RU2155830C2 - Process of preparation of charge to produce solid solutions of chalcogenides of lead and tin by para-phase methods - Google Patents
Process of preparation of charge to produce solid solutions of chalcogenides of lead and tin by para-phase methods Download PDFInfo
- Publication number
- RU2155830C2 RU2155830C2 RU97111930A RU97111930A RU2155830C2 RU 2155830 C2 RU2155830 C2 RU 2155830C2 RU 97111930 A RU97111930 A RU 97111930A RU 97111930 A RU97111930 A RU 97111930A RU 2155830 C2 RU2155830 C2 RU 2155830C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- lead
- tin
- evaporation
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии полупроводниковых материалов и приборов, а более конкретно к технологии приготовления шихты для получения твердых растворов халькогенидов свинца и олова парофазными методами. The invention relates to the field of technology of semiconductor materials and devices, and more particularly to a technology for the preparation of a mixture for producing solid solutions of lead and tin chalcogenides by vapor-phase methods.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является разработка способа приготовления исходной шихты для выращивания монокристаллов и слоев твердых растворов халькогенидов свинца и олова парофазными методами. The technical problem solved by this invention is the development of a method for preparing the initial mixture for growing single crystals and layers of solid solutions of lead and tin chalcogenides by vapor-phase methods.
Существует ряд способов приготовления исходной шихты для получения халькогенидов свинца и олова и их твердых растворов. Согласно способу, описанному в [1], тонкий слой халькогенида свинца или олова наносят на внутреннюю поверхность реактора путем однократной сублимации-конденсации в условиях газодинамического потока. Далее реактор эвакуируют и производят длительный (100 часов) отжиг в условиях, близких к равновесным. В процессе отжига компоненты материала, избыточные по отношению к составу, соответствующему условию наименьшего общего давления в системе при температуре отжига pmin (T), отводятся в более холодную зону реактора. По окончании отжига материал собирают в слиток.There are a number of ways to prepare the initial mixture to obtain lead and tin chalcogenides and their solid solutions. According to the method described in [1], a thin layer of lead or tin chalcogenide is applied to the inner surface of the reactor by a single sublimation-condensation under gas-dynamic flow conditions. Next, the reactor is evacuated and a long (100 hours) annealing is performed under conditions close to equilibrium. During the annealing process, material components that are redundant with respect to the composition corresponding to the condition of the lowest total pressure in the system at the annealing temperature p min (T) are discharged to the colder zone of the reactor. At the end of annealing, the material is collected in an ingot.
Описанный способ обеспечивает получение шихты с фиксированным составом, соответствующим условию наименьшего общего давления pmin при температуре отжига для данного материала. Это позволяет обеспечить высокую воспроизводимость свойств монокристаллов и слоев бинарных соединений PbSnX (X - халькоген) [1, 6].The described method provides a mixture with a fixed composition corresponding to the condition of the lowest total pressure p min at the annealing temperature for a given material. This allows one to ensure high reproducibility of the properties of single crystals and layers of binary compounds PbSnX (X is chalcogen) [1, 6].
К недостаткам этого способа относятся:
- длительность процесса отжига;
- затрудненность глубокой очистки от остаточных примесей [1];
- невозможность подготовки больших объемов шихты в одном технологическом цикле; этот недостаток вытекает из необходимости нанесения обрабатываемого материала на стенки реактора в виде тонкого слоя;
- помимо этого, согласно положениям химической термодинамики [4] в квазибинарных системах на основе халькогенидов свинца и олова для данной температуры может существовать не более трех точек, соответствующих наименьшему общему давлению pmin, причем не более одной точки собственно для твердых растворов Pb1-xSnxX и не более одной - для каждого из бинарных компонентов PbX или SnX; поэтому по описанному способу при данной температуре отжига Tотж может быть приготовлен раствор с единственным значением молярного отношения x*, а приготовление твердого раствора с иными значениями x невозможно;
- способ непригоден для получения шихты соединений и твердых растворов, для которых условия минимума общего давления не существует, так как при этом в процессе отжига возможно нарушение гомогенности обрабатываемого материала.The disadvantages of this method include:
- the duration of the annealing process;
- the difficulty of deep cleaning from residual impurities [1];
- the impossibility of preparing large volumes of the charge in one technological cycle; this disadvantage stems from the need to apply the processed material on the walls of the reactor in the form of a thin layer;
- in addition, according to the provisions of chemical thermodynamics [4], in quasibinary systems based on chalcogenides of lead and tin for a given temperature there can be no more than three points corresponding to the lowest total pressure p min , and no more than one point proper for Pb 1-x solid solutions Sn x X and no more than one - for each of the binary components PbX or SnX; therefore, according to the described method, at a given annealing temperature T anne, a solution with a single molar ratio x * can be prepared, and the preparation of a solid solution with other x values is impossible;
- the method is unsuitable for producing a mixture of compounds and solid solutions for which the conditions of minimum total pressure do not exist, since during the annealing process, the homogeneity of the processed material may be violated.
Преодолеть первые три из указанных недостатков позволяет способ многократной циклической сублимации-конденсации (МЦСК) [1]. Overcome the first three of these disadvantages allows the method of multiple cyclic sublimation-condensation (MCCS) [1].
Способ МЦСК реализуется следующим образом. The MCSC method is implemented as follows.
Обрабатываемый материал помещают в эвакуированную ампулу, сааму ампулу помещают в трехзонный нагреватель таким образом, чтобы конец ампулы с материалом находился в наиболее горячей части. Обрабатываемый материал сублимирует в наиболее горячей зоне и конденсируется в зоне с промежуточной температурой, а избыточные собственные компоненты и примеси отводятся в наиболее холодный конец ампулы. Нагреватель с постоянной скоростью надвигают на ампулу. При этом процесс сублимации-конденсации многократно циклически повторяется. The material to be processed is placed in an evacuated ampoule, the Sami ampoule is placed in a three-zone heater so that the end of the ampoule with the material is in the hottest part. The processed material sublimates in the hottest zone and condenses in the zone with an intermediate temperature, and excess intrinsic components and impurities are discharged to the coldest end of the ampoule. The heater is pushed onto the ampoule at a constant speed. In this case, the process of sublimation-condensation is repeatedly cyclically repeated.
Однако к недостаткам этого способа по-прежнему относятся:
- невозможность получения для данной температуры отжига более одного фиксированного состава твердых растворов Pb1-xSnxX для систем, в которых существует точка наименьшего общего давления pmin;
- невозможность использования этого способа для подготовки шихты материалов, для которых не существует условия pmin.However, the disadvantages of this method still include:
- the impossibility of obtaining for a given annealing temperature more than one fixed composition of Pb 1-x Sn x X solid solutions for systems in which there is a point of least total pressure p min ;
- the inability to use this method for preparing a charge of materials for which there is no condition p min .
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ [2], выбранный за прототип. Closest to the technical nature of the claimed is the method [2], selected for the prototype.
Согласно этому способу материал синтезируют из элементов в расплаве, затем проводят нормальную направленную кристаллизацию расплава, удаляют конечную часть слитка, обогащенную примесями и избыточными собственными компонентами, измельчают и обрабатывают пересублимацией в динамическом вакууме. Пересублимация производится в отпаянной ампуле, один конец которой помещается в печь, а другой выводится наружу и погружается в сосуд Дьюара с жидким азотом. При этом обрабатываемый материал конденсируется на стенках ампулы в том месте, где температура соответствует температуре конденсации паров материала, а избыточные собственные компоненты и примеси - в охлажденном конце ампулы. According to this method, the material is synthesized from elements in the melt, then normal directed crystallization of the melt is carried out, the final part of the ingot enriched with impurities and excess intrinsic components is removed, crushed and processed by sublimation in a dynamic vacuum. Re-sublimation is carried out in a sealed ampoule, one end of which is placed in the furnace, and the other is brought out and immersed in a Dewar vessel with liquid nitrogen. In this case, the processed material condenses on the walls of the ampoule in the place where the temperature corresponds to the condensation temperature of the material vapor, and the excess intrinsic components and impurities in the cooled end of the ampoule.
Такой способ приготовления шихты характеризуется высокой производительностью, обеспечивает глубокую очистку от примесей и избытка собственных компонентов. This method of preparation of the mixture is characterized by high productivity, provides deep cleaning from impurities and excess of its own components.
Однако наличие неоднородного теплового поля в печи будет приводить к тому, что в зоне конденсации обрабатываемого материала будет существовать некоторое распределение молярного отношения по длине конденсируемого слитка. То есть полученный материал будет неоднороден по величине x, что делает невозможным в дальнейшем получение воспроизводимых по составу слоев и кристаллов. However, the presence of an inhomogeneous thermal field in the furnace will lead to the fact that in the condensation zone of the processed material there will be some distribution of the molar ratio along the length of the condensed ingot. That is, the resulting material will be heterogeneous in magnitude x, which makes it impossible in the future to obtain reproducible in composition of layers and crystals.
Помимо этого, способ по-прежнему непригоден для приготовления материалов, для которых не существует условия минимума общего давления pmin, так как при такой обработке возможно образование новых фаз.In addition, the method is still unsuitable for the preparation of materials for which there is no condition for a minimum of total pressure p min , since with this treatment it is possible to form new phases.
Целью настоящего изобретения является улучшение воспроизводимости состава и электрофизических свойств слоев и кристаллов (либо повышение выхода годных к дальнейшему использованию слоев и кристаллов) твердых растворов халькогенидов свинца и олова. The aim of the present invention is to improve the reproducibility of the composition and electrophysical properties of layers and crystals (or increase the yield of usable layers and crystals) of solid solutions of lead and tin chalcogenides.
