of vapour-deposited thin film condensation: nucleation stage // Thin Solid Films. — 1993. — Vol. 227, No. 2. — P. 111–118. 28. Dubrovskij V. G., Cyrlin G. E. Kinetika rosta tonkih plenok pri zarodyshevom mehanizme formirovaniya sloev // FTP. — 2005. — Vol. 39, No. 11. — P. 1312–1319. 29. Ostwald W. «Uber die Vermeintliche isometric das raten undgelben Quecksilberxyds und die oberflachenspannung fester Korper» // Js. Physics Chemistry. — 1900. — Vol. 34. — P. 495–503. 30. Lifshic I. M., Slezov V. V. O kinetike diffu- zionnogo raspada peresyschennyh tver dyh rastvorov // ZhETF. — 1958. — Vol. 35, No. 2. — P. 479–487. 31. Wagner C. Theorie der Alterung von Nider- schlagen durch Umlösen (Ostwald Reifung) // Zs. Electrochem. — 1961. — B. 65, M. 7/8. — P. 581–591. 32. Vengrenovich R. D., Іvans’kij B. V., Moska- lyuk A. V. Do teorії Lіfshica-Sl’ozova-Vag- nera. // FHTT. — 2009. — Vol. 10, No. 1. — P. 19–30.

Поверхневі наноструктури конденсату CdTe на склі та ситалі

Institution

Ähnliche Einträge