НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ

ХАНОВА ГАННА ВЛАДИСЛАВІВНА

УДК 537.312.7 621.315.592

Розробка фізико-технологічних основ одержання плівок сульфіда самарію для тензорезисторів і дослідження їх параметрів

спеціальність - 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Київ 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників НАН України

Науковий керівник: академік НАН України, доктор технічних наук, професор Свєчніков Сергій Васильович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідуючий відділенням

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Романюк Борис Миколайович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, провідний науковий співробітник

доктор фізико-математичних наук, професор Морозовський Микола Володимирович, Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Національний технічний Університет України “

Київський політехнічний інститут”,

факультет електроніки, кафедра мікоелектроніки, м. Київ

Захист дисертації відбудеться 17 листопада 2000 р. о 14 год. 30 хв.

на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників НАН України за адресою: 03028, Київ-28, проспект Науки, 45

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників НАН України за адресою: 03028, Київ-28, проспект Науки, 45

Автореферат розісланий 15 жовтня 2000 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Один із важливих напрямків сучасної тензометрії пов'язаний з використанням нових матеріалів, спроможних підвищити вихідний сигнал тензорезисторних датчиків при покращенні їх метрологічних характеристик. На сьогодні при статичних та динамічних випробуваннях, а також для оснащення датчиків механічних величин, які використовуються в різних галузях науки і техніки, широко використовуються металеві тензорезистори. Застосування напівпровідникових тензорезисторів дозволяє суттєво (більш, ніж на порядок величини) підвищити чутливість тензорезисторних датчиків. Однак, традиційні напівпровідникові матеріали (кремній, германій та ін.) на знаходять широкого застосування в тензометрії. Це пов'язано, в першу чергу, із значною нелінійністю характеристик і температурною нестабільністю.

В зв'язку з цим виникає потреба в дослідженні нових напівпровідникових матеріалів, які можуть знайти застосування в тензорезисторних датчиках механічних величин. Одними із таких матеріалів є рідкоземельні напівпровідники і, насамперед, моносульфід самарію. Він має найкращі характеристики для застосування в тензометрії: рекордну тензочутливість, високу лінійність тензохарактеристики та відносно низький температурний коефіцієнт опору (ТКО). Крім того, матеріали на основі SmS дуже стійкі до впливу високих температур, великих магнітних полів, радіаційного випромінювання.

Таким чином, виникає необхідність розробки методів виготовлення чутливих елементів із матеріалів на основі SmS та способів контролю їх параметрів. Найбільш простими і зручними в виготовленні та застосуванні можуть бути чутливі елементи у вигляді тонких полікристалічних плівок рідкоземельних напівпровідників на основі SmS.

Основним методом отримання плівок моносульфіду самарію на сьогодні є метод термічного випаровування в вакуумі. Разом з цим, відомо про отримання плівок рідкоземельних сполук термічним розкладом хелатних металоорганічних сполук (МОС). Головними позитивними якостями цього методу є низька температура отримання плівок (200-300°С), простота технологічного обладнання, універсальність (можливість отримувати не тільки напівпровідникові, але і металеві та діелектричні плівки).

Окрім методів отримання тензорезистивних плівок на основі SmS, важливу роль в створенні чутливого елементу відіграють матеріал контактів та методи їх формування, які впливають на характеристики тензорезистивних плівок.

З погляду на вищесказане, розробку методів отримання тензорезистивних плівок моносульфіду самарію і дослідження їх властивостей можна віднести до числа актуальних фізико-технологічних і науково-технічних задач.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності з планами наукової діяльності Відділення оптоелектроніки Інституту фізики напівпровідників НАНУ в рамках наукових тем “Фізико-технологічні та приладні дослідження структур і середовищ для обробки і перетворення оптичної інформації” (номер державної реєстрації 348 01.86.0 074060) та “Дослiдження електpонно-поляpитонних явищ у твеpдотiльних стpуктуpах на основi напiвпpовiдникiв A3B5 з мiкpоpельєфною повеpхнею, pозpобка нових оптоелектpонних пpиладiв та автоматизованих методiв електpофiзичної дiагностики матеpiалiв та стpуктуp опто- та мiкpоелектpонiки” (номер державної реєстрації 0193 U 028658).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягала в розробці хімічних методів отримання плівок моносульфіду самарію, відпрацюванні вакуумної технології, яка б забезпечила виготовлення промислових зразків тензорезисторів, дослідженні їх електрофізичних і тензорезистивних властивостей. Об'єктом дослідження були плівки SmS, отримані вакуумним та хімічним методами. Предметом дослідження - фізико-технологічні умови отримання таких плівок і рекомбінаційні та інжекційні процеси в них.

Для досягнення поставленої мети використовувались такі експериментальні методи, як розпад хелатних сіркумістящих МОС, вакуумний вибуховий метод термічного випаровування моносульфіду самарію, вимірювання вольт-амперних характеристик (ВАХ) та розрахункові методи, основані на диференційному аналізі ВАХ. У відповідності з метою роботи в ній вирішувались такі задачі:

·

· доопрацювання вакуумного методу отримання плівок моносульфіду самарію;

· дослідження електрофізичних властивостей плівок моносульфіду самарію, що включає визначення їх рекомбінаційних параметрів та розробку методів формування омічних та інжектуючих контактів до них;

· розробка тензочутливих плівкових структур на основі напівпровідникових плівок моносульфіду самарію.

Наукова новизна одержаних результатів. Як наслідок проведених досліджень, отримано такі нові результати:

1. Вперше вибрано, синтезовано і досліджено похідні речовини для отримання плівок сульфідів самарію хімічним методом. Такими речовинами є dtc-комплекси самарію.

Sm(Et2NCS2)3, m(Et2NCS2)3 bipy, Sm(Et2NCS2)3 phen. Із них в результаті гетерогенного піролізу МОС отримано плівки ряду сульфідів самарію. Термічна деструкція дітіокарбамату самарію при температурі 150°С - 300°С в залежності від похідних речовин і умов піролізу призводить до створення переважно полікристалічних текстурованих плівок ряду сульфіду самарію від SmS2 до Sm2S. Вперше із групи дітіокарбоматів отримано полікристалічні плівки моносульфіду самарію кубічної модифікації. Полікристалічні плівки SmS кубічної модифікації отримуються хімічним методом при розпиленні 0,05 - 0,1 М розчину МОС в діапазоні температур 200°С-300°С. 

2. Досліджено і відпрацьовано умови вакуумної технології, яка забезпечує відтворюване отримання плівок SmS з високою тензочутливістю. Варіювання температури підкладки в діапазоні 400°С - 600°С і температури випаровування в діапазоні 2500°С - 2700°С для вакуумного методу визначає тензочутливість плівок SmS в діапазоні 40-60.

3. Визначено рекомбінаційні параметри та механізми струмопрохождення в полікристалічних напівпровідникових плівках моносульфіду самарію. Показано, що рекомбінаційний бар'єр в полікристалічних плівках SmS обумовлено рекомбінаційними рівнями E1=0,23 еВ; E2=0,17 еВ; з концентраціями дозаповнення N1»1015 см-3, N2»1017 см-3, перерізами захоплення g1»10-11 см3/с, g2»10-13 см3/с та часом життя неосновних носіїв на них t1» 10-8 t2»10-10 с. При цьому в моносульфіді самарію реалізується режим подвійної інжекції носіїв заряду з характерними степенями ВАХ a,5 и a, які свідчать про бімолекулярну та мономолекулярну рекомбінацію, відповідно. При підвищенні рівня інжекції проявляється вплив непараболічності зони провідності, що призводить до збільшення степеня ВАХ до 4.

4. Досліджено вплив матеріалу контактів на властивості плівкових структур із моносульфіду самарію. Показано, що застосування двошарової металізації (Cr+Co; Ti+Ni) контакту до SmS реалізує стабільний, відтворюваний, з низьким опором омічний контакт при Ti+Ni та інжектуючий контакт при Cr+Co.

Практичне значення одержаних результатів. Практичну цінність мають має більшість отриманих в роботі результатів. Багато висновків та результатів є важливими для отримання тонкоплівкових тензорезисторів нового покоління на основі моносульфіду самарію з високою тензочутливістю і температурною стабільністю. Зокрема, розроблено хімічний метод отримання тензорезистивних плівок ряду сульфідів самарію термічним розпадом МОС, а також розроблено серійно-придатну технологію, яка забезпечує отримання промислових зразків тензодатчиків на основі плівок SmS. Дослідження рекомбінаційних та інжекційних процесів в плівках SmS дозволило створити омічний та інжектуючий контакт до тонкоплівкових структур на основі моносульфіду самарію, які відрізняються високою відтворюваністю, стабільністю і великим строком використання.