Поставленная цель достигается тем, что подготовку шихты для получения твердых растворов халькогенидов свинца и олова производят путем синтеза материала шихты из элементов в расплаве, нормальной направленной кристаллизацией расплава, удаления части слитка, обогащенной избыточными собственными компонентами и примесями, измельчения и обработки пересублимацией в динамическом вакууме, причем согласно формуле изобретения производят гомогенизирующий отжиг при постоянной температуре, затем выделяют фракцию зерен с диаметром 200-500 мкм и производят предварительное испарение при температуре, равной температуре испарения при выращивании слоев и кристаллов в течение времени, необходимого для вывода системы на режим стабилизации состава паров. This goal is achieved in that the preparation of the mixture to obtain solid solutions of chalcogenides of lead and tin is carried out by synthesizing the material of the mixture from the elements in the melt, normal directed crystallization of the melt, removing part of the ingot enriched with excess intrinsic components and impurities, grinding and processing by sublimation in a dynamic vacuum, moreover, according to the claims, homogenizing annealing is performed at a constant temperature, then a grain fraction with a diameter of 200-500 microns and so forth is isolated plaguing prior evaporation at a temperature equal to the evaporation temperature during the growth of crystals in the layers and during the time necessary for the output system on stabilizing composition vapor mode.
Все перечисленные признаки в совокупности необходимы и достаточны для реализации заявляемого способа подготовки шихты для получения слоев халькогенидов свинца и олова с достижением улучшения воспроизводимости их состава и электрофизических свойств. All of the above characteristics in the aggregate are necessary and sufficient for the implementation of the proposed method of preparation of the mixture to obtain layers of chalcogenides of lead and tin to achieve improved reproducibility of their composition and electrophysical properties.
Необходимость введения операций гомогенизирующего отжига при постоянной температуре обусловлена тем, что в слитке, полученном после обработки пересублимацией в динамическом вакууме, имеется неоднородное распределение молярного отношения по его длине. Гомогенизирующий отжиг обеспечивает получение однородного по величине x слитка. The need to introduce operations of homogenizing annealing at a constant temperature is due to the fact that the ingot obtained after processing by sublimation in a dynamic vacuum has an inhomogeneous distribution of the molar ratio along its length. Homogenizing annealing ensures that the ingot is uniform in size x.
Необходимость выделения фракции зерен диаметром 200-500 мкм обусловлена следующими причинами. The necessity of isolating the grain fraction with a diameter of 200-500 microns is due to the following reasons.
Как было экспериментально показано в [3], временная зависимость молярного отношения xv в парах над твердыми растворами Pb1-xSnxX (где X - халькоген) имеет характерный вид, показанный на чертеже.As was experimentally shown in [3], the time dependence of the molar ratio x v in vapors over Pb 1-x Sn x X solid solutions (where X is chalcogen) has the characteristic form shown in the drawing.
Участок II соответствует стабилизации молярного отношения в парах, а именно на том участке могут быть получены воспроизводимые по составу слои. Этому участку также соответствует постоянство содержания в парах избыточного компонента (металла или халькогена) [3]. Section II corresponds to the stabilization of the molar ratio in vapors, namely, layers reproducible in composition can be obtained in that section. This section also corresponds to the constancy of the content of the excess component (metal or chalcogen) in the vapors [3].
Протяженность участка II определяется размерами зерен исходной шихты. Для зерен, имеющих диаметр менее 200 мкм, участка стабилизации не существует, поэтому получение слоев и кристаллов, воспроизводимых по составу и свойствам, невозможно. Участок стабилизации появляется при диаметре зерна шихты около 200 мкм и его протяженность увеличивается с увеличением диаметра зерна. The length of section II is determined by the grain size of the initial charge. For grains having a diameter of less than 200 μm, a stabilization section does not exist, therefore, obtaining layers and crystals reproducible in composition and properties is impossible. The stabilization area appears when the grain diameter of the mixture is about 200 μm and its length increases with increasing grain diameter.
Однако с увеличением диаметра зерна уменьшается скорость роста слоев и кристаллов ввиду уменьшения общей площади поверхности, с которой происходит испарение. Ввиду этого увеличение диаметра зерна свыше 500 мкм является нецелесообразным. However, with an increase in grain diameter, the growth rate of layers and crystals decreases due to a decrease in the total surface area with which evaporation occurs. In view of this, an increase in grain diameter above 500 μm is impractical.
На зависимостях молярного отношения в парах от времени испарения (см. чертеж) имеется начальный участок. На этом участке происходит изменение состава пара со временем, поэтому для обеспечения воспроизводимости состава получаемых образцов необходимо предварительное испарение в течение времени, определяемого участком I [3] . Строго говоря, воспроизводимость состава и электрофизических свойств слоев может быть обеспечена и при выборе большей длительности предварительного испарения. Однако при этом по истечении времени τ будет происходить непроизводительный расход материала шихты. Поэтому более длительное предварительное испарение нецелесообразно. Уровень стабилизации состава на участке II xv o определяется температурой испарения. Если температура предварительного испарения отличается от температуры испарения при выращивании слоев и кристаллов, то ввиду различия значений xo для этих температур состав пара в процессе выращивания будет изменяться. То есть будет наблюдаться процесс, аналогичный участку I на чертеже. Соответственно воспроизводимость состава и свойств получаемых образцов не может быть обеспечена. Поэтому предварительное испарение необходимо проводить при температуре, равной Tисп, при выращивании кристаллов и слоев.The dependences of the molar ratio in pairs on the evaporation time (see drawing) have an initial section. In this section, the composition of the vapor changes over time, therefore, to ensure reproducibility of the composition of the obtained samples, preliminary evaporation is necessary during the time determined by section I [3]. Strictly speaking, the reproducibility of the composition and electrophysical properties of the layers can be ensured by choosing a longer duration of preliminary evaporation. However, in this case, after the expiration of time τ, the unproductive consumption of the charge material will occur. Therefore, a longer preliminary evaporation is impractical. The stabilization level of the composition in section II x v o is determined by the evaporation temperature. If the pre-evaporation temperature differs from the evaporation temperature during the growth of layers and crystals, then due to the difference in x o values for these temperatures, the composition of the vapor during the growing process will change. That is, a process similar to section I in the drawing will be observed. Accordingly, reproducibility of the composition and properties of the obtained samples cannot be ensured. Therefore, preliminary evaporation must be carried out at a temperature equal to T isp , when growing crystals and layers.
Докажем существенность отличий. В заявленной совокупности признаков выделение фракции зерен с диаметром 200-500 мкм, предварительное испарение в течение времени, вычисляемого согласно работе [3], а также отжиг при постоянной температуре 800-1000oC являются новыми признаками, впервые предлагаемыми авторами. Что же касается проведения предварительного испарения при температуре, равной температуре испарения в процессе выращивания слоев и кристаллов, то этот признак, в принципе, известен, но в совокупности с признаками, перечисленными выше, приводит к совершенно различным положительным эффектам.Let us prove the significance of the differences. In the claimed combination of features, the isolation of a grain fraction with a diameter of 200-500 μm, preliminary evaporation during the time calculated according to [3], and also annealing at a constant temperature of 800-1000 o C are new features, first proposed by the authors. As for the preliminary evaporation at a temperature equal to the evaporation temperature in the process of growing layers and crystals, this feature is, in principle, known, but in combination with the features listed above, leads to completely different positive effects.
Новые признаки при наличии всей совокупности признаков, указанных в формуле изобретения, приводят к совершенно новому положительному эффекту: достижению наиболее высокой воспроизводимости состава и электрофизических свойств слоев и кристаллов, получаемых парофазными методами, по сравнению с другими существующими методами. New signs in the presence of the totality of the characteristics indicated in the claims lead to a completely new positive effect: achieving the highest reproducibility of the composition and electrophysical properties of the layers and crystals obtained by vapor-phase methods, compared with other existing methods.
Это позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию существенности отличий. This allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of materiality of differences.
Подготовка шихты для получения слоев и кристаллов соединений A4B6 или их твердых растворов по предлагаемому способу производится следующим образом.The preparation of the mixture to obtain layers and crystals of compounds A 4 B 6 or their solid solutions by the proposed method is as follows.
Халькогенид свинца или олова или твердые растворы синтезируют в расплаве в эвакуированных кварцевых ампулах из элементов при температуре 1350-1400 К. Далее производят кристаллизацию расплава по вертикальному варианту метода Бриджмена. При этом избыток собственных компонентов (металлов либо халькогена) оттесняется фронтом кристаллизации в верхнюю часть слитка. Обогащенную избытком собственных компонентов часть слитка отрезают. Lead or tin chalcogenide or solid solutions are synthesized in a melt in evacuated quartz ampoules from elements at a temperature of 1350-1400 K. Then, the melt is crystallized according to the vertical version of the Bridgman method. In this case, the excess of intrinsic components (metals or chalcogen) is forced out by the crystallization front to the upper part of the ingot. Enriched with an excess of its own components, part of the ingot is cut off.
Оставшийся слиток измельчают и помещают в кварцевый реактор. Реактор эвакуируют до давления не выше 10-3 Па и устанавливают в печь таким образом, чтобы конец реактора, содержащий материал, находился в высокотемпературной зоне печи, а свободный конец выходил из печи наружу. Обработку в динамическом вакууме проводят при температуре в печи, выбираемой из условия Tпечи= 0,75 TS, где Ts - температура солидуса для заданного состава x твердых растворов Pb1-xSnxX (X - халькоген).The remaining ingot is ground and placed in a quartz reactor. The reactor is evacuated to a pressure of no higher than 10 -3 Pa and installed in the furnace so that the end of the reactor containing the material is in the high-temperature zone of the furnace and the free end leaves the furnace. Processing in a dynamic vacuum is carried out at a furnace temperature selected from the condition T furnace = 0.75 T S , where T s is the solidus temperature for a given composition x of solid solutions Pb 1-x Sn x X (X is chalcogen).
По завершении обработки в динамическом вакууме материал запаивают в кварцевую ампулу при остаточном давлении атмосферы в ампуле не выше 10-3 Па, помещают в изотермическую зону печи, и производят отжиг при температуре 800-1000oC. Далее шихту последовательно просеивают через сита с размером ячейки 500 мкм и 200 мкм. При этом на втором сите остается фракция зерен с диаметром 200-500 мкм. Далее эту фракцию помещают непосредственно в испарительное устройство и проводят предварительное испарение согласно формуле изобретения.Upon completion of processing in dynamic vacuum, the material is sealed in a quartz ampoule at a residual pressure of the atmosphere in the ampoule not higher than 10 -3 Pa, placed in the isothermal zone of the furnace, and annealed at a temperature of 800-1000 o C. Next, the mixture is successively sieved through sieves with a mesh size 500 microns and 200 microns. At the same time, a grain fraction with a diameter of 200-500 microns remains on the second sieve. Next, this fraction is placed directly in the evaporation device and carry out preliminary evaporation according to the claims.
