Халькогенидные материалы: технология производства и границы применения

Физико-химические свойства халькогенидных металлов и стеклообразных полупроводников. Наноструктурированные халькогенидные пленки Ge2Sb2Te5. Использование халькогенидных стекол в качестве фоточувствительного материала для записи и хранения информации.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 16.05.2016

Размещено на http://www.stud.wiki/

Халькогенидные материалы: технология производства и границы применения

Введение

халькогенидный пленка фоточувствительный полупроводник

Халькогениды (от греч.чблкпт - руда и греч.генпт - рождающий) - бинарные химические соединения элементов шестой группы периодической системы (халькогенов, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний) с металлами. Халькогениды были названы так потому, что в природе чаще всего встречаются (кроме кислорода) в виде соединений меди (сульфидов, теллуридов). Большинство соединений с переходными металлами труднорастворимы.

Основу халькогенидных соединений составляют элементы VI группы периодической системы, а именно: S, Se и Te. Химические элементы в этих соединениях связываются друг с другом ковалентными связями, образуя кластеры размером в несколько ангстрем. Между собой кластеры удерживаются ван-дер-ваальсовыми силами. Этот класс материалов можно представить как условно аморфный, неоднородно упорядоченный, т.е. как некоторое промежуточное состояние вещества между аморфным и кристаллическим. Такое строение предоставляет множество возможностей по модификации материала, изменению его структуры, стехиометрии и / или состава с помощью диффузии других элементов, облучения электромагнитными волнами. Халькогенидные материалы известны и ограниченно применялись десятки лет. Всплеск интереса к ним в настоящее время обусловлен развитием современных технологий в ИК диапазоне излучения, таких, например, как создание неохлаждаемых приемников для ИК области спектра и распространением использования ИК области в гражданских, коммерческих применениях.

1.Технолония производства халькогенидных материалов

1.1 Физико-химические свойства халькогенидных металлов

Важное место среди полупроводников принадлежит халькогенидам тяжелых металлов. Благодаря уникальному комплексу электронных и оптических свойств сульфиды свинца, кадмия на протяжении десятилетий являются базовыми материалами микро- и оптоэлектроники. Тонкопленочные сульфиды свинца и кадмия находят широкое применение в качестве фотодетекторов, фотолюминесцентных материалов, термоэлементов, солнечных элементов, сенсорных материалов, декоративных покрытий, перспективных наноструктурированных катализаторов.

В настоящее время халькогениды металлов получают как физическими (испарение в вакууме и катодное распыление), так и химическими методами (аэрозольное распыление реакционной смеси на нагретую до 400-600 К подложку или осаждение из водного раствора). Однако стоит отметить, что вакуумное получение тонкопленочных структур, обладая широким диапазоном возможностей и универсальностью, имеет существенные недостатки - требует сложной дорогостоящей аппаратуры, а также не обеспечивает высокой однородности свойств. В то же время гидрохимическим осаждением по сравнительно простой технологии получают наиболее фоточувствительные пленки сульфида к селенида свинца. Метод химического осаждения также позволяет легко регулировать введение в полупроводниковый слой электрически активных легирующих добавок, оказывающих большое влияние на свойства пленок.

Значительно расширяют номенклатуру функциональных полупроводниковых материалов твердые растворы замещения. Однако при использовании высокотемпературных методов синтеза для систем с ограниченной взаимной растворимостью возможно получение только материалов с малым уровнем замещения. Использование для этой цели гидрохимического осаждения более перспективно за счет легкости получения пересыщенного состояния.

Первым наблюдал образование зеркальной пленки PbS на стенкахсосуда при нагревании щелочного раствора, содержащего виннокислую соль свинца и тиомочевину, в 1884 г. Рейнольдc. В дальнейшем метод Рейнольдса изменяли, применяя различные соли свинца (азотнокислую, уксуснокислую), комплексообразователи (трехзамешенный лимоннокислый натрий, триэтаноламин) и халькогенизаторы (тиомочевина, аллилтиомочевина, тиосемикарбазид, тиоацетамид).

