ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОНКИХ ПЛЕНОК СУЛЬФИДОВ КАДМИЯ И СВИНЦА

, ,

Саратовский государственный университет им.

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.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

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 пиками Iдлинноволн./Iкоротковолн.

Коротковолновая граница длинноволнового пика, нм

Длина волны, соответствующая основному пику ФЛ

до элек­тронного облуче­ния

после элек­трон­ного облу­чения

до электрон­ного облуче­ния

после элек­тронного об­лучения

до элек­тронного облучения

после элек­трон­ного об­лучения

1.(х=0)

4

1,4

577

567

504

500

2.(х=0,05)

2,2

1

567

542

503

504

3.(х=0,125)

0,6

1,2

542

541

506

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 (λmax 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 № -мол_а)

Библиографический список

1. , Маскаева периода кристаллической решетки и состава химически осажденных пленок твердых растворов замещения: методические указания к лабораторной работе. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 20с.

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. , . 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

– к. ф.-м. н, доцент кафедры материаловедения, технологии и управления качеством СГУ им. ,

– ассистент кафедры материаловедения, технологии и управления качеством СГУ им. , г., *****@***com , тел.

– аспирант кафедры физики полупроводников СГУ им. , дата рождения: 4.07.1990г.

– аспирант кафедры материаловедения, технологии и управления качеством СГУ им. , г.

Вид доклада: стендовый