Пример 1. Example 1
Приготавливали шихту для получения твердого раствора Pb0,93Sn0,07Se по заявляемому способу. Исходную загрузку синтезировали из свинца марки C-000, олова марки ОСЧ и селена марки ЧДА.The mixture was prepared to obtain a solid solution of Pb 0.93 Sn 0.07 Se by the present method. The initial batch was synthesized from lead of the C-000 grade, tin of the OSCh grade and selenium of the ChDA grade.
Состав материала задавался путем взвешивания на аналитических весах с точностью ±0,1 мг. The composition of the material was set by weighing on an analytical balance with an accuracy of ± 0.1 mg.
Синтез проводили в эвакуированных кварцевых ампулах с двойными стенками при температуре 1400 К в течение 3 часов. Остаточное давление в ампулах в момент отпайки было менее 5•10-3 Па. Кристаллизацию синтезированного материала проводили по вертикальному варианту метода Бриджмана со скоростью протяжки ампулы 1 мм/ч. Верхнюю часть слитка отрезали. Остаток измельчали в агатовой ступке и помещали в контейнер для обработки в динамическом вакууме. Контейнер устанавливали в печь таким образом, чтобы конец, содержащий обрабатываемый материал, помещался в горячую зону печи. Температуру горячей зоны поддерживали равной 810oC. Обработку проводили в течение 10 часов.The synthesis was carried out in evacuated quartz ampoules with double walls at a temperature of 1400 K for 3 hours. The residual pressure in the ampoules at the time of desoldering was less than 5 • 10 -3 Pa. The synthesized material was crystallized according to the vertical version of the Bridgman method with an ampoule pulling speed of 1 mm / h. The upper part of the ingot was cut off. The residue was crushed in an agate mortar and placed in a container for processing in dynamic vacuum. The container was installed in the furnace so that the end containing the processed material was placed in the hot zone of the furnace. The temperature of the hot zone was maintained equal to 810 o C. the Processing was carried out for 10 hours.
Далее обрабатываемый материал помещали в ампулу, эвакуировали до давления 10-3 Па, отпаивали и устанавливали в изотермическую зону печи. Гомогенизирующий отжиг проводили в течение 64 часов при температуре 810oC. Полученный таким образом материал просеивали последовательно через сита с диаметром ячеек 500 мкм и 200 мкм.Next, the processed material was placed in an ampoule, evacuated to a pressure of 10 -3 Pa, soldered and installed in the isothermal zone of the furnace. Homogenizing annealing was carried out for 64 hours at a temperature of 810 ° C. The material thus obtained was sieved successively through sieves with a mesh diameter of 500 μm and 200 μm.
Фракцию зерен, оставшуюся на сите с диаметром ячеек 200 мкм (то есть фракцию с диаметром зерен 200-500 мкм), помещали в устрйоство для выращивания слоев соединений A4B6 методом горячей стенки. Конструкция устройства подробно описана в [7]. Предварительное испарение производили в течение 63 минут при температуре 805 К (время испарения рассчитано согласно [5]). Далее к испарительному устройству подводили подложку из монокристаллического фтористого бария, сколотого по плоскости (111) и производили выращивание пленки в течение 60 мин. Температура подложки Tподл=630 К.The grain fraction remaining on a sieve with a mesh diameter of 200 μm (i.e., the fraction with a grain diameter of 200-500 μm) was placed in a device for growing layers of A 4 B 6 compounds by the hot wall method. The design of the device is described in detail in [7]. Preliminary evaporation was carried out for 63 minutes at a temperature of 805 K (the evaporation time was calculated according to [5]). Next, a substrate of monocrystalline barium fluoride chipped along the (111) plane was brought to the evaporating device and the film was grown for 60 min. The temperature of the substrate T vap = 630 K.
По завершении процесса выращивания подводили следующую подложку. Процесс выращивания повторялся для 10 подложек при идентичных технологических параметрах. Общее время испарения (без учета предварительного испарения) составило 10,5 часов. Скорость роста слоев - 2,3 мкм/ч. At the end of the growing process, the following substrate was let down. The growing process was repeated for 10 substrates with identical technological parameters. The total evaporation time (excluding preliminary evaporation) was 10.5 hours. The layer growth rate is 2.3 μm / h.
Состав x1 полученных слоев контролировали методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Расчет состава по измеренным интенсивностям аналитических линий характеристического рентгеновского излучения свинца PbL и SnL осуществляли по методике ZAF [8]. Относительная погрешность в определении состава - не более 2 отн.%. Помимо этого в полученных слоях контролировали величину фактора Холла RH и коэффициента термоЭДС α.
Погрешности измерений RH и α оценивались путем проведения серии из 20 измерений на одном образце. Величины относительных погрешностей RH и α составили соответственно 5% и 3% (относительных).The composition x 1 of the obtained layers was monitored by x-ray spectral microanalysis (PCMA). The composition was calculated from the measured intensities of the analytical lines of the characteristic x-ray emission of lead PbL and SnL by the ZAF method [8]. The relative error in determining the composition is not more than 2 rel.%. In addition, the Hall factor R H and thermoEMF coefficient α were controlled in the obtained layers.
