close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14091

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.02.28
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01N 27/04
G 03C 8/02
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КВАНТОВОГО ВЫХОДА ИОНОВ
МЕТАЛЛА В ПОЛУПРОВОДНИК В СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЕ ПОЛУПРОВОДНИК-МЕТАЛЛ
(21) Номер заявки: a 20080667
(22) 2008.05.26
(43) 2009.12.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Брестский государственный университет имени А.С.Пушкина" (BY)
(72) Автор: Костко Владимир Семенович (BY)
BY 14091 C1 2011.02.28
BY (11) 14091
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Брестский государственный
университет имени А.С.Пушкина" (BY)
(56) ПРОХОРОВ А.М. Физическая энциклопедия. - Москва // Большая Российская энциклопедия. - 1998. - Т.5. С.364-367.
SU 886623 A, 1983.
SU 1074336 A, 1985.
JP 2006125940 A, 2006.
(57)
Способ определения квантового выхода ионов металла в полупроводник в светочувствительной системе полупроводник-металл, заключающийся в том, что последовательно
наносят напылением на диэлектрическую подложку слой металла в виде полоски-змейки
толщиной 200 нм и слой полупроводника толщиной 50-150 нм, измеряют сопротивление
слоя металла до облучения системы полупроводник-металл Ro, экспонируют систему полупроводник-металл ультрафиолетовым или видимым светом, измеряют энергию, поглощенную системой полупроводник-металл, для определения числа фотонов n, измеряют
сопротивление слоя металла после облучения системы полупроводник-металл Rt, определяют квантовый выход ионов металла в полупроводник η из выражения:
dN A DHb
N
,
η= =
n


R ob
nµ 1 +

 B(R t − R o ) 
где N - число ионов металла, диффундировавших из слоя металла в полупроводник;
d - плотность металла;
NA - число Авогадро;
BY 14091 C1 2011.02.28
D - ширина полоски металла;
Н - толщина полоски металла;
b - длина облучаемого участка;
µ - молекулярный вес металла;
B - общая длина полоски металла.
Предложенный способ определения квантового выхода ионов металла в полупроводник в светочувствительной системе полупроводник-металл может найти практическое
применение в фотолитографии, оптотехнике фотокатодов и систем полупроводникметалл.
Светочувствительная система полупроводник-металл представляет собой неравновесную систему. Компонентами такой неравновесной системы являются взаимодействующие между собой слои полупроводника, металла и атмосфера. Это
взаимодействие, лежащее в основе фотографической чувствительности систем полупроводник-металл, проявляется во взаимном переносе ионов из металлического и полупроводникового слоев с последующим их химическим взаимодействием. Таким образом,
при облучении системы полупроводник-металл фотоактивным светом происходит взаимная диффузия ионов металла и полупроводника [1-5]. Для количественной оценки фотохимических превращений, происходящих в системе полупроводник-металл,
необходимо определить квантовый выход ионов металла в полупроводник светочувствительной системы. Квантовый выход, являясь важной характеристикой фотохимической реакции, отражает соотношение прореагировавших атомов (ионов) и поглощенных
фотонов.
Известен метод определения квантового выхода ионов металла в полупроводник, базирующийся на зависимости удельного сопротивления тонких (5-30 нм) слоев металла от
толщины [4]. В нем из экспериментально построенной зависимости удельного сопротивления от толщины металлического слоя p(d) определялась толщина фоторастворенного в
As2S3 слоя Ag, соответственно и количество диффундировавших ионов серебра. Основным недостатком предложенного способа является нелинейная (экспоненциальная) зависимость удельного сопротивления металла от толщины слоя, что сопряжено с большими
погрешностями, особенно при возрастании толщины металлического слоя, и значительными временными затратами при построении экспериментальной зависимости p(d). Метод не применим в случае больших толщин металла, для которых удельное сопротивление
металла, являясь неизменным, не зависит от толщины металла.
Отличительная особенность предлагаемого способа от прототипа [4] состоит в том,
что предложено аналитическое выражение для квантового выхода, зависящее от сопротивления металлического слоя. Металлический слой системы берется заведомо большой,
чтобы его физические характеристики (электрическое сопротивление) соответствовали
характеристикам массивного (толстого) металла. Измерение изменения сопротивления,
обусловленного "утоньшением" металлического слоя за счет ионов, диффундировавших
под действием света в полупроводник, выполняется непосредственно в процессе облучения системы традиционным (электрическим) методом. Квантовый выход светочувствительной системы определяется соотношением:
N
η= ,
(1)
n
где N - число ионов, диффундировавших из металла в полупроводник под действием поглощенных фотонов; n - число квантов света, поглощенных исходным веществом [6, 7].
Число квантов света n, поглощенных системой полупроводник-металл на данной
длине волны, определяется с помощью калиброванного фотоприемника по поглощенной
2
BY 14091 C1 2011.02.28
системой полупроводник-металл энергии, которая рассчитывается по величине падающей
энергии за вычетом отраженной и прошедшей энергий.
Таким образом, определение η сводится к определению N.
До облучения системы фотоактивным светом сопротивление металлической змейки 3
(фигура)
Ro = p
B
,
D⋅H
(2)
где p - удельное сопротивление металла, B - общая длина металлической полоски; D - ширина, H - толщина полоски.
При облучении системы полупроводник-металл происходит диффузия атомов (ионов)
металла из металлического слоя 3 в слой полупроводника 2. Экспериментально обнаружено, что проводимость чистого и легированного частицами металла полупроводника
значительно ниже проводимости оставшегося металлического слоя. Легко показать, что
сопротивление металлического слоя после облучения системы
B(H − h ) + b ⋅ h
,
(3)
D ⋅ H(H − h )
где h - эффективная глубина облучаемого участка; H, b - толщина металлического слоя и
длина облучаемого участка.
Эффективная глубина h - это глубина металлического слоя, на которой образовались
непроводящие продукты реакции. Как следует из выражений (2) и (3),
H
.
h=
b ⋅ Ro
(4)
1+
B(R t − R o )
В свою очередь, число ионов металла, диффундировавших из области облучаемого
участка в полупроводник,
d⋅h⋅D⋅b
d ⋅ NA ⋅ D ⋅ H ⋅ b
N=
⋅ NA =
,
µ