Дальнейшее развитие гидрохимического метода синтеза полупроводниковых пленок сульфидов металлов, в первую очередь, связано с работами кафедры физической и коллоидной химии УГТУ-УПИ, научно-исследовательского центра г. Санта-Барбара (США) и Индийского технологического института (г. Дели). В основе существующих представлениий о механизме взаимодействия тио-, селеномочевины с солями металлов лежит либо реакция Меn+ c S2 - (Sе2-) - ионами, образующимися в растворе при щелочном гидролизе халькогенизаторов, либо процесс образования в системе тио- и селеномочевинных комплексов металла с их последующим разложением. Поэтому осаждение халькогенидов металлов удобнее представить в рамках первого из указанных выше механизмов в виде двух последовательных реакций: диссоциации тио-, селеномочевины на сероводород (селеноводород) и цианамид и взаимодействия сульфид, (селенид) - ионов с незакомплексованными ионами металлов.

1.2 Особенности физических свойств халькогенидов свинца

Халькогениды свинца - сульфид свинца, селенид свинца и теллурид свинца - представляют собой кристаллы ч?рного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками. Соединения этого класса кристаллизуются либо в кубической структуре типа NaCl (PbS, PbSe, PbTe, SnTe, высокотемпературная модификация GeTe), либо в орторомбической структуре, которую можно рассматривать как деформированную решетку типа NaCl (GeS, GeSe, низкотемпературная модификация GeTe, SnS, SnSe).

Атомы элементов I группы (Na, Cu, Ag), замещают свинец и являются акцепторами, атомы трехвалентных металлов, заменяя свинец, являются донорами, донорами в этих материалах являются атомы галогенов. Энергетические уровни большинства примесей в халькогенидах свинца сливаются с краем соответствующей зоны, поэтому концентрация носителей заряда в них практически не зависит от температуры, вплоть до наступления собственной электропроводности. Тонкие пленки и поликристаллические слои халькогенидов свинца обладают высокой фоточувствительностью в далекой ИК-области спектра. Благодаря хорошим фотоэлектрическим свойствам халькогениды свинца используются для изготовления фоторезисторов и применяются в качестве детекторов ИК-излучения.

При низких температурах в халькогенидах свинца возможна эффективная излучательная рекомбинация, что позволяет создавать на их основе лазеры инжекционного типа. Халькогениды свинца широко используются в инфракрасной оптоэлектронике, в основном для изготовления лазеров и светодиодов, работающих в среднем и дальнем ИК - диапазонах. Кроме этого, халькогениды свинца обладают благоприятным сочетанием свойств для изготовления термоэлектрических генераторов.

Твердые растворы на основе халькогенида свинца используются для изготовления фотоприемников с высокой спектральной чувствительностью в диапазоне 8-14 мкм. В последние годы интерес к этим материалам возрос в связи с возможностью значительного увеличения термоэлектрической добротности в тонкопленочных структурах на основе халькогенидов свинца [12]. Халькогениды свинца так же используются в композиционных материалах, полученных на основе стеклянных матриц и полупроводниковых квазинульмерных частиц (наночастиц) сульфида и селенида свинца (PbS, PbSe) перспективны в качестве просветляющихся сред для твердотельных лазеров, излучающих в ближней ИК области спектра. Стекло в такой композиции выступает в роли среды (матрицы), в которой диспергированы при определенных условиях термической обработки квазинульмерные частицы полупроводниковой фазы, в частности, PbS либо PbSe [13]. 14 Селенид свинца обладает рядом свойств, которые давно привлекли к нему внимание. К таким свойствам относятся: чрезвычайно высокая диэлектрическая проницаемость, большие подвижности носителей заряда и сравнительно узкая запрещенная зона. С практической точки зрения это соединение свинца интересно заметной фотопроводимостью в инфракрасной области спектра, а также возможностью его использования в качестве активной области лазеров.

В ряду халькогенидов свинца наблюдается корреляция между изменением степени ионности связей и такими параметрами как постоянная решетки, температура плавления и плотность. В отличие от большинства полупроводников в солях свинца ширина запрещенной зоны растет с температурой. В соответствии с увеличением ширины запрещенной зоны, с 15 ростом температуры край собственного поглощения для халькогенидов свинца сдвигается в коротковолновую область. Особенностью увеличения ширины запрещенной зоны у халькогенидов свинца является то, что она возрастает не монотонно. В области температур 50-400 К эта зависимость является линейной, и температурный коэффициент dEg/dT=4*10-4 эВ/град. При температурах выше 400 К линейность температурной зависимости нарушается и ширина запрещенной зоны приближается к постоянному значению.