The measurement errors R H and α were estimated by carrying out a series of 20 measurements on one sample. The relative errors R H and α were 5% and 3% (relative), respectively.
Результаты измерений x1, RH и α полученных слоев сведены в таблицу 1.The measurement results x 1 , R H and α of the obtained layers are summarized in table 1.
Как видно из таблицы 1, параметры, характеризующие состав и электрофизические свойства получаемых слоев, остаются постоянными в пределах точности измерений. Этот результат свидетельствует о достижении эффекта обеспечения воспроизводимости состава и свойств получаемых слоев. As can be seen from table 1, the parameters characterizing the composition and electrophysical properties of the obtained layers remain constant within the accuracy of the measurements. This result indicates the achievement of the effect of ensuring the reproducibility of the composition and properties of the obtained layers.
Пример 2. Example 2
Фракцию зерен размерами менее 200 мкм, полученную в результате просеивания через сито с размерами ячеек 200 мкм при подготовке шихты Pb0,93Sn0,07Se загружали в испарительное устройство для получения слоев методом "горячей стенки" и проводили предварительное испарение в течение 63 минут при Tиспар=805 К. Выращивание пленок производили аналогично примеру 1. Время роста каждого слоя - 60 минут. Tподп= 630 К, общее время испарения шихты в процессе роста - 5,2 часа.Grain fraction smaller than 200 microns, obtained by sieving through a sieve with a mesh size of 200 microns when preparing the charge Pb 0,93 Sn 0,07 Se was loaded into the evaporation device for producing layers by the method of "hot wall" and pre-evaporation was carried out for 63 minutes at T evap = 805 K. The films were grown in the same way as in Example 1. The growth time of each layer was 60 minutes. T sub = 630 K, the total evaporation time of the charge in the growth process is 5.2 hours.
Было получено 5 слоев. Величины x1, RH и α контролировали аналогично примеру 1.5 layers were obtained. The values of x 1 , R H and α were controlled analogously to example 1.
Результаты измерения этих параметров сведены в таблицу 2. Как видно из таблицы 2, свойства слоев изменяются в процессе испарения. Таким образом, при использовании фракции зерен с диаметром < 200 мкм не может быть обеспечена удовлетворительная воспроизводимость состава и электрофизических свойств получаемых слоев. The measurement results of these parameters are summarized in table 2. As can be seen from table 2, the properties of the layers change during evaporation. Thus, when using a grain fraction with a diameter of <200 μm, satisfactory reproducibility of the composition and electrophysical properties of the obtained layers cannot be ensured.
Пример 3. Example 3
Приготавливали шихту для получения твердого раствора Pb1-xSnxSe по предлагаемому способу. Состав исходной загрузки соответствовал формуле Pb0,9Sn0,1Se. Операции по подготовке шихты соответствовали описанным в примере 1. После просеивания на ситах фракцию зерен помещали в реактор для получения слоев методом "горячей стенки" и производили предварительное испарение при температуре 843 К в течение 57 минут (рассчитано согласно работе [3]).The mixture was prepared to obtain a solid solution of Pb 1-x Sn x Se by the proposed method. The composition of the initial load corresponded to the formula Pb 0.9 Sn 0.1 Se. The charge preparation operations corresponded to those described in Example 1. After sieving on sieves, the grain fraction was placed in the reactor to obtain layers by the “hot wall” method and preliminary evaporation was performed at a temperature of 843 K for 57 minutes (calculated according to [3]).
Далее производили выращивание слоев. Температура испарения составляла 843 К, Tподл = 650 К, время выращивания одного слоя - 30 минут. Всего было получено 6 слоев, общее время испарения - 3,5 часа. Контролировали молярное отношение x1, величины RH и α. Методы контроля и погрешности измерений аналогичны примеру 1. Результаты измерений сведены в таблицу 3.Next, layers were grown. The evaporation temperature was 843 K, T vap = 650 K, the growing time of one layer was 30 minutes. A total of 6 layers were obtained; the total evaporation time was 3.5 hours. The molar ratio x 1 , the values of R H and α were controlled. Control methods and measurement errors are similar to example 1. The measurement results are summarized in table 3.
Как видно из таблицы 3, в пределах точности анализа состав и свойства слоев остаются постоянными в течение всего процесса их выращивания. Таким образом достигается положительный эффект - воспроизводимость состава и электрофизических свойств получаемых слоев. As can be seen from table 3, within the accuracy of the analysis, the composition and properties of the layers remain constant throughout the process of their growth. Thus, a positive effect is achieved - the reproducibility of the composition and electrophysical properties of the resulting layers.
Пример 4. Example 4
Шихта, полученная в соответствии с примером 3, проходила предварительную обработку при температуре 843 К в течение 20 минут (время меньшее, чем рассчитываемое по работе [3]). Выращивание слоев проводили при Tиспар = 843 К, Tподл= 650 К, время выращивания каждого слоя 30 минут. Было получено 5 слоев, общее время испарения 3 - 5 часов. Результаты измерения x1, RH и α сведены в таблицу 4.The mixture obtained in accordance with example 3, was pretreated at a temperature of 843 K for 20 minutes (less time than that calculated by [3]). The layers were grown at T evap = 843 K, T vap = 650 K, the growth time of each layer was 30 minutes. It was obtained 5 layers, the total evaporation time of 3 to 5 hours. The measurement results x 1 , R H and α are summarized in table 4.