Ro ⋅ b 
(5)
µ 1 +

 B(R t − R o ) 
где d, µ - плотность и молекулярный вес металла соответственно; NA - число Авогадро.
Как следует из выражения (5), значение N явно не зависит от эффективной глубины h,
удельного сопротивления p, и поэтому отпадает необходимость в их определении - достоинство метода.
Пример
Система полупроводник-металл изготавливается последовательным термическим
напылением в вакууме (10-5 мм рт. ст.) на диэлектрическую подложку 1 с токоподводящими серебряными контактами 4 через трафарет металлического слоя в виде полоскизмейки 3 шириной полоски D = 0,25 мм и общей длиной B = 92,5 мм (толщиной до
200 нм) и полупроводникового слоя 2 (толщиной 50-150 нм) (фигура). Величина сопротивления металлической полоски-змейки зависит от условий напыления (толщины змейки), рода металла и при комнатных температурах изменяется в пределах от 60 Ом для
серебра до 300 Ом для олова. Облучение исследуемых систем SnI2-металл осуществляется
в центральной части змейки монохроматическим светом с λ = 450 нм через экран с прямоугольным вырезом размером 20×5 мм2 таким образом, чтобы световое пятно с равномерной освещенностью полностью перекрывало полоску-змейку по ширине. Измерение
сопротивления металлической полоски-змейки осуществляется следующим образом. Для
предотвращения не связанных с облучением необратимых изменений сопротивления металлического слоя за счет электролиза в измерительном устройстве используются соединенные параллельно генератор и вольтметр переменного тока [8]. Вызванное облучением
увеличение сопротивления металлического слоя регистрируется вольтметром переменноRt = p
3
BY 14091 C1 2011.02.28
го тока по увеличению падения напряжения переменного тока на нем. Плотность тока
поддерживается на уровне 0,4 А/мм2. Облучение системы SnI2-Ag фотоактивным светом с
длиной волны 450 нм в течение 5 мин приводит к поглощению системой энергии
3,27⋅1016 эВ. При этом происходит диффузия в слой полупроводника (как это следует из
выражения (5)) 9,5⋅1014 ионов Ag. Следовательно, квантовый выход ионов Ag в слой SnI2
оказался равным 0,08 (8 %).
Точность определения N, a следовательно, и η, как следует из выражения (5), зависит
в основном от точности измерения сопротивлений R0, Rt и геометрических размеров B, b.
Если B и b измерены с точностью до 0,1 мм, а R0 и Rt - до 0,5 Ом, погрешности, вносимые
в N, соответственно составляют ∆NB,b = 0,3 % и ∆NR0Rt = 5 %. Таким образом, уменьшить
погрешность определения N можно путем повышения точности измерения сопротивлений
R0 и Rt.
Технико-экономические преимущества предлагаемого способа в сравнении с прототипом заключаются в повышении точности измерений, экономии энергетических и временных затрат, необходимых для реализации способа, обусловленных простотой измерения
сопротивления, отсутствием необходимости определения удельного сопротивления и
толщины металлического слоя, уменьшением числа операций обработки результатов.
Источники информации:
1. Костышин М.Т., Михайловская Е.В., Романенко П.Ф. Об эффекте фотографической
чувствительности тонких полупроводниковых слоев, находящихся на металлических подложках // ФТТ. - 1966. - 8. - 4. - 571-572.
2. Migration of silver and gold in amorphous As2S3 / Buroff A., Nebauer E., Süptitz P.,
Willert I // Phys. status solidi A. - 1977. - 40. - 1. - 195-198.
3. Костко В.С., Костко О.В., Маковецкий Г.И., Янушкевич К.И. Светочувствительность тонкопленочной структуры SnI2-Sn-стекло и фазовый состав структуры SnI2-Cdстекло // Весцi Акад. навук Беларусі, Сер. фіз.-мат. навук. - 2001. - № 1. - С. 103-106.
4. Goldschmidt D., Rudman P.S. The kinetics of photodissolution of Ag in amorphous As2S3
films // J. Non-cryst. solids. - 1976. - 22. - 2. - 229-243.
5. BY 8800 C1, 2006.
6. Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений. - Л.: Наука, 1967. - 616 с.
7. Калверт Дж., Питтс Дж. Фотохимия. - М.: Мир, 1968. - 672 с.
8. BY 3673 C1, 2000.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
89 Кб
Теги
by14091, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа