Способ получения тонких пленок сульфоселенида олова

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК СУЛЬФОСЕЛЕНИДА ОЛОВА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Зарецкая Елена Петровна Гременок Валерий Феликсович Залесский Валерий Борисович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения тонкой пленки сульфоселенида олова, отличающийся тем, что на подложку или на подложку с проводящим контактом напыляют слой олова и проводят его отжиг при температуре 150350 С в комбинированной атмосфере инертного газа и паров серы и селена, полученных при их испарении, взятых в соотношении, обеспечивающем стехиометрию синтезируемого соединения. Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано в технологических процессах при производстве голографических записывающих систем, тонкопленочных фотопреобразователей, тонкопленочных фотодетекторов,детекторов ионизирующих излучений, тонкопленочных диодов и транзисторов. Известен способ получения пленок сульфоселенида олова (0,50,5) на стеклянной положке с предварительно нанесенным слоем оксида олова методом электроосаждения из раствора,содержащего 5 мМ 22,5 мМ 2232,5 мМ 2 (при поддержании 1,5), с нарастанием потенциала на подложке от 0,4 В при начале процесса до 0,75 В при завершении процесса 1. Недостатками способа являются трудность контроля скорости реакции, пористость полученной пленки и низкая воспроизводимость состава. Известен способ получения пленоктермическим напылением в вакууме (10-6 Торр),заключающийся в испарении с постоянной скоростью высокочистого соединенияиз молибденового тигля на подложку при температуре 300 С 2. Способ требует проведения предварительного технологического этапа для синтеза исходного распыляемого соединения , что усложняет технологический процесс и повышает затраты. Недостатками способа являются необходимость создания высокого вакуума и его высокая стоимость. Кроме того, он не обеспечивает получения пленок большой площади в 14255 1 2011.04.30 едином технологическом цикле и вследствие этого мало пригоден для промышленного применения. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получениятонких пленок, состоящий из двух последовательных этапов 1) осаждение в вакууме на подложку слоя оловатолщиной 200 нм 2) отжиг полученного слоя в том же реакционном объеме в парах элементарного селена при температуре 120-220 С 3. Способ требует создания высокого вакуума, что усложняет технологический процесс. Данный способ не обеспечивает получения однофазного материала с контролируемым составом(соответственно, с контролируемыми фундаментальными физическими параметрами шириной запрещенной зоны, коэффициентом оптического поглощения и т.д.). Задачей изобретения является расширение диапазона физических свойств пленок сульфоселенида олова 1- (ширина запрещенной зоны, коэффициент оптического поглощения, значения удельного сопротивления и пр.), упрощение технологии производства. Предложенный способ получения тонких пленок сульфоселенида олова заключается в том, что на подложку или на подложку с проводящим контактом напыляют слой олова и проводят его отжиг при температуре 150-350 С в комбинированной атмосфере инертного газа и паров серы и селена, полученных при их испарении, взятых в соотношении, обеспечивающем стехиометрию синтезируемого соединения. Способ получения тонких пленок сульфоселенида олова 1- включает следующую последовательность операций формирование на исходной подложке (или на подложке с проводящим контактом) различными методами вакуумного напыления (термическим, ионно-плазменным и т.п.) базового слоя оловаотжиг полученной структуры в парах серы и селена (селенизация/сульфиризация) при атмосферном давлении в потоке азота 2 в реакторной системе. Выбор температурного интервала обусловлен следующими факторами при температуре ниже 150 С происходит термическая диффузия халькогеновив базовый слой олова с образованием многофазной смеси из непрореагировавшего олова и бинарных халькогенидов олова, что подтверждается данными рентгеновского фазового анализа в температурном интервале 150 -350 С происходит формирование пленок однофазного полупроводникового соединения 1- с преимущественной ориентацией в направлении 040 (фиг. 1), характеризующихся однородной поверхностью (фиг. 2, а), имеющих размер зерна 1-2 мкм (фиг. 2, б) и -тип проводимости при температурах свыше 350 С происходит увеличение шероховатости поверхности,появление микропор и отклонение состава от стехиометрического, обусловленное реиспарением легколетучих компонент. На фиг. 1 представлена рентгенограмма пленки 1-, полученной при температуре отжига 300 С. На фиг. 2 приведены морфология поверхности (фиг. 2, а) и поперечный разрез (фиг. 2, б) пленки 1-, полученной при температуре отжига 300 . Совокупность указанных признаков позволяет расширить диапазон физических свойств, упростить технологию производства пленок 1- за счет применения инертной газовой атмосферы вместо среды с пониженным давлением, повысить воспроизводимость процесса и увеличить срок эксплуатации оборудования. На первом технологическом этапе на стеклянной подложке марки - формируется базовая пленка из слоя олова. Слой олова толщиной 900 нм наносится методом термического распыления на установке вакуумного напыления УВН 71 П-3 в вакууме 710-5 Торр. Температура подложки составляет 100 С. Получаемая в результате отжига в комбинированной атмосфере паров серы и селена пленка 0,50,5 толщиной 1,4 мкм имеет состав с атомным содержанием 2 14255 1 2011.04.30 компонент 67,98 ат. ,22,54 ат. ,9,36 ат.(определенным по данным количественного рентгеновского микроанализа, -360), что в пределах погрешности измерения близко к требуемому. Второй этап - формирование полупроводникового соединения сульфоселенида олова(1-) путем отжига базового слояпроводят в комбинированной атмосфере паров серы и селена в реакторной зоне промышленной диффузионной печи типа СДОМ. Подложки с осажденным слоемпомещают в контейнер. На расстоянии 2-3 мм под ними помещают лодочки с гранулами серы и селена с массами 60 и 147 мг соответственно. Контейнер загружают в реакционную камеру трехзонной диффузионной печи и камеру герметизируют металлической заглушкой с выводом на вытяжную вентиляцию для того,чтобы пары халькогенов (серы и селена) не попадали в атмосферу помещения. Для удаления из реакционной камеры кислорода и создания инертной газовой атмосферы реакционную камеру продувают газообразным азотом с расходом 100 л/ч в течение 15-20 мин. Затем расход азота уменьшают до 6 л/ч и контейнер вдвигают в зону с температурой 150170 С, в которой выдерживают 20-30 мин, а затем перемещают в зону с температурой 300-350 С и выдерживают в течение 15-20 мин. Далее охлаждают синтезированные пленки в течение 1 ч при токе азота 10 л/ч до комнатной температуры. Отжиг (сульфиризация/селенизация) базового слоя осуществляют при атмосферном давлении в потоке азота 2 в реакторной системе, границы которой обеспечивают поддержание избыточной концентрации халькогенов, создаваемой за счет испарения твердотельных источников (серы и селена) с соотношением, обеспечивающим стехиометрию синтезируемого слоя, при температурах 150-350 С в течение времени, необходимого для формирования однофазной 0,50,5 пленки. Преимуществом заявляемого способа по сравнению с известными является обеспечение возможности получения тонких пленок сульфоселенида олова с широким диапазоном физических свойств и упрощение технологии производства. Источники информации 1.В.,.,.0,50,5.38, 2003. - . 899-908. 2.,,.,,. .101, 093522, 2007. 3..,.,.,. . .. 1-4, 2009 /01 10 1002 /200881166. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4