close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15905

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15905
(13) C1
(19)
C 30B 23/06
C 30B 29/48
G 02B 1/10
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК
СЕЛЕНИДА ЦИНКА НА ПОРИСТОМ КРЕМНИИ
(21) Номер заявки: a 20101787
(22) 2010.12.10
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное
объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Постнова Лариса Ивановна; Левченко Владимир Иванович;
Барсукова Екатерина Леонидовна
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) ПОСТНОВА Л.И. и др. Актуальные
проблемы физики твёрдого тела:
Сборник докладов Международной
научной конференции. - Минск, 2009. Т. 2. - С. 27-29.
CHANG C.C. et al. // J. Mat. Sci. - 2001. V. 36. - P. 3801–3803.
JP 06291150 A, 1994.
RU 2046843 C1, 1995.
RU 2031986 C1, 1995.
BY 15905 C1 2012.06.30
(57)
Способ выращивания эпитаксиальных плёнок селенида цинка на пористом кремнии
путём термического испарения селенида цинка в вакууме из ячейки Кнудсена и напыления на кремниевые подложки со сформированным на рабочей поверхности слоем пористого кремния, отличающийся тем, что перед напылением подложки со слоем пористого
кремния подвергают отжигу в вакууме в течение 1-2 часов при температуре 350-400 °С.
Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в технологии изготовления оптоэлектронных приборов на основе эпитаксиальных пленок селенида цинка на кремниевых подложках.
Прямая эпитаксия селенида цинка на кремнии затруднена относительно большим несоответствием постоянных решетки селенида цинка и кремния (примерно 4 %). Одним из
способов решения этой проблемы является использование буфера, представляющего собой слой пористого кремния, сформированный в приповерхностной области кремниевой
пластины методом электрохимического травления.
Известен способ выращивания эпитаксиальных пленок селенида цинка на пористом
кремнии методом химического осаждения из паровой фазы [1]. Процесс эпитаксии проводят при температуре 650 °С.
Недостатком этого способа является относительно высокая температура эпитаксии,
что может привести к спеканию пористого кремния и деградации ранее сформированных
BY 15905 C1 2012.06.30
устройств в кремниевой пластине. Кроме того, полученные пленки содержат включения
неэпитаксиальной ориентации, что снижает их качество.
В качестве прототипа выбран способ выращивания эпитаксиальных пленок селенида
цинка на пористом кремнии путем термического испарения селенида цинка в вакууме из
графитовой ячейки Кнудсена и напыления на подложки из монокристаллического кремния, легированного сурьмой до концентрации 4×1018 см-3, со сформированным на их рабочей поверхности пористым слоем [2]. Пористый слой на кремниевых пластинах
формируют электрохимическим травлением монолитного кремния в растворе фтористоводородной кислоты в изопропиловом спирте, взятых в соотношении 1:3, при плотности
тока 50 мА/см2. Непосредственно перед вакуумированием установки кремниевые подложки подвергают травлению в смеси состава HF:H2O = 1:10 в течение 5 секунд. В качестве
испаряемого материала используют поликристаллический селенид цинка. После вакуумирования установки проводят нагрев подложек и испарителя с шихтой селенида цинка до
рабочих температур. Затем открывают заслонку и проводят процесс напыления пленок.
При температуре подложек 400 °С и скорости роста пленок 0,5 мкм/час получают эпитаксиальные пленки селенида цинка, о чем свидетельствует соответствие кристаллической
ориентации пленок ориентации подложек, высокая интенсивность эпитаксиальных рефлексов и полное отсутствие неэпитаксиальных рефлексов.
Недостатком этого способа является невысокое качество кристаллической структуры
получаемых пленок (разориентацию малоугловых блоков получаемых пленок не удается
снизить ниже 0,7 угловых градусов).
Задачей настоящего изобретения является повышение качества кристаллической
структуры пленок селенида цинка, получаемых методом термического испарения в вакууме из ячейки Кнудсена.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе выращивания эпитаксиальных пленок селенида цинка на пористом кремнии путем термического испарения селенида цинка в вакууме из ячейки Кнудсена и напыления на кремниевые подложки со
сформированным на рабочей поверхности слоем пористого кремния, перед напылением
подложки со слоем пористого кремния подвергают отжигу в вакууме в течение 1-2 часов
при температуре 350-400 °С.
Новым в предложенном способе является то, что перед напылением пленок селенида
цинка кремниевые подложки со слоем пористого кремния подвергают отжигу в вакууме в
течение 1-2 часов при температуре 350-400 °С.