Как видно из таблицы 4, свойства образцов N 1 и N 2 существенно отличаются от свойств образцов NN 3, 4, 5. Причем свойства последних в пределах точности анализа не различаются. Следует отметить, что сумма времени предварительного испарения и времени выращивания первого слоя меньше, чем расчетное время предварительного испарения (57 минут). Согласно чертежу в процессе предварительного испарения происходит изменение молярного отношения в парах. По этой причине уменьшение времени предварительного испарения нецелесообразно, так как свойства первых образцов получаемой затем серии не будут воспроизводимыми до тех пор, пока сумма фактического времени предварительного испарения и времени испарения в процессе выращивания не превысит расчетное время предварительного испарения. Применительно к процессу выращивания монокристаллов халькогенидов свинца-олова недостаточная длительность предварительного испарения будет приводить к тому, что на начальном участке получаемые кристаллы будут неоднородными по составу x. As can be seen from table 4, the properties of
Пример 5. Example 5
Шихту Pb0,93Sn0,07Se готовили аналогично примеру 1. Фракцию зерен, оставшуюся на сите с диаметром ячеек 500 мкм (то есть фракцию с диаметром свыше 500 мкм) помещали в устройство для выращивания слоев соединений A4B6 методом "горячей стенки". Проводили предварительное испарение при температуре 805 К в течение 63 минут.A mixture of Pb 0.93 Sn 0.07 Se was prepared analogously to example 1. The grain fraction remaining on a sieve with a mesh diameter of 500 μm (that is, the fraction with a diameter of over 500 μm) was placed in a device for growing layers of compounds A 4 B 6 by the "hot" method walls. " Pre-evaporation was carried out at a temperature of 805 K for 63 minutes.
Выращивание пленок производили аналогично примеру 1. Время выращивания каждого слоя составило 60 минут. Температура подложки Tподл=630 К.The growth of the films was carried out analogously to example 1. The growing time of each layer was 60 minutes. The temperature of the substrate T vap = 630 K.
Было получено 6 слоев. Скорость роста слоев составила 0,31 мкм/ч. Следует отметить, что для практических целей требуются слои толщиной не менее 1,5 мкм. При использовании фракции зерен с диаметром > 500 мкм для получения одного слоя требуемой толщины необходимо более 5 часов. Ввиду этого использование этой фракции зерен нецелесообразно. 6 layers were obtained. The layer growth rate was 0.31 μm / h. It should be noted that for practical purposes, layers of a thickness of at least 1.5 microns are required. When using a grain fraction with a diameter> 500 μm, more than 5 hours are required to obtain one layer of the required thickness. In view of this, the use of this fraction of grains is impractical.
Список литературы
1. Парамонов В.И. Влияние кинетики сублимации на электрофизические и люминесцентные свойства сульфида и селенида свинца. /Автореф. дисс. канд. физ. -мат. наук. - М., 1988.List of references
1. Paramonov V.I. The effect of the kinetics of sublimation on the electrophysical and luminescent properties of lead sulfide and selenide. / Abstract. diss. Cand. physical -mat. sciences. - M., 1988.
2. Preier H. "Recent Advances in Lead-Chalcogenide diode Lasers." - Applied Physics, 1979, v.20, N 3, p. 189-206. 2. Preier H. "Recent Advances in Lead-Chalcogenide diode Lasers." - Applied Physics, 1979, v. 20, No. 3, p. 189-206.
3. Махин А. В. Физико-химические закономерности кристаллизации слоев Pb1-xSnxSe и PbTe, легированного галлием. / Автореф. дисс. канд. физ-мат. наук. -Л., 1990.3. Makhin A. V. Physicochemical laws of crystallization of the Pb 1-x Sn x Se and PbTe layers doped with gallium. / Abstract. diss. Cand. physical mat. sciences. -L., 1990.
4. Пригожин И. П. , Дефэй Р. Химическая термодинакика. - Новосибирск, Наука, 1966. 4. Prigozhin I.P., Defey R. Chemical thermodynamics. - Novosibirsk, Science, 1966.
5. Ковалев А. Н. , Медведев С.А., Парамонов В.И. Исследование влияния многократной сублимационной очистки на свойства селенида свинца. - Электронная техника. Сер. 6. Материалы. - 1979, N 4, с. 70-74. 5. Kovalev A. N., Medvedev S. A., Paramonov V. I. Investigation of the effect of repeated freeze-drying on the properties of lead selenide. - Electronic equipment. Ser. 6. Materials. - 1979,
6. Ковалев А. Н., Парамонов В.И. Формирование фоточувствительных слоев сульфида свинца. - Поверхность. Физика, химия, механика. - 1985, N 4, с. 96-101. 6. Kovalev A.N., Paramonov V.I. The formation of photosensitive layers of lead sulfide. - The surface. Physics, chemistry, mechanics. - 1985,
7. Махин А.В., Яськов Д.А. Выращивание слоев твердых растворов селенидов свинца и олова методом горячей стенки. / Изв. ЛЭТИ.: Сб. научн. тр. Ленингр. электротехн. ин-т. - Л., 1989, с. 97-100. 7. Makhin A.V., Yaskov D.A. Growing layers of solid solutions of lead and tin selenides by the hot wall method. / Izv. LETI .: Sat. scientific tr Leningrad electrical engineer institute - L., 1989, p. 97-100.