С ростом температуры максимум основной валентной зоны удаляется от дна зоны проводимости и приближается к максимуму второй валентной зоны. Выше 400 К основная валентная зона находится дальше от дна зоны проводимости, чем вторая валентная зона и при этих температурах оптические переходы в основном между второй валентной зоной и зоной проводимости.

1.3 Физико-химические свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП)

Некристаллические вещества являются одними из наиболее широко исследуемых функциональных материалов, причем современный этап исследований некристаллических веществ характеризуется поиском возможностей управления свойствами материала и новых возможностей их применения. В настоящей работе рассмотрены физические процессы и свойства, которые являются основой многочисленных практических применений халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП): фотостимуллированные изменения в слоях ХСП, которые имеют сложную природу и включают различные эффекты, такие как фотопотемнение (красный сдвиг края поглощения), фотоиндуцированная анизотропия, фотоиндуцированное изменение растворимости, фотокристаллизация и др.

Современные исследования ХСП фокусируются на изучении структурных превращений расширении функциональных возможностей, применениям уникальных свойств ХСП в области голографии, оптоэлектроники, технологий записи, сохранения и передачи информации с сверхвысокой плотностью, сенсорных применениях. Впервые возможность применения слоев ХСП и систем ХСП-металл в качестве регистрирующих сред была показана группой исследователей из института физики полупроводников НАН Украины в середине шестидесятых годов прошлого столетия. Чрезвычайно высокая разрешающая способность ХСП является характерной при записи информации с их использованием.

Слои ХСП и системы ХСП-металлов чувствительны в широком диапазоне (УФ, видимая область, ближняя инфракрасная, потоки электронов и ионов, синхротронное излучение). Важным свойством также является возможность получения поверхностных рельефов (как с химической обработкой после записи, так и без обработки непосредственно в процессе экспонирования). Запись на слоях ХСП с использованием явления фотокристаллизации используется в современных оптических носителях информации. Халькогенидные материалы с эффектом изменения фазы используют в твердотельной технологии ячеек памяти. В этом случае изменение фаз производится термическим нагреванием. В сравнении с аморфной фазой поликристаллическое состояние имеет существенное отличие в проводимости. При изготовлении ячеек используют стандартную КМОН (CMOS) технологию. Прогнозируется возможность уменьшения размера элементов до ~ 20 нм. Программируемые ячейки памяти на основе эффекта фотолегирования также показывают высокие характеристики и совместимость с микро- и нанотехнологиями. Для таких ячеек характерными являются два состояния проводимости (порядка нескольких мoм и сотен кoм, соответственно), переход между которыми можно осуществлять изменением полярности низковольтного напряжения.

Результаты исследований структуры фотолегированного серебром ХСП показали, что серебро реагирует с халькогенидом и формируются фазы обогащенные серебром. Фазы обогащенные серебром существуют как нанокристаллы размером ~ 2 нм. Были исследованы ячейки с размерами ~ 100 нм. Такие ячейки обеспечивают низкие рабочие ток и напряжение (10 мкА и 240 мВ, соответственно) время переключения (25-35 нс), которое уменьшается с уменьшением размера элементов. Явление светоиндуцированной анизотропии в ХСП является перспективным в голографической записи информации, высокие оптические нелинейные характеристики ХСП (значения 2 n для них на два-три порядка выше чем для кварцевого стекла) являются перспективными для сверхбыстрого оптического переключения. Были продемонстрированы возможности оптического переключения, регенерации, волновой конверсии, усиления, сжатия импульсов и т.п. Фоточувствительность ХСП в сочетании с высокими нелинейными свойствами делает их перспективными в разнообразных устройствах интегральной оптики. Активно разрабатывается использование ХСП для изготовления оптических световодов и волноводов, оптических элементов (решеток Брегга, дифракционных решеток, линз и др.) в том числе и для работы в ИК области спектра.

Использование ХСП в качестве высокоразрешающего фоторезиста позволяет получать высокоэффективные голограммные дифракционные решетки с высоким качеством рельефов и предельными характеристиками и частотами (до ~ 5000 мм -1). Получение свервысокого разрешения при записи является одним из главных преимуществ регистрирующих сред на основе ХСП для многих практических задач, включая возможность нанолитографии и сверхвысокой плотности записи, хранения и передачи информации. Много работ посвящено стеклам легированным редкоземельными элементами, что является перспективным для применения в лазерах, оптических усилителях и преобразователях. Оптические волокна на основе ХСП использовались в сенсорах волоконной инфракрасной термометрии и спектроскопии, датчиках охранной сигнализации, передачи лазерного излучения, разнообразных химических сенсорах, ближнеполевой ИК микроскопии. Также была показана возможность использования ХСП в газовых сенсорах, ионноселективных мембранах, датчиках смещения. На основе ХСП можно также изготовлять элементы сенсорных систем: микролинзы для оптических волокон, окна, покрытия, дифракционные решетки, решетки Брегга, волноводы и др.

1.4 Наноструктурированные халькогенидные пленки Ge2Sb2Te5

Халькогенидное соединение Ge2Sb2Te5 относится к классу материалов с фазовой памятью и уже успешно применяется в перезаписываемых оптических дисках формата DVD и Blu-Ray, а также в энергонезависимых ячейках фазовой памяти (Phase-Change Memory-PCM cells), управляемых электрическими импульсами. Один из путей улучшения рабочих характеристик (понижение порога переключения, уменьшение поддерживающего напряжения, увеличение оптического контраста) устройств фазовой памяти связан с использованием пленочных наноструктурированных халькогенидных материалов. В таких пленках напряжение и ток концентрируются в отдельных высокопроводящих наноканалах, сформированных из нанозерен, выстроенных поперек пленки, что приводит к существенной модификации ме - ханизма токопереноса. Влияние наноканалов на переключающие свойства различных материалов теоретически исследуется с 1973 г. Однако экспериментальному изучению особенностей транспорта носителей в наноструктурированных халькогенидах системы Ge-Sb-Te посвящено лишь несколько работ, в которых объектами исследования служили нанопроволоки Ge2Sb2Te5 [8,9]. Возможной причиной этого факта являются технологические трудности, возникающие при синтезе наноструктурированных аморфных халькогенид - ных пленок. Для синтеза соединений системы Ge-Sb-Te в виде объемного стекла нужно охладить расплав за несколько десятков наносекунд, т.е. скорость охлаждения должна быть порядка 1010 К/с. Такие скорости недостижимы в методах ампульного синтеза. В то же время аморфные слои соединений системы Ge-Sb-Te можно получать, используя различные методы получения тонких пленок, такие как магнетронное распыление, термическое осаждение в вакууме, газофазное осаждение металлоорганических соединений В экспериментах в качестве мишени использовались диски (диаметр 12 мм, толщина 5 мм) из поликристаллического Ge2Sb2Te5, синтезированного из особо чистых элементов Ge, Sb, Te методом закалки расплава в конических ампулах. Рентгеноструктурный анализ показал, что после закалки расплав Ge2Sb2Te5 кристаллизуется в основном в тригональной сингонии.

Тонкие плёнки халькогенидных стеклообразных полупроводников, предназначенные для устройств ФП, получают методами вакуумного напыления. Технология вакуумного нанесения аморфных пленок наиболее универсальна и может быть использована в массовом производстве.

Структура и свойства пленок, получаемых этим путём определяются: химическим составом, состоянием исходного испаряемого вещества, максимальной температурой испарения, температурой и свойствами подложки, остаточным давлением газовой среды, в которой осуществляется процесс испарения и конденсации, толщиной пленки [2].

Перевод материала в газовую фазу в процессе нанесения тонкой плёнки в вакууме может осуществляться рядом способов, которые делят на две группы. К первой группе относятся процессы, в которых энергия сообщается атому или молекуле путем взаимодействия через каскад столкновений высокоэнергетических частиц с поверхностью. К этим методам относятся катодное, магнетронное распыление и др. Ко второй группе относятся процессы, в которых генерация осуществляется термическим путем.

По способу передачи энергии, необходимой для процесса испарения вещества, выделяют следующие способы: резистивно-термический, электронно-лучевой, лазерный, электродуговой, другие.

Наиболее распространённым методом получения аморфных тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te является высокочастотное магнетронное распыление. Метод отличается высокой воспроизводимостью осаждаемых тонких пленок по составу и свойствам, что особенно важно на этапе промышленного производства PCM-устройств.

Осаждение осуществляется в специальных вакуумных приборах. Например, используемый в вакуумный универсальный пост ВУП-4К.

Установка состоит из двух стоек: вакуумной и электрической. В вакуумной стойке размещена вакуумная система, система напуска газов, распределительный щиток, электропитание для подогрева подложек, пульт управления. Электрическая стойка состоит из источника ВЧ-напряжения, блоков питания и управления. В подколпачном устройстве смонтирована магнетронная распылительная система, схематическое изображение которой приведено на рисунке.

1 - магнетронное устройство; 2 - мишень; 3 - подложка; 4 - подложкодержатель; 5 - заслонка; 6 - система напуска; 7 - система откачки; 8 - анод-экран свв.

Схема установки ВЧ магнетронного распыления[2]

2. Применение халькогенидных материалов в современном мире

2.1 Области применения халькогенидных материалов

Халькогениды являются исходными материалами для создания методом резистивного или электронно-лучевого испарения прозрачных тонкопленочных интерференционных покрытий, изменяющих и регулирующих оптические свойства деталей из стекла, кварца, монокристаллов.

Основное их применение - изготовление однослойных и многослойных (в качестве компонент высокого преломления) оптических покрытий, охватывающих видимый и инфракрасный диапазоны спектра. Для выполнения просветляющей (антиотражающей) и отражающей функций, в роли интерференционных фильтров, светоделителей, диэлектрических и защитных покрытий в системах оптического приборостроения различного назначения (например, в качестве диэлектрических отражающих покрытий на разные области спектра и в ряде других применений).

Полупроводниковые свойства халькогенидных материалов обуславливают их использование в интерференционной оптике в спектральном диапазоне, соответствующем энергиям, меньшим ширины запрещенной зоны. Характерными признаками являются:

- высокое значение показателя преломления;

- высокая относительная плотность пленок;

- хорошее совмещение стандартного материала оптических покрытий для видимой и инфракрасной областей, каким являются цинксульфид, с другими полупроводниками (получение толстых пленок, обладающих прочностью при работе в инфракрасном диапазоне) и фторидными пленками (повышение эффективности просветления и улучшение эксплуатационных свойств).

Еще одно из применений халькогенидов - это создание phase-changememory - нового типа энергонезависимой памяти - памяти на основе фазового перехода (также известна как PCM, PRAM, PCRAM, OvonicUnifiedMemory, Chalcogenide RAM и C-RAM). PRAM основывается на уникальном поведении халькогенида, который при нагреве может «переключаться» между двумя состояниями: кристаллическим и аморфным. В последних версиях смогли добавить ещё два дополнительных состояния, эффективно удвоив информационную емкость чипов. PRAM - одна из новых технологий памяти, созданная в попытке превзойти в области энергонезависимой памяти почти универсальную флеш-память, обладающую некоторым количеством практических проблем, решить которые как раз надеялись в PRAM.

Свойства халькогенидов с точки зрения потенциальной технологии памяти впервые были исследованы Стэнфордом Овшинским из компании EnergyConversionDevices в 1960-х.

В 1970 года в сентябрьском выпуске Electronics Гордон Мур, один из основателей Intel, опубликовал статью, касающуюся технологии. Однако качество материала и энергопотребление не позволили перевести технологию в коммерческое русло. Уже гораздо позже вновь возник интерес к этой технологии, равно как и исследования по ней, тогда как технологии флеш- и DRAM-памяти (Dynamicrandomaccessmemory - Динамическая память с произвольным доступом) согласно расчетам должны были столкнуться с проблемами масштабирования при уменьшении размерности процессов литографии чипов.

