ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОНКИХ ПЛЕНОК

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОНКИХ ПЛЕНОК
СУЛЬФИДОВ КАДМИЯ И СВИНЦА
С.В. Стецюра, П.Г. Харитонова, И.Ю. Стецюра, М.С. Буланов
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
E-mail: haritonovapg@gmail.com
Соединения AIIBVI являются перспективными материалами для
создания полупроводниковых приборов с улучшенными параметрами и
расширенными функциональными возможностями. Это связано главным
образом с тем, что соединения этой группы обладают различными
значениями ширины запрещенной зоны и образуют взаимные твердые
растворы, что позволяет варьировать их электрические, фотоэлектрические
и оптические свойства. Одним из наиболее значимых материалов этой
группы является сульфид кадмия (CdS). Многие практические задачи,
связанные с использованием соединений AIIBVI, требуют получения этих
материалов в виде тонких пленок до 1 -2 мкм толщиной. Тонкие пленки на
основе
CdS
являются
распространенными
люминофорами
и
фотопроводниками. В связи с этим в настоящее время уделяется большое
внимание изучению дешевых воспроизводимых методов получения тонких
пленок CdS-PbS, например, методом гидрохимического осаждения [1].
Целью данной работы является сравнительный анализ спектров
фотолюминесценции (ФЛ) пленок CdS и CdS-PbS, полученных методами
гидрохимического осаждения и термического испарения в вакууме для
установления возможной конкурентоспособности первого метода.
Необходимо отметить, что тонкие пленки, полученные термическим
испарением в вакууме достаточно хорошо изучены [2], в частности было
установлено, что данные пленки CdS-PbS
обладают высокой
радиационной стойкостью к электронному облучению, пониженной
фотоутомляемостью и проявляют эффект малых доз при облучении
электронами дозами до 109 рад.
В настоящей работе исследовались люминесцентные характеристики
поликристаллических пленок твердых растворов CdS-PbS при
соотношении компонент 9:1 и плёнок, исходная шихта которых содержала
«чистый» CdS:CuCl2, полученных методом термического испарения. Также
исследовались пленки твердых растворов CdS-PbS, полученных методом
гидрохимического осаждения, с разным процентным содержанием
компонент, причем для сравнительного анализа с образцами из первой
группы были выбраны пленки с содержанием 87,5% CdS, 12,5 % PbS и
образцы без PbS.
На рисунках 1 и 2 представлены спектры ФЛ для различных составов
образцов, полученных методом гидрохимического осаждения, до и после
электронного облучения. В таблице 1 представлены параметры,
характеризующие длину волны основного пика ФЛ до и после
электронного облучения, а также изменение соотношения интенсивностей
основного пика и длинноволнового излучения, характеризующего
дефектность и степень кристалличности структуры образцов. Регистрация
спектров ФЛ проводилась спектрометром Solar-TII, являющимся частью
установки Ntegra Spectra (NT-MDT, Россия). ФЛ получали с помощью
возбуждения лазером с длинной волны 473 нм в течение 0,5 секунд,
мощность лазера соответствовала установленному фильтру 0,1 мВт.
Облучение электронами с энергией 3 кэВ для установления радиационной
стойкости образцов проводилось на установке Perkin-Elmer PHI 4300 при
наборе дозы облучения равной 109 рад.
Рис.1. Спектры ФЛ образцов Cd1-хPbxS до электронного облучения
Рис. 2. Спектры ФЛ образцов Cd1-хPbxS после электронного облучения
Табл.1. Параметры образцов Cd1-хPbxS до и после электронного облучения
Соотношение между
Коротковолновая
Длина волны,
пиками
граница
соответствующая
Iдлинноволн./Iкоротковолн.
