Химия и химические технологии/7. Неорганическая химия

Баканов В.М., к.т.н. Мухамедзянов Х.Н., д.х.н. Марков В.Ф., д.х.н. Маскаева Л.Н.,

Уральский Федеральный Университет, Россия

Формирование высокочувствительных пленок PbSe

Чрезвычайно востребованным полупроводниковым материалом для изготовления детекторов ИК-излучения в спектральном диапазоне 2-5 мкм является селенид свинца [1, 2]. Наиболее перспективным методом формирования тонких слоев PbSe с высокими функциональными свойствами является гидрохимическое осаждение. Этот метод достаточно прост в реализации, не требует сложного технологического оборудования и обладает широкими технологическими возможностями [3, 4].

В связи с этим целью настоящего исследования являлось формирование высокочувствительных пленок PbSe.

Вопрос формирования рецептуры реакционной ванны является одним из основных вопросов при получении высокофункциональных пленок PbSe. С точки зрения получения пленок определенной толщины и структурированности важен выбор комплексообразующих агентов для ионов свинца, роль которых выполняли этилендиамин (С₂Н₄N₂H₄) и ацетат аммония (NH₄СН₃СОО). Эффективным антиоксидантом, обеспечивающим устойчивость водных растворов селеномочевины, является сульфит натрия (Na₂SO₃). Чрезвычайно важную роль в сенсибилизации пленок селенида свинца к ИК-излучению играют добавки в реакционную смесь иодид-содержащих солей, приводящие к изменению полупроводниковых свойств материала, в частности йодид аммония (NH₄I).

Гидрохимический синтез слоев селенида свинца осуществляли в реакторе стационарного типа в диапазоне температур 308-343 K при продолжительности 40−60 минут. В качестве подложек использовались предварительно обезжиренные ситалловые пластины (СТ-150-1).

Получение высокочувствительных к ИК-излучению пленок PbSe требует обязательной операции сенсибилизации, в качестве которой используется термообработка, которая приводит к рекристаллизации слоев и дозированному введению кислорода, в частности, образованию кислородсодержащих примесных фаз, таких как PbO, PbSeO₃, наличие которых доказано рентгеновскими исследованиями.

Вольт-ваттная чувствительность пленок PbSe от продолжительности их отжига при температурах 648, 673 и 698 K приведены на рисунке. Зависимости имеют выраженный максимум отклика, который с ростом температуры сдвигается в сторону меньших времен термообработки. Однако отжиг при температуре 703 K приводит к резкому снижению проводимости пленок за счет возрастания скорости окисления селенида свинца. С другой стороны, при температурах ниже 593 K значительно удлиняется процесс активации, не обеспечивая достижение высокой фоточувствительности пленок. Можно сделать вывод, что величина фотоотклика пленок является результатом взаимосвязанного температурно-временного воздействия на структуру слоя и его примесный состав, т.е. для обеспечения высокой фоточувствительности необходимо достижение определенной степени рекристаллизации и оксигенизации слоя. Наряду с этим, стоит отметить качественную корреляцию между величиной фотоотклика и средним размером кристаллитов. Уменьшение размера кристаллитов, формирующих пленку PbSe, способствует существенному повышению уровня ее фотоотклика при сохранении области спектральной чувствительности.

Таким образом, проведение гидрохимического синтеза пленок PbSe из этилендиамин-ацетатной системы в присутствии иодидной соли и последующее проведение термообработки в оптимальном режиме обеспечивает повышение их функциональных свойств до уровня, свойственного лучшим зарубежным образцам, а, именно, по обнаружительной способности (573 K, 1200 Гц), которая составляет (0,8−1,2)^.10¹⁰ см^.Вт^.Гц^1/2.

Рис. Зависимость вольт-ваттной чувствительности пленок PbSe от продолжительности отжига при 648 K (1), 673 (2), 698 K (3)

Выводы

1. Показано, что для обеспечения фотоотклика пленок селенида свинца, синтезированных из этилендиаминной системы, необходима их термосенсибилизация. В температурном интервале 648-698 K достигается необходимая для высокой чувствительности степень рекристаллизации и оксигенизации слоев.

2. Гидрохимическим синтезом получены высокочувствительные к ИК-излучению слои PbSe на уровне лучших зарубежных аналогов.

Литература

1. В.Г. Буткевич, В.Д. Бочков, Е.Р. Глобус. Прикладная физика. 6 (2001) 66.

2. Боде Д.Е. Детекторы на основе солей свинца/ пер. с англ. М.: Мир. 1968. Т. 3 С. 299‑327.

3. В.Ф. Марков, Л.Н. Маскаева, П.Н. Иванов. Гидрохимическое осаждение пленок сульфидов металлов: моделирование и эксперимент. Екатеринбург: УрО РАН. 2006. 21 с.

4. В.Ф. Марков, Л.Н. Маскаева, Л.Д. Лошкарева, С.Н. Уймин, Г.А. Китаев. Неорганические материалы. 33. (1997) 665.