Кристаллическое и аморфное состояния халькогенида кардинально различаются электрическим сопротивлением, а это лежит в основе хранения информации. Аморфное состояние, обладающее высоким сопротивлением, используется для представления двоичного 0, a кристаллическое состояние, обладающее низким уровнем сопротивления, представляет 1.

Халькогенид - это тот же самый материал, что используется в перезаписываемых оптических носителях. В таких носителях оптические свойства материала поддаются управлению лучше, чем его электрическое сопротивление, так как показатель преломления халькогенида также меняется в зависимости от состояния материала.

Хотя PRAM пока не достиг коммерческого успеха в области бытовой электроники, почти все прототипы используют халькогениды в сочетании с германием, сурьмой и теллуром, сокращенно именуемыми GST. Стехиометрический состав или коэффициенты элементов Ge: Sb: Te равны 2:2:5. При нагревании GST до высокой температуры его халькогенидная составляющая теряет свою кристаллическую структуру. При остывании она превращается в аморфную стеклоподобную форму, а его электрическое сопротивление возрастает. При нагревании халькогенида до температуры выше его точки кристаллизации, но ниже температуры плавления, он переходит в кристаллическое состояние с существенно более низким сопротивлением. Время полного перехода к этой фазе зависит от температуры. Более холодные части халькогенида дольше кристаллизуются, а перегретые части могут расплавиться. В общем случае, используемое время кристаллизации составляет порядка 100 нс. Это несколько дольше, чем у обычной энергозависимой памяти, как например, современные DRAM-чипы, чье время переключения составляет порядка двух наносекунд. Однако в январе 2006 года корпорация SamsungElectronics запатентовала технологию, свидетельствующую о том, что PRAM может достигать времени переключения в пять наносекунд.

Более поздние исследования Intel и ST Microelectronics позволили контролировать состояние материала более тщательно, позволяя ему превращаться в одно из четырёх состояний: два предыдущих и два новых. Каждое из этих состояний обладает собственными электрическими свойствами, которые могут замеряться при чтении, позволяя одной ячейке хранить два бита, удваивая тем самым плотность памяти.

2.2 Использование халькогенидных стёкол в качестве фоточувствительного материала для голографических методов записи и хранения информации

Халькогенидными называются стекла, в состав кото - рых входят S, Se, Te. В приложениях и экспериментах кроме чистых S, Se, Te наиболее часто используют - ся As2S3, As2Se3, GeS2, GeSe2. Широкое применение находят и стекла более сложного состава. Халько - генидные стекла используются в электрофотографии (ксерографии), для записи оптической информации, в электрических переключателях и запоминающих устрой - ствах. Благодаря прозрачности в инфракрасной области они широко применяются в инфракрасной технике [1]. Важной областью использования этих стекол являются акустооптические модуляторы, ультразвуковые линии задержки и другие акустооптические устройства [1-3]. Эти стекла широко используются для записи различных фазовых картин (решеток), с помощью которых удается менять направление распространения звуковых и световых волн (дефлекторы), отражать волны (брэгговские зеркала), создавать фильтры, осуществлять голографическую запись. В основе применения халькогенидных стекол лежат следующие физические эффекты. Освещение халькогенидного стекла светом с энергией фотона, равной или меньшей щели подвижности, приводит к его структурной перестройке. Структурная пере - стройка проявляется в объемном расширении, изменении упругих модулей, изменении показателя преломления света, сдвиге края оптического поглощения (фотозатемнения или фотопросветление). Такое освещение приводит также к появлению неспаренных спинов, которое регистрируется с помощью электронного спинового резонанса, фототока и фотолюминесценции с ее малой эффективностью, стоксовым сдвигом и усталостью. После прекращения облучения фотоструктурные изменения в отожженных образцах постепенно исчезают, а в неотожженных сохраняются.

Наряду с магнитными носителями, оптическими дисками, применяющими способ цифровой записи с осуществлением побитовой записи и считывания информации путем выжигания микроотверстий на поверхности излучением лазера, все большее внимание уделяется голографическому методу записи и хранения информации. Его главное отличие заключается в том, что для записи информации в этом случае используется не поверхность, и даже не набор слоев, как в FMD-дисках (Fluorescent Multi-layer Disk), а весь объем носителя. Технология создания голографических устройств хранения радикально отличается от ныне используемых сразу в нескольких аспектах:

- Хранением существенно больших объемов информации в носителе малого размера;

- Высокой плотностью записи информации; существенным увеличением скорости обработки данных;

- Высокой достоверностью и избыточностью информации.

