CC BY
21Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области
2. Мамаев А. И., Мамаева В. А. Сильнотоковые процессы в растворах электролитов. Новосибирск : СО РАН, 2005. 255 с.
3. Зиновьев В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах : справ. изд. М. : Металлургия, 1989. 384 с.
4. Физические величины : справочник / под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова М. : Энергоиздат, 1991. 1232 с.
References
1. Mamaev A. I., Mamaeva V. A., Dorofeeva T. I., & Borikov V. N. Formation of nanostructured inorganic
non-metallic coatings by localization of high flows at the interface. Publ TomSU, 2010, 360 p.
2. Mamaev A. I., & Mamaeva V. A. High current microplasma processes. Novosibirsk, SB RAS, 2005, 255 p.
3. Zinoviev V. E. Thermophysical properties of metals at high temperatures. (Reference publication). Moscow, Metallurgy, 1989, 384.
4. Directory "Physical quantities" // In Grigorev I. S. & Meilihov E. Z. (Eds.). Moscow, Energoatomizdat, 1991, 1232 p.
© Константинова Т. А., Мамаев А. И., Мамаева В. А., 2014
УДК 539.25
ОСОБЕННОСТИ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В СУЛЬФИДЕ ЦИНКА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЕГО В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ
Ю. Ю. Логинов1, А. В. Мозжерин2
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-шаП: [email protected]
2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 Е-шаЛ: [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.
THE STRUCTURAL DEFECT FORMATION IN ZINC SULFIDE USED IN SPACE TECHNOLOGY
Yu. Yu. Loginov1, A. V. Mozzherin2
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation Е-mail: [email protected] 2Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. Е-mail: [email protected]
The specific features of 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 it 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 (2пБ), входящий в класс полупроводников - важный материал в космической технике. Он применяется 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. Формирование структурных дефектов в полупроводниках сульфида цинка происходит в процессе выращивания, последующих обработок и легирования. Легирование необходимо,
Решетневскуе чтения. 2014
чтобы получить низкоомные полупроводники, показывающие п- или р-тип проводимости. Однако это сопровождается рядом трудностей из-за эффекта автокомпенсации. Для снижения удельного сопротивления 2п8 необходимо проводить отжиг материала в цинковой атмосфере после легирования. Это приводит к заполнению вакансий 2п и, следовательно, снижению концентрации акцепторов. Отжиг в цинковой атмосфере может приводить к образованию и распространению примесных преципитатов и развитию дефектной сети [1].
Результаты данных исследований формирования дефектов в 2п8 показали, что после выращивания или после отжига в вакууме легирующая примесь находится в решетке матрицы 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 2п легирующая примесь вытесняется ато-
Полученные значения «критического» радиуса дислокационных петель подтверждаются экспериментальными результатами, полученными методами просвечивающей электронной микроскопии. Установлено, что в сульфиде цинка, имеющем самое низкое значение ЭДУ среди полупроводников Л2Б6, установлены самая высокая плотность и разнообразие структурных дефектов, а размеры дислокационных петель могут достигать значений на несколько порядков превышающих 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.
мами цинка из узлов в междоузлия, что обусловливает миграцию индия или галлия, используемых как легирующая 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, авторы рассчитали критические радиусы дислокационных петель в полупроводниковых материалах [2]. Результаты расчетов критических радиусов дислокационных петель в 2п8 представлены ниже (см. таблицу).
Библиографические ссылки
1. Логинов Ю. Ю., Браун П. Д., Дьюроуз К. Закономерности образования структурных дефектов в полупроводниках А2В6. М. : Логос, 2003. 304 с.
2. Логинов Ю. Ю., Мозжерин А. В., Брильков А. В. Зависимость критического радиуса частичных дислокационных петель от энергии дефекта упаковки в полупроводниках // ФТТ. 2014. Т. 56, вып. 4. С. 692-694.
References
1. Loginov Yu. Yu., Brown P. D., Durose K. The structural defect formation in А2В6 semiconductors // Moscow : Logos, 2003. 304 p.
2. Loginov Yu. Yu., Mozzherin A. V., Brilkov A. V. Dependence of the critical radius of partial dislocation loops on the stacking fault energy in semiconductors // FTT. 2014, vol. 56, по. 4, р. 692-694.
© Логинов Ю. Ю., Мозжерин А. В., 2014
Параметры кристаллов сульфида цинка и критического радиуса перехода частичных дислокационных петель в полные
Материал Параметр решетки, нм Коэффициент Пуассона Модуль сдвига, ГПа ЭДУ, мДж/м2 «Критический» радиус дислокационных петель, нм
Классическая модель с учетом дислокаций Шокли
ZnS 0,541 0,38 21,7 5-6 110-136
0,28 26,3 82-101