длинноволнового
основному пику ФЛ
пика, нм
до
элек- после элек- до
тронного
тронного
электроноблучения облучения
ного
облучения
1.(х=0)
2.(х=0,05)
3.(х=0,125)
4
2,2
0,6
1,4
1
1,2
577
567
542
после элек- до элек- после электронного
тронного
тронного
облучения
облучения облучения
567
542
541
504
503
506
500
504
505
4.(х=0,175)
0,85
1,1
544
539
505
504
Как видно из таблицы 1, после электронного облучения на образцах
с включениями PbS произошло незначительное изменение диапазона
чувствительности и длины волны максимума основного пика ФЛ (λ max
сдвинулась в коротковолновую область на 1 нм). На образцах без PbS
после облучения λmax сдвинулась в коротковолновую область на 4 нм.
Спектральные характеристики образцов, полученные методом
термического испарения, для сравнения их радиационной стойкости с
исследуемыми образцами были взяты из работы [2]. В данной работе было
показано, что на образцах с PbS после облучения электронами длина
волны, на которой наблюдался максимум ФЛ осталась неизменной (λmax
=575 нм), в то время как на образцах без узкозонной компоненты
произошло резкое уменьшение длины волны, соответствующей основному
пику ФЛ (λmax сдвинулась в коротковолновую область на 20 нм). Доза и
параметры электронного облучения соответствовали проведенному нами
эксперименту.
Меньшая радиационная стойкость «чистого» CdS, полученного
термическим испарением, связана с тем, что при гидрохимическом
осаждении получаются структуры с более высокой разупорядоченностью,
так как образование пленки происходит на воздухе, в результате чего
образуется большее количество дефектов, в том числе, центры, связанные
с кислородом. Для образцов CdS-PbS, полученных методом термического
испарения в вакууме, не наблюдается преобладания длинноволнового пика
над основным в отличии от спектров ФЛ образцов, полученных методом
гидрохимического
осаждения,
что
подтверждает
меньшую
разупорядоченность структур, полученных термическим испарением.
Известно, что, степень структурного совершенства материала влияет на
его радиационную стойкость: если структура сильно разупорядочена
(состояние ближе к аморфному или криптокристаллическому), то
характеристики образцов меняются незначительно. Это объясняет
полученные результаты для «чистого» CdS. Чуть меньшая радиационная
стойкость CdS-PbS , полученного гидрохимическим осаждением, может
быть объяснена образованием оксидных прослоек [3], затрудняющих
эффективный сток дефектов в узкозонную фазу. Таким образом можно
утверждать, что с точки зрения радиационной стойкости к электронному
облучению метод гидрохимического осаждения является перспективным.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 14-02-31089мол_а)
Библиографический список
1. Марков В.Ф., Маскаева Л.Н. Определение периода кристаллической решетки и
состава химически осажденных пленок твердых растворов замещения: методические
указания к лабораторной работе. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2005. - 20 с.
2. Rokakh A.G., Stetsyura S.V., Trofimova N.B., Elagina N.V. Stabilizing effect of doping
with PbS on properties of CdSxSe1-x wide-gap photoconductors // Inorganic Materials. 1999,
Т. 35, № 5. - P. 452-454.
3. Маляр И.В., Стецюра С.В.. Влияние морфологии и состава фаз поверхности на
радиационную стойкость гетерофазного материала CdS-PbS // Физика и техника
полупроводников. 2011, Т. 45, вып. 7. - С. 916-922
Сведения об авторах
Стецюра Светлана Викторовна – к.ф.-м.н, доцент кафедры
материаловедения, технологии и управления качеством СГУ им. Н.Г.
Чернышевского, дата рождения: 27.09.1966
Харитонова Полина Геннадьевна– ассистент кафедры материаловедения,
технологии и управления качеством СГУ им. Н.Г. Чернышевского, дата
рождения: 18.02.1990г., haritonovapg@gmail.com , тел.89063172139
Стецюра Инна Юрьевна – аспирант кафедры физики полупроводников
СГУ им. Н.Г. Чернышевского, дата рождения: 4.07.1990г.
Буланов Михаил Сергеевич – аспирант кафедры материаловедения,
технологии и управления качеством СГУ им. Н.Г. Чернышевского, дата
рождения: 22.03.1989г.
Вид доклада: стендовый