Особистий внесок здобувача. Дисертант приймала участь в формулюванні напрямку досліджень, в розрахунках. Вона самостійно проводила експериментальні роботи по синтезу та дослідженню дітіокарбаматів, по отриманню плівок SmS, вимірюванню вольт-амперних характеристик, параметрів тензорезисторів, формуванню контактів, розрахунку параметрів плівок SmS і структур на їх основі.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на Х Всесоюзній конференції “Методи і засоби тензометрії та їх застосування в народному господарстві” (Тензометрія-89), Свердловськ, 1989 р. і на V Всесоюзній конференції по фізиці і хімії рідкоземельних напівпровідників, Саратов, 1990 р.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 3 статтях у фахових наукових журналах та тезах 4 доповідей на конференціях; отримано 1 авторське свідоцтво СРСР і 2 патенти Росії по заявках на винаходи.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, висновків та списку використаних джерел. Дисертація викладена на 161 сторінці і містить 38 рисунків і 27 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі роботи, показано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Там же приведено дані про її апробацію і опублікування основних результатів.

В першій главі подано огляд основних властивостей моносульфіду самарію, а також відомих методів отримання полікристалічних плівок цієї сполуки.

Рідкоземельні напівпровідники (РЗН), які містять рідкоземельний елемент з незаповненою внутрішньою 4f-оболонкою, мають ряд унікальних властивостей. Як і інші рідкоземельні елементи, самарій має змінну валентність, внаслідок чого утворюється неперервний ряд сульфідів від Sm2S до SmS2 (кілька десятків сполук з різними властивостями). При цьому кожна сполука, наприклад, моносульфід самарію, SmS, кубічної модифікації має змінну величину сталої грат, яка змінюється в межах 5 %, що суттєвим чином позначається на властивостях плівок. Внаслідок цього одночасно він може бути як високоомним напівпровідником, так і мати металеву провідність. Для РЗН характерна наявність фазового переходу метал-напівпровідник, який має стрибкоподібний характер, а також високої тензочутливості, в тому числі аномально високої для SmS, який внаслідок цього є найбільш перспективним для виготовлення тензодатчиків. На основі експериментальних даних по вивченню фазового переходу напівпровідник-метал і дослідженню властивостей напівпроводникових і металевих плівок SmS показана відмінність властивостей плівок від властивостей об'ємних зразків.

Базуючись на даних про відомі методи отримання напівпровідникових плівок монохалькогенідів лантаноїдів і сульфідів деяких металів зроблено висновки про перспективність застосування вакуумного методу вибухового випаровування. Він дозволяє отримувати полікристалічні плівки різних сполук РЗН, різного фазового складу, в тому числі тензочутливих на основі SmS. Проте потрібне доопрацювання методу з метою створення промислової технології виготовлення тензорезисторів на основі плівок SmS.

Незважаючи на те, що відомі хімічні методи отримання плівок різних напівпровідникових матеріалів мають ряд переваг перед вакуумними технологіями і широко використовуються протягом останніх десятиріч, про їх застосування для отримання плівок РЗН практично нічого не відомо, мабуть, із-за складності забезпечення необхідної хімічної рівноваги при їх утворенні. Разом з тим, є відомості про низькотемпературний і технологічний хімічний метод отримання плівок, переважно сульфідів металів, який базується на термічному розпаді хелатних металоорганічних сполук. Тому є всі підстави, щоб дослідити можливість застосування його для отримання плівок SmS та інших сульфідів лантаноїдів. Для цього необхідно дослідити можливість розробки хімічного методу отримання напівпровідникових плівок SmS шляхом розкладу сіркумістящих хелатних металоорганiчних сполук самарiю.

Звертає на себе увагу практично повна відсутність в літературі дослiдження iнжецiйних та рекомбінаційних процесів і механізмів струмопереносу в монокристалах і плівках SmS. Це обумовлює необхідність вивчення рекомбінаційних параметрів плiвок та впливу контактів на властивостi напiвпровiдникових структур на основі SmS.

Враховуючи властивості моносульфiду самарiю, показано перспективність застосування тонких плiвок цієї сполуки як чутливих елементiв датчикiв механiчних величин.

Розглянуто методи електрофізичної діагностики напiвпровiдникових матерiалiв, які дозволяють на основi диференцiйного аналiзу вимiрюваної ВАХ отримувати найважливіші параметри напiвпровiдника та контактів до нього, таких як глибина та концентрація рівней в забороненiй зонi, час життя неосновних носiїв струму, висота та ширина приконтактного бар'єру, швидкiсть поверхневої рекомбiнацiї та інших, а також розмежувати режими монополярної та подвійної iнжекцiї, бар'єрної електропровідностi та польової iонiзацiї рівней в забороненiй зонi напiвпровiдника.

