CC BY
50
4. Добролеж С.А., Зубкова С.Н., Кровец В.А. и др. Карбид кремния. Киев.: ГИТЛ
УССР, 1963.314 с. . ' -
5. Беленков Е.А., Тюменцев В.А., Фотиев А.А. Кристаллообразование на начальных стадиях взаимодействия в системах С-81, С-БьСи, С-БьА! // Неорган. материалы. 1997. Т. 33, №3. С. 324.
6. Тарабанов А.С., Поляков В.А.; Бобковский В.Н. Плотность и состав силициро-ванного графита в зависимости от пористости реагирующего с кремнием углерода // Структура и свойства углеродных материалов. М.: Металлургия, 1984. С. 42.
ТВЕРДОФАЗНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ГРУППЫ АШВУ, ПОДВЕРГНУТЫХ ИМПУЛЬСНОМУ ЛАЗЕРНОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ
Т.М. Артыков, Н.В. Бетина, Ш.Ш. Ягафаров, К.К. Джаманбалин
Методом растровой электронной микроскопии исследована поверхность полупроводников типа АШВУ, подвергнутых импульсному лазерному облучению. Показано, что импульсное лазерное облучение малой мощности приводит к деградации поверхности полупроводников и выделению на ней значительного количества А-компоненты при температурах ниже температуры плавления.
Импульсное лазерное облучение (ИЛО) большой мощности способно существенно изменять свойства полупроводниковых материалов. В литературе широко представлены исследования по воздействию импульсного лазерного излучения на элементарные полупроводники, такие, как кремний и германий [1]. Процессы, происходящие под действием импульсов лазерного излучения в сложных полупроводниках, в частности в бинарных соединениях АШВУ, изучены недостаточно. Известные в литературе исследования, выполненные со сложными полупроводниками, в основном посвящены воздействию на них излучения, энергия которого (\\0 превышает порог плавления материалов (\У > \У„) [2].
Излучение меньшей мощности, не вызывающее плавления бинарных полупроводников типа АШВУ, также способно значительно изменять их свойства. Причиной изменения свойств может быть твердофазное разложение последних при температурах ниже температуры плавления. Впервые возможность такого твердофазного разложения соединений группы АШВУ была высказана в работе [3] и частично исследована в [4].
В настоящей работе предполагалось исследовать поверхность кристаллов ваР, 1пР, подвергнутых ИЛО с энергией (\У < \У„). В качестве материалов исследований были выбраны кристаллы ваР и 1пР, выращенные по методу Чохральско-го. Образцы в виде пластин толщиной 0.5 - 1.3 мм подвергались шлифовке и химико-динамической полировке. Непосредственно перед лазерным воздействием
пластины однократно промывались в спирте, двукратно в трихлорэтилене и в деионизированной воде. ИЛО проводилось на воздухе при комнатной температуре УА6:Ш3+ лазером типа ЛТИ - 411 (длина волны лазерного излучения X = 1064 нм, длительность имцульса 1 = 20 не, частота повторения импульсов £ = 1 Гц ), Еремя облучения составляло 60 мин. Изучение поверхности полупроводников, подвергнутых ИЛО, проведали на растровом электронном микроскопе РЭМ - 100У.
Воздействие лазерного излучения на образцы ваР и 1пР приводит к деградации поверхности полупроводников, напоминающей металлизацию, которая наблюдалась визуально и при рассмотрении в оптический микроскоп. После травления образцов в 10%-м растворе НС1 металлический блеск поверхности уже не наблюдался, что, видимо, связано со способностью НС1 избирательно растворять металлы ва и 1п, не затрагивая при этом их соединений ваР и 1пР.
Электронно-микроскопические исследования показали, что характер лазерных повреждений оказался несколько различным у кристаллов ваР и 1пР. На фосфиде индия металлический слой был ровным, с четко выраженной границей (участок А на рис. 1). Граница была представлена скоплением мелких каплевидных выделений металла (рис. 2,а). В центральной области зон воздействия (участок В на рис. 1) наблюдалось значительное вьщеление металлической фазы (рис. 2,6). На фосфиде галлия металлический галлий выделился в виде островков различной площади (рис. 2,в), в центральных областях зон воздействия на фосфиде галлия также было отмечено значительное вьщеление металлической фазы, и эти области были сходными по своей струюуре со структурой фосфида индия. Образовавшаяся на поверхности полупроводников металлическая фаза имеет явный положительный рельеф (возвышается над поверхностью кристаллов) вследствие того, что удельный объем металла больше, чем удельный объем соединения.
Рис.1. Электронно-микроскопическое изображение поверхности 1пР после импульсного лазерного облучения
Рис.2. Электронно-микроскопическое изображение поверхности кристаллов после импульсного лазерного облучения: а, б - 1пР, в - ваР
Различия в характере металлизации поверхностей исследуемых материалов могут быть обусловлены разницей коэффициентов поглощения лазерного излучения, которая достигает нескольких порядков на данной длине волны. Центрами твердофазного разложения полупроводников, скорее всего, являются дефекты кристаллов, что подтверждают микрофотографии поверхности (ЗаР (рис. 2,в).
В соответствии с методикой, предложенной в [1], была проведена оценка температуры, до которой нагреваются кристаллы во время облучения. Температура не достигала 300 С0, что существенно ниже температуры плавления фосфидов галлия и индия. Можно предположить, чш причиной твердофазного разложения материалов при температурах ниже температуры плавления было не только тепловое воздействие лазерного излучения, но и взаимодействие световой волны с электронной подсистемой кристаллической решетки. На поверхности полупроводников могла образоваться электронно-деформационно-тепловая неустойчивость (ЭДГН) вследствие изменения ширины запрещенной зоны при деформации (в результате нагрева поверхностного слоя кристаллов) и генерации неравновесных носителей зарядов.
По результатам проведенных исследований можно сделать выводы:
1. Воздействие ИЛО с энергией ( ) способно приводить к твердофаз-
ному разложению полупроводников тага АШВУ с выделением значительного количества А-компоненгы на поверхности.
2. Благодаря низкому электрическому и тепловому сопротивлению полученные структуры металл-полупроводник могут найти применение в технологии производства полупроводниковых приборов
Список литературы
1. Аверьянова М.Ю., Карпов С.Ю. // ФТГ. 1990. Т.32, №.2. С.548.
2. Карпов С.Ю., Ковальчук Ю.В., Погорельский Ю.В. //ФТП. 1986. Т.20, №11. С. 1945.
3. Джаманбалин К.К., Дмитриев А.Г., Сокол-Номоконов Э.Н., Уханов Ю.И.
//ФОМ. 1990. Т.20, №2.С,223.
4. Дмитриев А.Г. // ФТП. 1993. Т.27, №4. С.583.
