Дефектообразование в сульфиде цинка Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 539.25

ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ В СУЛЬФИДЕ ЦИНКА

А. В. Мозжерин

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Е-mail: [email protected]

Рассмотрены особенности дефектообразования в сульфиде цинка (ZnS), который используется для создания люминофоров, полупроводниковых лазеров, а также для детекторов регистрации ионизирующего излучения. Однако данный материал имеет невысокое значение энергии дефекта упаковки (ЭДУ), что говорит о быстром росте дефектной сети и деградации материала при работе в неблагоприятных условиях.

Ключевые слова: сульфид цинка, полупроводниковые материалы, просвечивающая электронная микроскопия.

DEFECT FORMATION IN ZINC SULFIDE

A. V. Mozzherin

Siberian Federal University 79, Svobodnii pr., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Е-mail: [email protected]

The structural defect formation in zinc sulfide (ZnS) used to create luminophores, semiconductor lasers and detectors for registration of ionizing radiation are discussed. However this material has a low value of the stacking fault energy (SFE) and indicates the rapid growth of the defect network and material degradation when operating in adverse conditions

Keywords: zinc sulfide, semiconductor materials, transmission electron microscopy.

Сульфид цинка (ZnS) применяется для создания люминофоров, полупроводниковых лазеров, а также для детекторов ионизирующего излучения, что важно для космической техники. Однако данный материал имеет невысокое значение энергии дефекта упаковки (ЭДУ), что говорит о быстром росте дефектной сети и деградации материала при работе в неблагоприятных условиях, например, при облучении [1; 2]. Формирование структурных дефектов в полупроводниках сульфида цинка происходит в процессе выращивания, последующих обработках и легировании [3].

Результаты данных исследований формирования дефектов в ZnS показали, что после выращивания или после отжига в вакууме легирующая примесь находится в решетке матрице в виде твердого раствора, а дефекты представляют собой ростовые дислокации и дефекты упаковки. Появление примесных преципитатов обнаружено только после отжига в атмосфере цинка. Это говорит о том, что в процессе отжига в атмосфере Zn легирующая примесь вытесняется атомами цинка из узлов в междоузлия, что обуславливает миграцию индия или галлия, используемых как легирующую примесь, на места нарушений структуры (например, дислокации или дефекты упаковки), где происходит распад пересыщенного твердого раствора и формирование преципитатов. Все это сопровождается трансформацией ростовых дислокаций и образованием дислокационных петель, что необходимо для снятия упругих напряжений в массиве кристалла.

Полученные результаты позволили установить зависимость параметров структурных дефектов в сульфиде цинка от ЭДУ. Особое внимание было обращено на радиусы дислокационных петель Франка и Шокли, так как они связаны со значением ЭДУ в материале. Вычислив значение ЭДУ, нами были рассчитаны критические радиусы дислокационных петель в полупроводниковых материалах.

Полученные значения «критического» радиуса дислокационных петель подтверждаются экспериментальными результатами, полученными методами просвечивающей электронной микроскопии.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

Установлено, что в сульфиде цинка, имеющим самое низкое значение ЭДУ среди полупроводников A2B6, установлена самая высокая плотность и разнообразие структурных дефектов, а размеры дислокационных петель могут достигать значений на несколько порядков превышающие аналогичные размеры в других материалах. Все это говорит о том, что использование приборов и устройств на основе сульфида цинка в космической технике осложняется высокой скоростью деградации материала из-за быстрого развития и эволюции дефектов в сульфиде цинка.

Библиографические ссылки

1. Логинов Ю. Ю., Браун П. Д., Дьюроуз К. Закономерности образования структурных дефектов в полупроводниках А2В6. М. : Логос, 2003. 304 с.

2. Loginov Y. Y., Brown P. D., Thompson N. TEM study of the interaction of sub-threshold electron beam induced defects in II-VI compounds // Physica Status Solidi. A: Applications and Materials Science. 1991. Vol. 127. P. 75-86.

3. Mullins J. T., Taguchi T., Brown P. D., Loginov Y. Y., Durose K. Growth and optical properties of CdS:(Cd,Zn)S strained layer superlattices // Japanese J. of Applied Physics. 1991. Vol. 30, № 11. P. L1853-L1856.

© Мозжерин А. В., 2016