Диференцiйний аналiз ВАХ базується на виявленнi тонкої структури кривої у вигляді залежностi від прикладеної напруги її диференцiйного нахилу у подвійному логарифмiчному масштабі (степінь ВАХ). Для iдентифiкацiї режиму струмопереносу вводиться коефiцiєнт дискримiнацiї (або коефiцiєнт розмежування) Qe=re/ene , який являє собою відношення густини об'ємного заряду до концентрацiї носiїв, визначених по точці максимуму степеня ВАХ, i є, по сутi, ефективним коефiцiєнтом залипання. Для монополярної iнжекцiї Qe>>1, для подвійної Qe<<1.

На закінчення глави сформульовано мету та задачi роботи.

Друга глава присвячена розробці хiмiчного i вакуумного методiв отримання плiвок моносульфiду самарiю.

З метою вибору вихідних речовин, забезпечуючих отримання плiвок сульфiдів самарiю, визначенi вимоги, необхіднi для здійснення гетерогенного пiролiзу металоорганiчних сполук з утворенням плiвок. У відповідностi з цими вимогами розглянуто ряд вiдомих речовин i речовин, які можуть бути спеціально синтезовані, в результаті чого установлено, що найбільш придатними сполуками є дiтiокарбамати самарiю, синтез яких може здійснюватись двома способами: із водного та спиртового розчинів.

В результаті проведеного вперше синтезу дiтiокарбаматів самарiю iз водних розчинiв солi самарiю i дiетiлтiокарбамата натрiя (dtcNa) було установлено, що вони дійсно створюються, але при умовах високої концентрацiї реагентів (1,0 - 2,0 М) i надлишку dtcNa. Дослідження отриманих речовин показало, що термограми дають температури плавлення та розпаду 230оС i 380оС, вiдповiдно, близькi до таких саме для dtc3Sm; на IЧ-спектрах виявлено характерну для dtc-комплексів полосу 1000 см-1; в продуктах розпаду міститься елемент Sm. Проте установлено, що цi комплекси не є єдиними компонентами отриманих речовин, а складають тільки їх частину. Разом з ними в речовинах міститься непрореагований dtcNa, тiурамдiсульфiд, який має схожу будову з dtc-комплексами Sm, але не містящими Sm, а також, вірогідно, гiдроокис самарiю, який утворюється в результаті гiдролiзу в водному середовищі, та, мабуть, недостатньо стійкого комплексу dtc3Sm.

З метою усунення цих небажаних домішок проведено другий спосіб синтезу: iз спиртовых розчинiв тих же реагентів в середовищi аргону. В результаті дослiдження термограм, IЧ-спектрів та елементного аналiзу продуктів терморозпаду установлено, що цi сполуки в цілому бiльш чисті в порівнянні з попереднiми i при деяких умовах синтезу утворюються найбільш вірогідно у вигляді одного тільки комплексу, а саме dtc3Sm.

Гетерогенний пiролiз, проведений в результаті розпилення розчина отриманих вихідних речовин в органiчному розчиннику (пiридині) на нагріту до 200°С - 300°С підкладку показав, що утворюються плівки, які містять самарiй i сірку. Електронографiчнi дослiдження отриманих плiвок виявили в більшості випадків полiкристалiчну фазу шарiв (товщиною d=0,05 – ,70 мкм). При певних умовах iз деяких сполук отримано плівки моносульфiду самарiю SmS з величиною постійної грати a=0,57 нм. Поряд з цим для більшості решти зразків, отриманних в інших умовах, окрім набору рефлексів основної фази з a=0,57 нм, на електронограмах є додаткові рефлекси, які однозначно не iдентифiкуються. В результаті елементного аналiзу плiвок установлено, що багато iз них мiстять іще i кисень, тобто вони мають додаткову фазу оксисульфiду самарiю, яка, мабуть, знаходиьтся в аморфному станi, бо електроннографiчними методами не виявляється.

Поскільки отримані плiвки в бiльшості є високоомним (Rпов=109-1011Ом/) i тензочутливiсть в них не спостерігається, як це повинно мати місце в напiвпровiдниковій фазі SmS, то з метою отримання тензочутливих елементiв була допрацьована i удосконалена відома вакуумна технологiя отримання плiвок SmS. Це дозволило покращити тензочутливі параметри плiвок i використовувати їх при виготовленнi тонкоплівкових тензодатчикiв, які знайшли застосування в промисловостi.

