Univerzitet u Beogradu Tehnolosko- metalurski fakultet Vesna В . Jovic Epitaksijalni rast iz tecne faze uskozonalnih poluprovodnika pogodnih za izradu detektora infracrvenog zracenja doktoгska diseгtaczja Beograd '-' 1995. godina Daturn odbrane: Daturn prornocije: Mentor: Dr. Andreja Valcic, red. prof. Tehnolosko-metalurski fakultet, Beograd v Clanovi koшisije: 1. Dr. Zoran Duric, red. prof. Elektrotehnicki fakultet, Beograd 2. Dr. Darko Sepa, red. prof. Tehnolosko-metalurski fakultet, Beograd 3. Dr. Miloljub SшiljaniC, van. prof. Elektrotehnicki fakultet, Beograd 4. Dr. Milan Matic, visi naucni saradnik Institut za hemiju tehnologiju i metalurgiju, СМТМ, Beograd Ovaj rad је uradeп и "fnstitutu za Hemiju, Tehnologiju i Metalurgiju- Centar za Mikroe- lektronske Tehnologije i Monokгistale" iz Beograda. Direktor ovog Ceпtra је Dr. Zoran Dиric, re- dovпi profesor Elektro-Tehпickog Fakиlteta iz Beograda, koji је bio i neposredпi rukovodilac zadataka и okviru kojih је osmisljeпa i realizovaпa proЬlematika ove disertacije. Koristim ovu priliku da izrazim zahvalnost Dr. Zоrапи Dиricи, profesoru, kao i svim saradпicima IHTM- CMTM-a sa kojima sam sve ove godiпe radila па ovim proЬlemima. Zahvaljиjem se i Dr. Andreji Valcicu, profesoru Tehпolosko-Metalurskog fakulteta i meпtorи pri izradi ove Doktorske disertacije па strpljeпjи i korisпim sugestijarna koje sи pomo- gle da Disertacija poprimi kопаспi izgled. Veliku zahvalпost dиgиjem svim claпovima Komisije: Dr. Zoranи Duricu, profesorи ETF-a, Dr. Darku Sepi, profesoru TMF-a, Dr. Miloljиbu Smiljani- cи, profesoru ETF-a i Dr. Milanи Maticи , VNS IHTM-a. Epitaksijalni rast iz tecne faze uskozonalnih poluprovodnika pogodnih za izradu detektora infracrvenog zracenja Izvod U ovoj doktorskoj disertaciji је izucavan proces epitaksijalnog rasta iz rastvora polupr- ovodnickog jedinjenja InSb i cvrstog supstitucijskog rastvora Hg1_xCdx Те (х-0.20), materijala koji su pogodni za realizaciju fotonaponskih detektora infracrvenog (IC) zracenja u talasnom podrucju od З do 5 ~m (InSb) i od 8 do 14 ~m (Hg1_xCdxTe). Realizovane su sledece fotodiodne strukture: • n+ -р detektorska struktura na InSb-u, pri cemu је n+ sloj realizovan procesom epitaksijalnog rasta iz tecne faze (rastvora Sb u In) na podlozi monokristalnog InSb p-tipa. U rastvor za rast је dodavan i dopant donorskog tipa, tako da је epitaksijalni sloj ро okoncanom procesu rasta Ьiо n+ tipa provodnosti. • p-n detektorska struktura na epitaksijalnom sloju Hg 1_xCdx Те (х-0.20) koji је realizovan epi- taksijalnim rastom iz tecne faze (rastvora Hg i Cd u Те) na monokristalnim podlogama CdTe ili Cd 1.zZnzTe (z-0.04). p-n spoj је formiran termickom difuzijom Au u epitaksijalnom sloju (Hg, Cd)Te. U teorijskom delu rada је obrazlozena odluka da se metodom epitaksijalnog rasta reali- zuju detektorske strukture navedenog tipa, razmotreni su osnovni parametri detektora IC zrace- nja i potrebne karakteristike materijala na kojem se oni izraduju. Izvrsena је detaljna analiza procesa epitaksijalnog rasta sa stanovista konkretnih sistema (izbor optimalnog гastvaraca, te- mperature rasta, naCina hladenja rastvora, kontrole temperature Hg zone u slucaju epitaksijalnog rasta (Hg, Cd)Te, itd.). Metod epitaksijalnog rasta iz tecne faze је uporeden sa drugim metodama epitaksijalnog rasta koje su danas koriste. .. . : Postavljen је teorijski model koji omogucava proracun gradijenta sastava epitaksijalnih slojeva Hg1_xCdxTe koji su rasli iz polubeskonacnih Те rastvora. Predlozeni model uzima u obzir dva mehanizma koji uzrokuju pojavu gradijenta koncentracije u pravcu rasta: kristalizaciju u trokomponentnom sistemu u neizotermskim uslovima i interdifuziju na granici podloga sloj. Moze se primeniti na tri najcesce koriscene metode hladenja pri epitaksijalnom rastu: ravnotezno hladenje, hladenje pothladenog rastvora i epitaksijalni гast iz pothladenog rastvora (izotermski uslovi) . U eksperimentalnom delu su izucavane zakonitosti epitaksijalnog гasta navedenih usko- zonalnih poluprovodnickih jedinjenja. Epitaksijalni slojevi InSb su narastani u horizontalnom kliznom sistemu Panish-evog ti- pa u kome је postojala mogucnost kratkotrajnog nagrizanja podloge neposredno pred sam poce- tak rasta u posebnom rastvoru. Odredena је zavisnost