Введение 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТОНКИМ ПЛЁНКАМ ZnO И
НАНОКОМПОЗИТАМ НА ИХ ОСНОВЕ 5
1.1 Физико-химические свойства ZnO 5
1.2 Легированные тонкие плёнки ZnO и их свойства 12
1.3 Методы получения и легирования тонких плёнок ZnO 13
1.4 Методы структурных исследований 16
ГЛАВА 2. ПОЛУЧЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК ZnO МЕТОДОМ ИОННО-
СТИМУЛИРОВАННОГО ОСАЖДЕНИЯ 22
2.1 Методика экспериментов 22
2.2 Структурные исследования полученных тонких плёнок ZnO 22
2.3 Влияние ионной имплантации серебра при повышенных плотностях
ионного тока на структурные свойства тонких плёнок ZnO 26
Результаты и выводы 30
Список литературы
Ионная имплантация (ИИ) получила наибольшее распространение в полупроводниковой промышленности, как способ модификации приповерхностной области твердотельных матриц. Это связано с тем, что с помощью ионных пучков в поверхностных слоях материалов можно создавать новые соединения, изменять их физические и химические свойства, что очень важно для изделий современной техники. Этот метод широко используется на практике для легирования полупроводников с целью создания р-n переходов, гетеропереходов, низкоомных контактов и т.д. [1]. Технология ионной имплантации позволяет внедрить заданное количество ионизированных атомов практически любого химического элемента на заданную глубину, легируя одно вещество другим в пропорциях, которые невозможно достичь другими методами даже при использовании высоких температур.
Объектом наших исследований является оксид цинка (ZnO). Оксид цинка - прямозонный полупроводник с шириной запрещённой зоны порядка - 3,4 эВ и высокой энергией связи экситона - 60 мэВ при комнатной температуре (300 К), что делает данный материал перспективным для создания оптоэлектронных устройств. Если рассматривать использование данного материала в качестве светодиодов, то основной проблемой является создание стабильного гомогенного р-п-перехода. Однако все остальные исходные данные по ZnO, как нельзя, кстати, подходят для создания эффективных и дешёвых светоизлучающих структур.
Известно, что термический нагрев во время ИИ приводит к повышенной диффузии легирующей примеси в имплантируемом образце. Однако использовать и контролировать термический нагрев во время облучения не простая задача [2]. Если имеется система плёнка подложка, то такая задача усложняется ещё больше. В случае с подложкой, которая имеет низкий коэффициент теплопроводности по сравнению с осаждаемой плёнкой, то нагрев плёнки можно осуществить, используя повышенную плотность ионного тока во время ИИ. Основываясь на рентгеноструктурных исследованиях, можно сделать вывод о влиянии повышенной плотности ионного тока во время ИИ на структурные свойства. В частности опираясь на кристалличность плёнок подвергнутых облучению.
Целью работы является исследование влияния ИИ акцепторной примеси серебра при повышенной плотности ионного тока на структурные свойства тонких плёнок ZnO.
Задачи:
1. Сделать литературный обзор по тонким плёнкам ZnO
2. Освоить программные пакеты OriginLab, Casino, TRIM
3. Освоить сканирующий электронный микроскоп «Carl Zeiss EVO 50» с элементным микроанализатором «Inca 350» от «Oxford Instruments» и провести исследования топографии и элементного состава исходных и имплантированных плёнок ZnO.
4. Провести экспериментальные расчёты рентгенограмм исследуемых плёнок.
Основные результаты и выводы можно сформулировать следующим образом:
1. Установлено, что ИИ серебра при повышенной плотности ионного тока (12 мкА/см2) в выбранном интервале доз (0,25-1-101' ион/см2) ведёт к изменению структурных параметров не только приповерхностного слоя ZnO (-25 нм), но и всей плёнки в целом (-270 нм).
2. Размер кристаллитов по данным рентгеноструктурных исследований, исходя из соотношения Дебая-Шсррера, увеличивается с ростом дозы ИИ, и составляет для исходных плёнок ZnO -9 нм и для максимальной дозы ИИ 26 нм. Микронапряжения, наблюдаемые в исходных плёнках полностью снимаются при максимальной дозе облучения (1-101 ион/см2).
3. При дозе облучения 0,25-101 ион/см2 наблюдается расщепление дифракционного рефлекса от плоскости (0002), что свидетельствует о наличии неоднородного распределения микронапряжений в плёнке .
4. Методом СЭМ показано, что при повышенной плотности ионного тока (12 мкА/см2) происходит формирование гранулярной структуры с размерами гранул от 50 до 130 нм, для максимальной дозы облучения.