Третя глава присвячена дослідженню електрофiзичних характеристик плiвок моносульфiду самарiю.

Дослiдження проводились методами, які основанi на теорiї iнжекцiйно-контактних явищ в напiвпровiднiках.

Для низькоомного моносульфiду самарiю переважно реалiзується режим подвійної iнжекцiї носiїв струму, тому конкретизацiя параметрів проводилась на базі моделi з глибоким рекомбiнацiйним рівнем i мілкими донорами, які можуть приймати участь в бiмолекулярній рекомбiнацiі. Для режиму значної iнжекцiї носiїв, коли приконтактна концентрацiя носiїв nK значно переважає об'ємну nо, можна визначити рекомбiнацiйні параметри локальних центрів: tpr - час життя неосновних носiїв відносно рекомбiнацiйного r-центру, Еr - глибину r-центру, g - коефiцiєнт рекомбiнацiї на бiльш мілкi центри.

Розрахунки, проведені по експериментальним ВАХ для зразків SmS з різними контактами, показали, що у всіх випадках Qe=(10-8ё10-4) <<1, тобто має місце режим подвійної iнжекцiї носiїв струму. Про це свiдчить i наявнiсть характерних для подвійної iнжекцiї ділянок ВАХ з a=1,5 i а=2. Виявлено два рівні в забороненiй зонi сульфiду самарiю, один iз яких з точністю до термiчного потенцiалу при кімнатній температурі kT=0,025 еВ співпадає з відомим рівнем в сульфiді самарiю Е=0,23 еВ. Величини коефiцiєнту рекомбiнацiї на бiльш мілкi центри для рівня 0,17 еВ наближаються до значення коефiцiєнту міжзонної рекомбiнацiї. Значення g »10-11 см3/с для рівня з глибиною 0,23 еВ свiдчить про участь в рекомбiнацiї i ближче розташованих до с- i v-зон t- i s-станiв.

Далі визначено параметри напiвпровiдникових плiвок SmS на надвисоких рівнях iнжекцiї з урахуванням впливу нелiнійних ефектів. На основi проведених розрахунків проаналiзовано умови виникнення різко надлiнійних ВАХ в областi початкового змінювання рухливостi носiїв заряду тільки завдяки темпу змінювання рухливостi основних носiїв (–ефект). На експериментальних ВАХ –ефект проявляється у вигляді різких стрибків струму i відповідних їм високих значень диференцiйного степеня ВАХ (a(V)=dlgI/dlgV), визначених змінюванням диференцiального степеня залежностi рухливостi носiїв заряду від концентрацiї l=dlgm/dlgn. Розрахунок показав, що механiзм виникнення l–эффекту (вплив електронно-діркового розсіювання чи непараболiчностi зони провідностi) може бути визначений при досягненнi рівней iнжекцiї до 1017см-3.

В областi надлiнійної ВАХ a>3 визначенi значення бiполярної дифузiйної довжини i мiнiмальної питомої провідностi Ls=9,62.10-5 см i ss=5,56.10-2 Ом-1см-1, а по ділянці з a »4, V »3i J »1.10-3визначена константа квадратичної рекомбiнацiї в моделi непараболiчностi зони провідностi: g,43.10-14 см3/с.

Степінь ВАХ a »4 свiдчить про вплив на нерівноважні носiї заряду в основному непараболiчностi зони провідностi SmS.

Четверта глава присвячена використанню плiвок моносульфiду самарiю в електронiці. Для застосування плiвок як тензочутливих структур розроблено методи отримання контактів до SmS на основi багатошарової металiзацiї.

З метою легування приповерхневого шару проведено лазерне опромінювання плiвок SmS. Вимірювання вольт-амперних характеристик модифiкованих лазерним опромінюванням плiвок показало, що в даному випадку лазерне опромінювання не призводить до помітного зменшення опору, навпаки, поверхневий опір плiвки підвищується на 5 порядків. Це пов'язано, в першу чергу, з розтріскуванням поверхнi iз-за значного змінення об'єму сульфiду самарiю при зміненнi його фазового складу як наслідок виходу при опромінюванні сірки, яка має меншу енергiю зв'язку.