Сущность предложенного изобретения заключается в том, что предварительный отжиг в вакууме позволяет очистить поры в кремнии от адсорбированных газов и продуктов, образовавшихся в процессе электрохимического формирования пор, что приводит к
повышению качества эпитаксиальных пленок селенида цинка.
Диапазоны температур и времени отжига определены экспериментально. Выбор температурного диапазона 350-400 °С обусловлен тем, что при меньших температурах процесс очищения пор замедляется, а использование более высоких температур нежелательно
с точки зрения возможной деградации ранее сформированных в кремниевых пластинах
устройств, кроме того, не приводит к существенному улучшению качества пленок.
Длительность процесса отжига менялась с шагом 0,5 часа: увеличение продолжительности отжига свыше двух часов не приводит к дальнейшему улучшению качества пленок
ZnSe, при длительности отжига 0,5 часа не наблюдается заметного изменения качества
пленок по сравнению с пленками, выращенными в процессе без предварительного отжига.
Способ осуществляется следующим образом.
Подложки для выращивания пленок селенида цинка вырезают из пластин монокристаллического кремния ориентации (111), легированных сурьмой до концентрации 4×1018 см-3
(КЭС-0,01), со сформированным на их рабочей поверхности пористым слоем. Пористый
слой на кремниевых пластинах формируют электрохимическим травлением монолитного
2
BY 15905 C1 2012.06.30
кремния в растворе фтористоводородной кислоты в изопропиловом спирте, взятых в соотношении 1:3, при плотности тока 50 мА/см2. Непосредственно перед вакуумированием
установки кремниевые подложки подвергают травлению в смеси состава HF:H2O = 1:10 в
течение 5 секунд. В качестве испаряемого материала используют поликристаллический
селенид цинка, который в виде порошка загружают в графитовый испаритель типа ячейки
Кнудсена. Протравленные кремниевые подложки, закрепленные на подложкодержателе,
устанавливают в вакуумную камеру, которую откачивают до давления 5×10-6 Торр. Затем
осуществляют нагрев подложек до температуры отжига (350-400 °С) и выдерживают их
при этой температуре в течение 1-2 часов. К моменту окончания процесса отжига разогревают испаритель до рабочей температуры. Затем открывают заслонку и проводят процесс
напыления пленок селенида цинка. По окончании процесса заслонку закрывают и отключают нагрев испарителя и подложек.
Оценка качества пленок проводилась методом дифрактометрии по отсутствию неэпитаксиальных рефлексов и результатам измерения ширины кривой качания рефлекса (111)
на полувысоте.
Примеры конкретного выполнения способа.
Процесс эпитаксии селенида цинка на кремниевые подложки со слоем пористого
кремния проводился при температуре подложек 400 °С и скорости роста 0,5 мкм/час.
Толщина пленок составляла 0,8 мкм.
На дифрактограммах пленок селенида цинка, полученных при указанных режимах
эпитаксии и отжига, не наблюдались неэпитаксиальные рефлексы. Однако ширина кривой
качания рефлекса (111) на полувысоте зависела от температуры и продолжительности
предварительного отжига. Результаты сведены в таблицу.
Температура Продолжительность
Ширина кривой качания рефлекса
№ процесса
отжига, °С
отжига, час
(111) на полувысоте, угл. град
1
(по способу
0,7
прототипа)
2
300
1
0,69
3
300
2
0,65
4
350
0,5
0,7
5
350
1
0,6
6
350
1,5
0,56
7
350
2
0,5
8
350
2,5
0,51
9
400
1
0,55
10
400
1,5
0,5
11
400
2
0,51
12
420
1
0,61
13
420
1,5
0,62
Из представленных в таблице данных следует, что предварительный отжиг кремниевых подложек в вакууме непосредственно перед эпитаксией селенида цинка приводит к
уменьшению разориентации малоугловых блоков пленки, о чем свидетельствует уменьшение при отжиге ширины кривой качания рефлекса (111) на полувысоте. Оптимальные
режимы отжига находятся в пределах, заявленных в формуле изобретения.
Преимуществом заявленного способа по сравнению с прототипом является улучшение
качества кристаллической структуры эпитаксиальных пленок селенида цинка, выращенных на пористом кремнии, за счет проведения предварительного отжига кремниевых подложек в вакууме, что обусловливает улучшение оптических и электрических свойств
пленок селенида цинка.
3
BY 15905 C1 2012.06.30
Источники информации:
1. Chang C.C., Lee C.H. // J. Mat. Sci. - 2001. - V. 36. - P. 3801-3803.
2. Постнова Л.И., Левченко В.И., Бондаренко В.П. Актуальные проблемы физики
твердого тела: Сборник докладов Международной научной конференции. - Минск, 2009. Т. 2. - С. 27-29.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
80 Кб
Теги
by15905, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа