Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [ 31 ] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

в начале испарения, Big BiX - в конце. Значительная инконгруэнтность испарения халькогенидов висмута затрудняет количественную оценку температурной зависимости давления паров.

Испарение теллурида сурьмы из твердого и жидкого состояний также имеет инконгруэнтный характер, хотя при сублимации степень инконгруэнтности невелика [123, 124]. Состав паровой фазы,, парциальные давления отдельных молекулярных форм и общее давление паров теллурида сурьмы приведены в табл. 9.

Таблица 9.

Парциальные давления молекулярных форм паров теллурида сурьмы [125] при различных температурах (в Па 10)

Температура, °С

SbTe

Sb,Te,

Температура. «С

SbTe

SbiTCg

Инконгруэнтный характер испарения халькогенидов висмута и сурьмы может приводить к значительным изменениям состава и электрических свойств пленок на основе этих материалов во время термического напыления, если не принять специальные меры для стабилизации состава пленок (см. разд. 2.1).

В [126, 127] выполнены исследования особенностей лазерного испарения халькогенидов висмута и сурьмы. Наряду с наблюдаемыми при обычном испарении молекулами в паровой фазе были обнаружены новые молекулярные формы типа МоэХ, {у = 1, 2, 3, 4; Me = Bi, Sb; X = Те, Se), а также ВцХ, В [126, 127] отмечается, что при плотности потока энергии излучения 10Вт/см пары, покидающие поверхность испарения со скоростью 10*- 10 см/с, создают в зоне испарения противодавление, достигающее 10-10* Иа при температурах свыше 4000° С (подробнее об условиях лазерного напыления см. [128]). В таких условиях исследуемые соединения находятся в критическом состоянии, для которого исчезает различие между свойствами жидкости и пара, т. е. наблюдаемые формы присущи структурным группам в расплавленных материалах. Тот факт, что эти формы не-образуются в паровой фазе, подтверждается сравнением с составом паров при раздельном лазерном испарении висмута и халь-когенов из двух тиглей-



2.4. Формирование пленок теллурида свинца при термическом напылении

Исследованию роста пленок теллурида свинца на гранях кристаллов щелочно-галоидных солей, слюде и изотропных подложках посвящено значительное число работ, связанных как с изучением принципиальных вопросов конденсации из паровой фазы» так и с задачами приготовления пленок для практических целей. Многие из результатов этих исследований обобщены в работах 169, 129, 130]. Эти результаты далее будут кратко освещены. Большая часть исследований роста пленок теллурида свинца от-иосится к термическому напылению в открытом вакууме. Специ-•фика роста пленок РЬТе в этих условиях - конденсация по механизму пар кристалл (ПК). Это связано с высокой упругостью паров теллурида свинца, приводящей к полному реиспарению пленки с подложки при температурах подложки меньших, чем температура перехода к механизму пар жидкость (кристалл) ПЖ [К] (температура перехода равна /3 температуры плавления [129]). В то же время при конденсации теллурида свинца методом газодинамического потока температура подложки может достигать значений, при которых реализуется механизм ПЖ [К].

Рост теллурида свинца на гранях кристаллов щелочно-га-лоидных солей. В [129, 131] показано, что эпитаксиальный рост пленок теллурида свинца на NaCl с ориентацией (001) РЬТе) (001) NaCl происходит путем перехода из одного квазиравновесного состояния в другое. На начальной стадии роста при температуре подложки 150° С и скорости конденсации 0,47 нм/с образуются тонкие прямоугольные кристаллы, обладающие большим избытком поверхностной энергии деформированной кристаллической решетки (постоянные решеток РЬТе и NaCl отличаются на 13%). Такая форма кристаллов объясняется преимущественным ростом их боковых граней за счет молекул, адсорбированных на поверхности подложки.

По мере роста при средней толщине пленки d 3,5 нм кристаллики начинали разрушаться (процесс автокоалесценции), приобретая более компактную округлую форму с последующими стадиями формирования пленки: а) рост отдельных частиц; б) коа-лесценция - слияние соседних частиц в одну с меньшим отношением площади поверхности к объёму, чем суммарное отношение для коалесцирующих частиц; в) повторная огранка частиц, соответствующая более равновесному состоянию, чем состояния пер-5воначально ограненных частиц.

Начало и продолжительность каждого этапа роста пленки зависят от скорости конденсации, температуры подложки и физических параметров пленки и подложки и, в свою очередь, определяют окончательную структуру пленки. Так, коалесценция про-тегает менее интенсивно при высоких температурах и скоростях конденсации, а также в случае конденсации материалов с высокой упругостью паров и большим давлением паров в тройной



точке (к таким материалам, в частности, относится теллурид свинца).

При этом за счет переноса вещества через паровую фазу и .путем поверхностной диффузии формируются частицы с атомарно-гладкой поверхностью, ограненные кристаллографическими плоскостями с малыми индексами [132]. Коалесценция таких частиц маловероятна. Как отмечается в [132], наиболее интенсивно протекает коалесценция частиц сферической или округлой форм с шероховатой поверхностью, покрытых слоем вещества, подобного жидкости.

В [129] рассматриваются следующие характерные последовательности отдельных стадий формирования пленки:

1. При малой скорости конденсации i; и низкой температуре подлфжки Тп (для РЬТе на NaCl Т < 220° С; < I нм/с) рост пленки происходит в условиях, далеких от равновесия. Возникает большое число неравновесных зародышей, которые контактируют между собой до завершения процесса автокоалесценции. В результате образуется пленка с несовершенной структурой и низкой подвижностью носителей.

2. При увеличении скорости конденсации до 1 нм/с продолжительность автокоалесценции Та сокращается (та 1/гк) и массовые контакты между частицами возникают после завершения этого процесса. Если при этом массовые контакты возникают до повторной огранки частиц, то происходит жидкоподобная коалесценция контактирующих частиц, протекающая без затраты энергии активации. В результате образуется пленка с совершенной монокристаллической структурой.

Узкая область скоростей конденсации и температур подложки, соответствующая жидкоподобной коалесценции, представляет практический интерес для препарирования пленок с совершенной структурой при относительно низких температурах конденсации, при которых в меньшей степени нарушается состав пленки из-за реиспарения легко летучих компонентов [129].

3. Дальнейшее повышение скорости конденсации и температуры подложки приводит к появлению массовых контактов частиц с незавершенной повторной огранкой. В результате образуется дефектная пленка, насыщенная микропорами.

4. При высоких скоростях конденсации {v > 1,5 нм/с) и температурах подложки {Та > 230° С) частицы успевают приобрести огранку до возникновения массовых контактов. Срастание таких частиц, имеющих форму, близкую к равновесной, происходит по механизму ПК без коалесценции, при котором образуется пленка с совершенной структурой.

5. Высокие температуры подложки Т 300° С в сочетании с малой скоростью конденсации {vi < 1 нм/с), способствующие интенсивному испарению дефектных и росту бездефектных участков пленки, также благоприятны для образования совершенной структуры (рост в условиях «обратимой конденсации»). Сходные

4 Заказ 569 97



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [ 31 ] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0015