Сформульовано вимоги для металів, які застосовуються як матерiали контакту. Визначено вплив контактів iз різних металів на струмопереніс в структурах iз SmS. Вибрано метали для формування контактів.

Оскільки моносульфiд самарiю дуже чутливий до механiчних деформацiй, то при формуваннi контакту необхідно до мiнiмуму зменшити механiчнi напруги, які виникають при осадженнi металевої плiвки контактного матерiалу. Крім цього, моносульфiд самарiю в присутностi кисню окислюється, що викликає необхідність чи різко обмежити контакт з повітрям, чи використати підшар сильного гетеру. В якості гетера використовувався шар титану (для омiчного контакту) i хрому (для iнжектуючого контакту), товщиною від 50 нм до 200 нм. Цей гетерний шар забезпечує гарну адгезiю, низький опір i стабiльність електрофiзичних характеристик. Гетерний вплив титану i хрому забезпечується зниженням парцiального тиску кисню при напиленнi, десорбцiєю хемiсорбованого шару окислу на поверхнi сульфiду самарiю як результат хiмiчної реакцiї. Для другого шару контакту було вибрано нiкель (для омiчного контакту) i кобальт (для iнжектуючого контакту). Вони є пластичними металами, дають низький опір при товщинах від 300 нм до 800 нм, не кородують, при циклiчних механiчних навантаженнях двошарова металiзацiя титан-нікель та хром-кобальт не змінює своїх електрофiзичних i механiчних характеристик. Напилення обох шарiв проводилось при температурах підкладки 100ё200°С. При бiльш низьких температурах різко погіршувалась адгезiя контакту, а при бiльш високих - підвищувалась механiчна напруга, яка впливає на тензорезистивну плівку моносульфiду самарiю.

Отримані контакти відрізняються високою стабiльністю, відтворюванiстю i великим строком служби. При цьому iнжектуючий контакт дає можливість управління характеристиками тензорезистора за допомогою прикладеної напруги.

Визначено метрологiчнi характеристики напiвпровiдникових плiвок на основi SmS. Плiвки, отримані методом вибухового випаровування при температурі підкладки від 400°С до 600°С i температурі випаровувача від 2500-2700°С, мали тензочутливiсть К= . Це дозволяє бiльш, ніж на порядок підвищити вихідний сигнал датчикiв.

Сформульовано основні особливостi топологiї напiвпровiднiкових тензорезисторів iз SmS i показано деякі їх переваги перед фольговими тензорезисторами. До їх числа можна віднести малі розміри тензорезистора при будь-якій величині опору, рівність поздовжнього i поперечного тензоефекту, високу чутливість i можливість отримання плiвок з низьким ТКО, а також використання фазового переходу напiвпровiдник-метал для балансування тензомосту.

ВИСНОВКИ

1. Вперше вибрано, синтезовано та досліджено вихідні речовини для отримання плiвок сульфiдів самарiю хiмiчним методом. Показано, що термiчна деструкцiя дiтiокарбамата самарiю в гомогенному середовищі при температурі 150°С - 300°С в залежностi від вихідних речовин i умов пiролiзу призводить до утворення переважно полiкристалiчних сульфiдів самарiю від SmS2 до Sm2S і Sm2S3. В результате гетерогенного пiролiзу МОС на підкладці iз дiтiокарбоматів отримано плiвки ряду сульфiдів самарiю. Показано, що розпилення 0,05 - 0,1 М розчину МОС в діапазонi температур 200°С - 300°С дозволяє отримати полiкристалiчнi плiвки SmS кубiчноі модифiкацiї.

2. Досліджено i відпрацьовано умови вакуумної технологiї, яка забезпечує відтворюване отримання плiвок SmS з високою тензочутливiстью. Установлено, що варiювання температури підкладки в діапазонi 400°С - 600°С, температури випаровування в діапазонi 2500°С -2700°С визначає тензочутливiсть плiвок SmS в діапазонi 60-80.

3. Вперше визначено рекомбiнацiйні параметри напiвпровiдникових плiвок моносульфiду самарiю. Показано, що рекомбiнацiйний бар'єр в полiкристалiчних плiвках SmS обумовлено рекомбiнацiйними рівнями E1=0,23еВ; E2=0,17еВ; з концентрацiями дозаповнення N1»1015 см-3, N2»1017 см-3, перерiзом захоплення g1»10-11 см3/с, g2»10-13 см3/с i часом життя неосновних носiїв на них t1» 10-8 c, t2»10-10 с. Показано, що струмоперенос в тонких полiкристалiчних плiвках SmS визначається подвійною iнжекцiєю носiїв з характерними степенями ВАХ a=1,5 i a=2, а при збільшеннi рівня iнжекцiї проявляється вплив непараболiчностi зони провідностi з a=4.