8. Дугужев Ш. М. , Махин А.В., Мошников В.А., Яськов Д.А. Особенности рентгеноспектрального микроанализа полупроводниковых твердых растворов. / Труды 2-й междунар. конф. по электронно-лучевым технологиям "ЭЛТ-88". - Варна, 1988, с. 829-833. 8. Duguzhev Sh. M., Makhin A.V., Moshnikov V.A., Yaskov D.A. Features of x-ray microanalysis of semiconductor solid solutions. / Proceedings of the 2nd Int. conf. on electron beam technologies "ELT-88". - Varna, 1988, p. 829-833.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111930A RU2155830C2 (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | Process of preparation of charge to produce solid solutions of chalcogenides of lead and tin by para-phase methods |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111930A RU2155830C2 (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | Process of preparation of charge to produce solid solutions of chalcogenides of lead and tin by para-phase methods |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97111930A RU97111930A (en) | 1999-06-10 |
| RU2155830C2 true RU2155830C2 (en) | 2000-09-10 |
Family
ID=20195248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97111930A RU2155830C2 (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | Process of preparation of charge to produce solid solutions of chalcogenides of lead and tin by para-phase methods |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2155830C2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD160522A1 (en) * | 1980-10-10 | 1983-08-17 | Alexander Klimakow | METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR COMPOUNDS |
| DD228310A1 (en) * | 1982-01-25 | 1985-10-09 | Univ Berlin Humboldt | METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR CRYSTALS |
-
1997
- 1997-07-09 RU RU97111930A patent/RU2155830C2/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD160522A1 (en) * | 1980-10-10 | 1983-08-17 | Alexander Klimakow | METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR COMPOUNDS |
| DD228310A1 (en) * | 1982-01-25 | 1985-10-09 | Univ Berlin Humboldt | METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR CRYSTALS |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PREIER H. "Recent Advances in Lead-Chalcogenide diode Lasers", - Applied Physics, 1979, v.20, N 3, p.189 - 206. * |
| SZCZERBAKOW A. Influence of thermale radiation on crystal growth by sublimation of A IV B VI solid solution on source materiale. J.CRYST. GROWTH, 1987, v.82, N 4 p.709 - 716. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060174826A1 (en) | Tantalum based crucible | |
| PL173917B1 (en) | Method of obtaining a crystalline lamellar structure | |
| US7371281B2 (en) | Silicon carbide single crystal and method and apparatus for producing the same | |
| Komar et al. | Characterization of CdZnTe crystals grown by HPB method | |
| TWI688681B (en) | Compound semiconductor and its manufacturing method | |
| US7537659B2 (en) | Method of obtaining a CdTe or CdZnTe single crystal and the single crystal thus obtained | |
| Su et al. | Growth of ZnTe by physical vapor transport and traveling heater method | |
| RU2155830C2 (en) | Process of preparation of charge to produce solid solutions of chalcogenides of lead and tin by para-phase methods | |
| Popovych et al. | The effect of chlorine doping concentration on the quality of CdTe single crystals grown by the modified physical vapor transport method | |
| Ghosh et al. | Preparation and electrical properties of thin films of antimony sulphur iodide (SbSI) | |
| US4584054A (en) | Solids refining process | |
| US8679248B2 (en) | GaN whiskers and methods of growing them from solution | |
| Kestigian et al. | Cadmium zinc telluride substrate growth, characterization, and evaluation | |
| Sen et al. | Improved quality of bulk II-VI substrates for HgCdTe and HgZnTe epitaxy | |
| EP1013801A1 (en) | Process and apparatus for synthesizing and growing crystals | |
| Pandey | A new method for the growth of Pb1− xSnxTe single crystals | |
| Volodin et al. | Infrared photoluminescence from GeSi nanocrystals embedded in a germanium–silicate matrix | |
| Vijayakumar et al. | Electrical resistivity studies on Cd0. 9Zn0. 1Te single crystals grown by travelling heater method | |
| Zhu et al. | Modified growth of Cd1− xZnxTe single crystals | |
| RU1827693C (en) | Method of determination of temperature of change of type of conductance on boundary of regions of homogeneity of compounds | |
| Greenwald et al. | Research on HgCdTe Fabrication Using Directed Energy Techniques | |
| US4720373A (en) | Solids refining apparatus | |
| JP2700123B2 (en) | Liquid phase epitaxy growth method and apparatus for HgCdTe | |
| Klausutis et al. | Growth of CdTel− x Sex by the LEC and bridgman techniques | |
| Glass et al. | Control of Defects and Impurities in Production of CdZnTe Crystals by the Bridgman Method |