Значительный интерес к голографической записи в последнее время связан со стремлением улучшить вышеперечисленные качества и найти более подходящие высокочувствительные регистрирующие среды. В настоящее время наиболее интенсивно исследуются и используются аморфные полупроводники, в частности, бескислородные халькогенидные полупроводниковые стекла (в дальнейшем - ХГС или ХСП). К ним относятся стеклообразные сплавы, содержащие один или несколько халькогенов, таких как S, Se, Te. При их взаимодействии с Si, Ge, Bi и As создаются разнообразные аморфные системы, характеризующиеся тем, что лазерное излучение влияет на их оптические, электрические и структурные параметры. Например, трисульфид мышьяка и триселенид мышьяка являются характерными представителями халькогенидных стекол.

С позиции оптической записи и обработки информации ХСП обла - дают рядом интересных свойств и характеристик. Известно, что среды на основе As2Se3 и As2S3, названные средами с фотостимулированными структурными превращениями, показывают весьма высокую разрешающую способность (до 10 тыс. лин/мм), реверсивность и возможность записи голограмм с большой дифракционной эффективностью [1], хотя способность обратимого фотостимулированного изменения оптических свойств характерна не только для данных составов, но и присуща большой группе бинарных, трехкомпонентных и многокомпонентных ХСП.

Халькогенидные стекла являются многообещающими оптическими материалами для создания устройств волоконной и интегральной оптики, а также для использования в системах обработки информации. Это связано с малыми потерями в полосе пропускания, с высоким показателем преломления (~ 2 - 4.5), прозрачностью в ИК-области спектра (~ 0.5 - 12 мкм) и светочувствительностью, с высокими значениями нелинейнооптических параметров, в совокупности с возможностью изменения физикохимических свойств ХГС путем варьирования состава, высокой термической, радиационной и химической устойчивостью, с высокой разрешающей способностью и удобной обрабатываемостью [1].

Заключение

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что использование халькогенидных материалов в современной оптической промышленности является весьма перспективным. Высокое значение показателя преломления, высокая относительная плотность пленок, возможность использования в видимой и инфракрасной областях делают их незаменимыми для решения целого ряда прикладных задач. В силу того, что кристаллическое и аморфное состояние халькогенидов кардинально отличается электрическим сопротивлением, применение для нового типа энергонезависимой памяти открывает более широкие перспективы их использования в науке и технике. Еще одним из возможных применений халькогенидных слоев является их использование для оптической коммутации.

Литература

1.А.И. Попов, Условия устойчивого переключения в ячейках памяти на фазовых переходах - Энциклопедия Нефти и Газа.

2. Лазаренко, П.И. Технология получения и электрофизические свойства тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te, предназначенных для устройств фазовой памяти / Лазаренко, П.И. // -2014.-с. 52-58.

3. Физика и техника полупроводников, 2012, том 46, вып. 4 Статья «Эффект фототравления в тонких слоях халькогенидных стеклообразных полупроводников». В.А. Данько, И.З. Индутный, В.И. Минько, П.Е. Шепелявый, О.В. Березнева, О.С. Литвин

3. Буткевич В.Г., Бочков В.Д., Глобус Е.Р. Фотоприемники и фотоприемные устройства на основе поликристаллических и эпитаксиальных слоев халькогенидов свинца // Прикладная физика. 2001. №6. C. 66-112 4. С.П. Зимин, Е.С. Горлачев.

4. Наноструктурированные халькогениды свинца. Ярославль: ЯрГУ. 2011, 232 с. 5. Халькогениды и оксиды элементов IV группы. Получение, исследование, применение /

5.О.А. Александрова, А.И. Максимов, В.А. Мошников, Д.Б. Чеснокова / под ред. В.А. Мошникова. СПб.: Технолит, 2008.

6. Горбунов Н.И., Варфоломеев С.П., Дийков Л.К., Медведев Ф.К. Новые оптоэлектронные датчики пламени // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2005. №2. С. 30 - 33.