4. Виявлено вплив матерiалу контактів на властивостi плівкових структур iз моносульфiду самарiю. В результаті створено омiчний i iнжектуючий контакт до тонкоплівкових структур на основi моносульфiду самарiю. Показано, що в результаті застосування двошарової металiзацiї (Cr+Co; Ti+Ni) контакту до SmS реалiзується стабiльний, відтворюваний, з низьким опором омiчний контакт при Ti+Ni i iнжектуючий контакт при Cr+Co. Отримано i досліджено плівкові напiвпровiдникові тензорезистори iз моносульфiду самарiю з високою тензочутливiстю i температурною стабiльністю.

Основні результати дисертацiї опублiковані в таких роботах:

1. Володин Н.М., Серова Е.А., Смертенко П.С., Ханова А.В. Процессы рекомбинации в тонкопленочных структурах металл - моносульфид самарию // ФТТ. – 1991. – Т. . – № . – С.2767-2770.

2. Володин Н.М., Федоренко Л.Л. Смертенко П.С., Ханова А.В. Особенности вольтамперных характеристик длинных полупроводниковых структур на сверхвысоких уровнях двойной инжекции // ФТП, – 1998. – Т. 32 – №12 – С.1476-1481.

3.L.V.Zavyalova, A.И.Kirilov, S.V.Svechnikov, I.V.Prokopenko, A.V.Khanova. Investigation of growth conditions, crystal structure and surface morphology of SmS films fabricated by MOCVD technique // Semiconductor Physics, Quatum Electronics & Optoelectronics. 1999. - V2. - N 2. - P.78-83.

4. Володин Н.М., Каминский В.В., Ханова А.В.. Особенности применения тензорезисторов на основе SmS в датчиках механическихих величин // Х Всесоюзная конференция "Методы и средства тензометрии и их применение в народном хозяйстве "Тензометрия-89". (Свердловск). – М. – 1989. – С.44.

5. Домрачев Г.А., Суворова О.Н., Завьялова Л.В., Щупак Е.А., Ханова А.В. Получение плёнок сульфидов самария из летучих МОС. Тезисы доклада V Всесоюзной конференции по физике и химии редкоземельных напивпровидников. – Ч.2. - Саратов: Изд-во Саратовского университета. – 1990. – С.56.

6. Моин М.Д., Свечников С.В., Смертенко П.С., Ханова А.В. Морфология плёнок моносульфида самария, облучённых лазером // V Всесоюзная конференция по физике и химии редкоземельных напивпровидников. – Ч.2. – Саратов: Изд-во Саратовского университета. – 1990. – С.57.

7. Володин Н.М., Смертенко П.С., Ханова А.В. Щепихин А.И. Влияние контактов на токопрохождение в пленках моносульфида самария. Тезисы доклада V Всесоюзной конференции по физике и химии редкоземельных полупроводников. – Ч.2. – Саратов: Изд-во Саратовского университета. – 1990. – С.58.

8. Пат. 2069241 РФ, МКИ С30В /00, /46 Способ получения слоев полупроводникового халькогенида // Володин Н.М., Завьялова Л.В., Ханова А.В., Суворова О.Н., Серова Е.А., Щупак Е.А. – № /26; Заявлено 30.05.90; Опубл. 20.11.96, Бюл. № . – 5 с. ил.

9. А.с. 1829769 СССР, МКИ H01L /28 Способ изготовления омического контакта к моносульфиду самария / Володин Н.М., Смертенко П.С., Костюкевич Е.В., Ханова А.В., Ханов Ю.А. – № 4947007/25; Заявлено 20.06.91.; Опубл. 10.04.95. Бюл. № 13 – 6 с. ил.

10. Пат. 2089972 РФ, МКИ  /283 Способ изготовления инжектирующего контакта к моносульфиду самария / Володин Н.М., Смертенко П.С., Костюкевич Е.В., Ханова А.В., Ханов Ю.А. – № ; Заявлено 04.12.95.; Опубл. 10.09.97. Бюл. № 25 – 6 с. ил.

