Detonation spray method: features of technical implementation of the process and technology for obtaining ultrathin layers of semiconductor oxides

Павло Петрович Москвін, Валентин Анатолійович Рудніцький
2019 Vìsnik Žitomirsʹkogo Deržavnogo Tehnologìčnogo Unìversitetu: Tehnìčnì Nauki  
П.П. Москвін, д.ф.-м.н., проф. В.А. Рудніцький, к.ф.-м.н., доц. Державний університет «Житомирська політехніка» Метод детонаційного напилення: особливості технічної реалізації процесу та технологія отримання надтонких шарів напівпровідникових оксидів Розроблено конструкцію та модернізовано основні вузли обладнання для детонаційного напилення, що дозволяє проводити синтез напівпровідникових надтонких плівок. Модернізація установки проводилася з урахуванням особливостей термодинамічних
more » ... намічних властивостей напівпровідникових матеріалів. Наведено дані про основні елементи конструкцій адаптованих вузлів, вказано їх функціональне призначення. Особлива увага надається принципам роботи як самих модифікованих вузлів обладнання, так і їхньому функціональному взаємозв'язку при керуванні процесом синтезу шарів. Знайдено умови функціонування вузлів формування та запалювання газової воднево-кисневої суміші для отримання високоенергетичної ударної хвилі, що забезпечувала процес масопереносу речовини від джерела до підкладки при синтезі надтонких шарів оксидних напівпровідників. Особлива увага надана забезпеченню оптимальних газодинамічних умов розповсюдження зони підвищеного тиску в процесі переносу речовини від джерела до ростової підкладки. Розроблено конструкції та виготовлено системи перепускних клапанів, що забезпечують задану швидкість переключення газових потоків у процесі синтезу оксидів. Методом детонаційного напилення синтезовано надтонкі шари систем PbO та ZnO. Кристалографічні та морфологічні властивості поверхні плівок, що синтезовано методом детонаційного напилення, досліджено оптичними методами. Отримані фотографічні зображення проаналізовано методом мультифрактального аналізу. Доведено, що мультифрактальні параметри спектра площі поверхні наноформ, що формуються на поверхні росту шарів, за своєю величиною сумірні з відповідними параметрами для спектрів від поверхні шарів, які синтезовані вакуумними технологіями. Ключові слова: синтез наноплівок напівпровідників A 2 B 6 ; метод детонаційного напилення; морфологія поверхні; мультифрактальний аналіз. Стан проблеми та аналіз досліджень і публікацій, на які спирається автор. Одними з найбільш ефективних методів отримання надтонких шарів варто вважати методи нанесення покриття із середовища, стан якого близький до вакууму. Дуже мала густина середовища, з якого здійснюється формування плівок, відповідає за незначні величини потоків речовини від джерела до підкладки. Останнє обумовлює малу швидкість росту шарів. Це відкриває перспективи отримання надтонких шарів матеріалу та, навіть, наношарів. Використання газової фази як маточного середовища для проведення технологічних процесів епітаксіального нарощення відкриває можливість ефективного керування швидкістю масопереносу речовини до поверхні росту в дуже значних діапазонах. Дійсно, задаючи тиск парів у системі можна істотно впливати на швидкість переносу атомів до підкладки, а можливість змінювати геометричні умови переносу речовини роблять такі методи кристалізації актуальними і при синтезі шарів, що формуються з матеріалу, який знаходиться в термодинамічно нестабільному стані. Можливість значної варіації швидкості підводу речовини до фронту росту дозволяє реалізувати так звані «кінетичні» умови фазоутворення. В таких процесах умови термодинамічної рівноваги на поверхні росту не встигають реалізуватися. Дійсно, якщо процес фазоутворення в системі проводити таким чином, щоб на поверхні зростання твердої фази процеси спінодального розпаду не встигали б відбуватися, то з'являється можливість отримання шарів у їх термодинамічно нестабільному стані. Це твердження базується на експериментальних результатах [1-3], де повідомляється, що при використанні методів типу молекулярно-променевої епітаксії осаджувалися шари, склад яких відповідає нестабільному стану твердої фази. Сучасні технологічні методи синтезу надтонких шарів напівпровідникових твердих розчинів, як правило, проводять при досить низьких температурах. Саме використання низьких температур зумовлює як можливість отримання шарів з високою структурною досконалістю при їх високій хімічній чистоті, так і забезпечує досить низькі швидкості росту нової фази. Останнє є принципово важливим при отриманні наношарів. У той самий час вибір низьких робочих температур означає, що термодинамічний стан твердої фази основної сукупності твердих розчинів систем А 2 В 6 , які становлять практичний інтерес для сучасної оптоелектроніки, виявляється пересиченим і, як мінімум, близьким до стану спінодального
doi:10.26642/tn-2019-1(83)-228-235 fatcat:x7op2bc7incizldvk5gd6deq5u