Загоруйко Юрій Анатолійович. Модифікація фізичних властивостей широкозонних напівпровідників AIIBVI для отримання термостабільних елементів та гетероструктур для оптоелектроніки

brief description

Загоруйко Юрій Анатолійович. Модифікація фізичних властивостей широкозонних напівпровідників AIIBVI для отримання термостабільних елементів та гетероструктур для оптоелектроніки: дисертація д-ра техн. наук: 05.02.01 / НАН України; Інститут монокристалів. - Х., 2003. , табл

Загоруйко Ю.А.Модифікація фізичних властивостей широкозонних напівпровідників АIIВVIдля отримання термостабільних елементів та гетероструктур для оптоелектроніки.- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство.- Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2003.
Дисертація присвячена дослідженню та розробці технологічних основ термообробок кристалічних сполук АIIВVIдля керованої зміни їх оптичних і електрофізичних властивостей з метою конкретних застосувань в оптоелектрониці та силовій оптиці ІЧ діапазону. Розроблено і створено комплекс технологічних установок, які забезпечують проведення таких термообробок.
Досліджена променева міцність монокристалів АIIВVIу різних кристалографічних напрямках.
Проведені комплексні дослідження фізичних властивостей кристалів твердого розчину Zn1-xMgxSe (0,03 х 0,60); розроблено матеріал для термостабільних поляризаційних і електрооптичних елементів ІЧ діапазону.
Вперше виявлено ефект фотостимульованого окислення кристалічних сполук АIIВVIі за допомогою розробленої автоматизованої установки детально досліджено кінетику фотостимульованого окислення кристалів АIIВVI. Визначені оптимальні режими отримання структурно досконалих однорідних плівок ZnO оптичної якості. На основі отриманих результатів розроблені оптичні, електричні і оптоелектронні прилади з високими експлуатаційними характеристиками; запропоновані і створені термостабільні багатофункціональні інфрачервоні оптичні елементи прохідного типу з інтерференційними оксидними покриттями.

1. Розроблені технологічні основи проведення термічних обробок напівпровідникових кристалевих сполук АIIВVIпри одночасному нетермічному впливі інтенсивних зовнішніх чинників (оптичні опромінення та (або) електричні поля) для модифікації оптичних та електрофізичних властивостей кристалів для їх конкретнихвикористань.
Встановлено, що найбільш суттєві зміни оптичних і електрофізичних властивостей кристалевих сполук АIIВVIдосягаються внаслідок їх фототермічної ообробки в полі градієнту температури та при ізотермічній обробці в інтенсивному постійному зовнішньому електричному полі при одночасному впливі оптичного опромінення. Розроблений оригінальний спосіб фототермічної обробки призводить до значного зменшення в кристалах вмісту забруднюючих домішок вуглецю і кисню.
2. Вперше проведені комплексні дослідження структурних, оптичних, механічних, електричних та електрооптичних властивостей великогабаритних кристалів твердого розчину Zn1-xMgxSe в широкому діапазоні зміни хімічного складу (0,03 х 0,60). Отриманий матеріал являє собою монокристали ізовалентного твердого розчину заміщення. Домішка магнію приводить до зміни кристалічної структури селеніду цинка - відбувається фазовий перехід вюртцит- сфалерит. Встановлено, що при концентраціях Mg від 5 до 6 ат.% кристали мають особливу гексагональну структуру політип 4Н і відзначаються яскраво вираженою анізотропією механічних та оптичних властивостей, а також високими величинами механічної та променевої міцностей.
Вперше отримано, що електрооптичні показники твердих розчинів ZnІ-хMgxSe (при х~0,6) по порядку величини співпадають із відповідними показниками бінарних гексагональних кристалів АIIВVI(CdS, CdSe).
За результатами експериментальних досліджень розроблений матеріал Zn1-xMgxSe запропоновано для виготовлення термостабільних поляризаційних та електрооптичних елементів середнього ІЧ діапазону.
3. Вперше досліджено ефект фототермічного окислення напівпровідникових кристалів АIIВVI. Встановлено, що стимуляція процесу окислення при УФ опроміненні обумована: високими окисними властивостями озону, що створюється із кисня повітря під впливом опромінення, і стимулюючим впливом УФ опромінення на межу розподілу ”оксид-напівпровідник”.
Розроблена і створена автоматизована технологічна установка для досліджень кінетики процесів окислення напівпровідникових кристалів під впливом різноманітних зовнішніх факторів. Установка дозволяє: 1) проводити достовірні дослідження кінетики процесів окислення безпосередньо при температурі окислювального процесу, 2) отримувати нано- та мікрокристалеві оксидні плівки контрольованої товщини і гетероструктури типу оксид-напівпровідник”, 3) досліджувати процеси деградації напівпровідникових приборних структур під впливом електромагнітних та теплових полів.
4. Вперше встановлено, що оксидні плівки, які отримані на поверхні сполук АIIВVIметодом ФТО, мають значно більш досконалу структуру, більш високу термостабільність оптичних характеристик та кращі механічні властивості у порівнянні з відповідними характеристиками оксидних плівок, отриманих методом ТО. На основі детального дослідження властивостей плівок ZnO, отриманих методом ФТО, запропоновані і виготовлені термостабільні оптичні, електричні та оптоелектронні прилади з високими експлуатаційними характеристиками.
5. Розвинуто оптичні методи вимірювання малих оптичних втрат, внаслідок чого забезпечена можливість розподільного вимірювання у широкому температурному діапазоні малих коефіцієнтів поглинання та розсіювання ІЧ випромінення в оптичних матеріалах; створені методики та апаратура для локальних вимірів коефіцієнтів поглинання та розсіювання ІЧ випромінення в тонких зразках матеріалів із низькою теплопровідністю.
За допомогою розробленої модифікованої методики лазерної калориметрії і створеної оригінальної конструкції базової автоматизованої установки вперше в широкому інтервалі температур (до 750 К) виміряні температурні залежності поглинання ІЧ випромінювання в монокристаллах ZnSe і CdS.
6. Проведені детальні дослідження променевої міцності та особливостей лазерного руйнування монокристалів АIIВVIна різних кристалографічних гранях. Вперше виявлена люмінесценція (lmax~ 0,635 мкм, 300 К) монокристалів ZnSe: Cu під впливом локального ІЧ опромінення (l=10,6 мкм) допорогової потужності. Встановлено, що цей ефект спостерігається на зразках із концентрацією Cu (2.10-53.10-4) мас.%.
7. Запропонована і розроблена оригінальна конструкція термостабільного багатофункціонального широкоспектрального оптичного елемента прохідного типу, що поєднує функції пасивного оптичного елемента і датчика потужності безперервного або модульованого випромінювання ІЧ діапазону. На основі монокристалів Zn1-xMgxSe та ZnSe виготовлені термостабільні оптичні елементи з просвітлюючими ZnO-покриттями для роботи з інтенсивним випроміненням СО2-лазерів ( l = 10,6 мкм).