Анотації

Ханова Г.В. Розробка фізико-технологічних основ отримання плівок сульфіду самарію для тензорезисторів і дослідження їх параметрів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем. Інститут фізики напівпровідників НАН України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена розробці фізико-технологічних основ отримання плівок сульфіду самарію для тензорезисторів і дослідженню їх параметрів.

Хімічним методом розпаду хелатних сіркумістячих метало-органічних сполук із синтезованих та досліджених dtc-комплексів самарію Sm(Et2NCS2)3Sm(Et2NCS2)3 bipy, Sm(Et2NCS2)3 phen отримано полікристалічні текстуровані плівки ряду сульфіду самарію від SmS2 до SmS. Визначено умови для отримання плівок моносульфіду самарію кубічної модифікації, а також умови, які забезпечують відтворюване отримання вакуумною технологією плівок SmS з високою тензочутливістю.

Досліджено рекомбінаційні параметри і механізми струмопроходження в тонкоплівкових структурах моносульфіду самарію, а також вплив матеріалу контактів на властивості цих структур.

Визначено метрологічні характеристики напівпровідникових плівок на основі SmS і сформульовано основні особливості топології напівпровідникових тензорезисторів із SmS і показано деякі їх переваги перед металевими фольговими тензорезисторами.

Ключові слова: плівка сульфіду самарію, метало-органічна сполука, рекомбінаційний рівень, вольт-амперна характеристика, омічний контакт, інжектуючий контакт, тензочутлива структура.

Ханова А.В. Разработка физико-технологических основ получения пленок сульфида самария для тензорезисторов и исследование их параметров. - Рукопись.

Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 - физика приборов, элементов и систем. Институт физики полупроводников НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена разработке физико-технологических основ получения пленок сульфида самария для тензорезисторов и исследованию их параметров.

Для получения тонкопленочных тензочувствительных структур были использованы как химический метод разложения хелатных серосодержащих металло-органических соединений, так и вакуумный взрывной метод термического испарения моносульфида самария. Для исследования рекомбинационных параметров и разработки омического и инжекционного контактов к тензочувствительным структурам была использована теория инжекционно-контактных явлений.

Из синтезированных и исследованных dtc-комплексов самария Sm(Et2NCS2)3Sm(Et2NCS2)3 bipy, Sm(Et2NCS2)3 phen в результате гетерогенного пиролиза МОС получены поликристаллические текстурированные пленки ряда сульфида самария от SmS2 до SmS. Определены условия для получения моносульфида самария кубической модификации, а также обеспечивающие воспроизводимое получение вакуумной технологией пленок SmS с высокой тензочувствительностью.

Исследованы рекомбинационные параметры и механизмы токопрохождения в тонкопленочных структурах моносульфида самария, а также влияние контактов на свойства этих структур.

Определены метрологические характеристики полупроводниковых пленок на основе SmS и сформулированы основные особенности топологии полупроводниковых тензорезисторов из SmS и показаны некоторые их преимущества перед металлическими фольговыми тензорезисторами.

Ключевые слова: пленка сульфида самария, металло-органическое соединение, рекомбинационный уровень, вольт-амперная характеристика, омический контакт, инжектирующий контакт, тензочувствительная структура.

Khanova A.B. Development of physico-technological bases of manufacturing of samarium sulphide films for strain gages and study of their parameters. - Manuscript.

Thesis for the scientific degree of candidate of physical and mathematical sciences, speciality 01.04.01 - physics of devices, elements and systems. Institute of Semiconductors Physics, National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2000.

The manuscript is devoted to the development of physico-technological bases of manufactoring of samarium sulphide films for strain gages and study of their parameters.

By the chemical method of decomposition of sulphide containing chelate metalo-organic compounds the polycrystalline textured films of samarium sulphide line from SmS2 to SmS have been received from the synthesized and investigated dtc-complexes of samarium: Sm(Et2NCS2)3Sm(Et2NCS2)3 bipy, Sm(Et2NCS2)3 phen. Both the conditions for cubic monosulphide samarium manufacturing and ones for high tenzosensitive reproduce able SmS films obtained by vacuum techniques have been determined.

Recombination parameters, charge flow mechanisms and influence of a material of contacts in thin-film structures on the base of samarium monosulphide have been investigated.

Metrological characteristics of SmS semiconducting films have been determined, the main features of topology of SmS semiconducting strain gages are formulated and some advantages of such strain gages in comparison with metal foil strain gages have been shown.

Key words: sulphide samarium film, metal-organic compound, recombination level, current-voltage characteristic, ohmic contact, injection contact, strain gage.