7. Зломанов В.П. Получение и исследование некоторых физико - химических свойств селенида свинца. Автореферат дис. … канд. физ.-мат. наук / М, 1962.

8. Интернет-ресурс http://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-halkogenidnyh-materialov-dlya-resheniya-zadach-sovremennyh-opticheskih-tehnologiy.

9. Байдаков Дмитрий Леонидович халькогенидные пленки аолученные методом химического нанесения. Специальность 02.00.01 - неорганическая химия. Автореферат 1997 год.

10. Физика и техника полупроводников, 2014, том 48, вып. 12 Наноструктурированные халькогенидные пленки Ge2Sb2Te5, полученные методом лазерного электродиспергирования © Д.А. Явсин ¶, В.М. Кожевин, С.А. Гуревич, С.А. Яковлев, Б.Т. Мелех, М.А. Яговкина, А.Б. Певцов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 13 мая 2014 г. Принята к печати 20 мая 2014 г.)

11. Формирование микрорельефа с использованием халькогенидных стеклообразных полупроводников. Волков А.В., Казанский Н.Л., Моисеев О.Ю. Институт систем обработки изображений РАН Самарский государственный аэрокосмический университет

Размещено на stud.wiki




Подобные документы

  • Физико-химические и механические свойства кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония. Конструкционное и триботехническое назначение кристаллов ЧСЦ; технология производства, основное и вспомогательное оборудование, приспособления и материалы.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 16.12.2012

  • Физико-химические процессы при воздействии плазменной струи (дуги). Тепловые процессы, материалы при плазменном нагреве. Фазовые и структурные превращения при плазменном нагреве металлов. Влияние скорости нагрева и охлаждения на величину зерна аустенита.

    монография [4,5 M], добавлен 10.09.2008

  • Основные свойства полупроводников. Строение кристаллов. Представления электронной теории кристаллов. Статистика электронов в полупроводниках. Теория явлений переноса. Гальваномагнитные и термомагнитные явления. Оптический свойства полупроводников.

    книга [3,8 M], добавлен 21.02.2009

  • Понятие о полупроводниках, их свойства, область применения. Активные диэлектрики. Рождение полупроводникового диода. Открытие сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков. Исследования проводимости различных материалов. Физика полупроводников и нанотехнологии.

    курсовая работа [94,4 K], добавлен 14.11.2010

  • Общие сведения о полупроводниках. Методы очистки и переплавки полупроводниковых материалов. Металлургия германия и кремния. Применение полупроводников. Тепловые сопротивления. Фотосопротивления. Термоэлементы. Холодильники и нагреватели.

    реферат [26,8 K], добавлен 25.06.2004

  • Классификация электротехнических материалов. Энергетические уровни. Проводники. Диэлектрические материалы. Энергетическое отличие металлических проводников от полупроводников и диэлектриков. Полупроводниковые материалы. Магнитные материалы и магнетизм.

    реферат [1022,4 K], добавлен 15.04.2008

  • Поглощение света свободными носителями заряда. Электрография и фотопроводимость полупроводников. Влияние сильных электрических попей на электропроводность полупроводников. Подвижность носителей в ионных кристаллах и полупроводниках с атомной решеткой.

    реферат [1,6 M], добавлен 28.03.2012

  • Как устроен пьезоэлектрический полупроводник. Поглощение и усиление звука. Нелинейные эффекты при усилении звука. Усиление акустических шумов и связанные с этим явления. Звукоэлектрический эффект. Пьезоэлектрический эффект.

    реферат [29,3 K], добавлен 11.01.2004

  • Сведения о полупроводниках их классификация. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Характеристика группы органических полупроводников. Электропроводность низкомолекулярных органических полупроводников. Электрические свойства полимерных.

    курсовая работа [779,2 K], добавлен 24.07.2010

  • Истории открытия, исследования и применения гелия, принципы его накопления в земной коре, физико-технические, электрические и химические свойства, а также анализ его места во Вселенной. Общая характеристика гелиевого воздуха, его достоинства и недостатки.

    реферат [33,4 K], добавлен 13.11.2010