deЬljine slojeva od vremena rasta za razli- cite primenjene metode epitaksijalnog rasta sto је omogucilo da se na posredan nacin odredi efe- ktivna vrednost koeficijenta difuzije Sb u rastvoru In. Utvrdeno је da је realizovan p-n + spoj skokovit. Pri istoj koncentraciji nosilaca naelektrisanja u epitaksijalnom sloju, veca elektricna I pokretljivost је zabelezena и epitaksijalnim slojevima koji sи dopirani In2 Те3 nego onima koji sи dopirani Те. Data је tehnoloska sema izrade fotoпapoпskih detektora IпSb i karakteristike realizova- пih fotodetektora. Potvrda kvaliteta epitaksijalпih slojeva i stepeпa и kome је ovladaпo tehпo­ logijom rasta moпokristala па ovom materijalи se ogleda и kvalitetи realizovanih fotodioda cija је detektivпost и talasnom podrucjи od З do 5 J.lffi ograпicena zraceпjem pozadine, odпosno rade и tzv. BLIP rezimи. Tipicпa vrednost detektivnosti za fotodiode па IпSb epitaksijalnim sloje- vimaje D-(~)=1 . 1·10 11 cm(Hz) 112W 1 pri иglи vidпog polja od 180°. Epitaksijalпi rast (Hg, Cd)Te se odvijao и dvozoпalпom polиzatvoreпom sistemи и ko- me је mogиce пezavisпo koпtrolisati temperatиrи и zoпi и kojoj raste epitaksijalni sloj i и zoni zive. Ovaj sistem za epitaksijalпi rast је tako koпcipiraп da pruza sve predпosti zatvorenih si- stema i istovremeno zadr:Zava dobre оsоЬiпе otvorenih sistema za epitaksijalni rast. Odredeпa је ~ksperimentalna zavisпost deЫjine slojeva sastava х-0.2 od vremeпa rasta za rast и izotermskim иslovima i za rast metodom ravпotezпog hladeпja. Iz ove eksperimentalne zavisпosti је izracипata vredпost koeficijenta materijala za оvи epitaksijalпи komЬiпacijи. Teorijski model za рrоrасип gradijeпta sastava epitaksijalпog sloja и pravcи rasta је i eksperimentalno provereп. ОЬјаsпјепо је zasto se пароп pare zive и zoпi rasta razlikиje od teori- jski proracипatog za ravпotezпe иslove. Data је i tehпoloska sema izrade fotoпapoпskih detektora па пaraslim epitaksijalпim slojevima. Za fotonapoпske detektor izradeп па epitaksijalпom slojи Hg 1.xCdx Те sastava х=0.23 0·-со (77 К)-9.4 J.lffi) detektivпostje D*=4.5 ·109 cm(Hz) 112W 1 pri иglи vidпog polja od 60°. epitaksijalпi rast iz tеспе faze IпSb epitaksij~ sloj Hg1_xCdxTe (х- 0.20) epitaksijalпi sloj .. fotonapoпski detektor rc zraceпE.. polиzatvoreп dvozonalпi sistem za epitaksijalni rast .. п Kljucne reci horizoпtalпi klizпi sistem za е fazпa ravпoteza iпterdifиzija па graпici podloga/sloj.. - ..... difиzija и rastvoru za rast epitaksijalnog sloja_ . ~ kompozicioпi gradijeпt и epitaksijalnom slojи -- ....... Liquid phase epitaxial growth of narrow gap semiconductors suitaЫe for manufacturing infrared photodetectors Abstract In this Doctoral Thesis the liquid phase epitaxial growth of semiconducting compound InSb and Hg1_xCdx Те (х-0.2) substitutional solid solution have been investigated. Тhese mate- rials are suitaЬle for making infrared photovoltaic detectors for following wavelength regions: from З to 5 !Ј.Ш (InSb) and from 8 to 14 IJ.ffi (Hg1_xCdxTe with composition х-0.2 tailored for such application). Realized diode's structures are: • n+ -р detector structure on InSb, where n+ -type layer have been oЬtained Ьу liquid phase (solu- tion of Sb in In) epitaxial growth on single crystal InSb p-type substrate. In growth solution the n-type dopant have been added, so that the grown layer were of n+-type conductivity. • p-n detector structure on Hg1.xCdxTe (х-0.20) epitaxial layer which have been grown from liquid phase (solution of Hg and Cd in tellurium) on single crystal CdTe ог Cd1_zZnzTe (z-0.04) substrate. p-n junction have been formed Ьу thermal diffusion of Au in epitaxial layer. In the theoretical part of this Thesis the decision to make detector structures of above mentioned type Ьу liquid phase epitaxial growth have been well substantiated. The main para- meters of infrared detectors and materials features needed for their successful operation were considered. The detailed analysis of epitaxial growth processes from the stand point of particular system have been given (the choice of optimal solvent, growth temperature, modes of solution cooling, temperature control of mercury zone in the case of (Hg, Cd)Te epitaxial growth, etc.). Method of liquid phase epitaxial growth have been compared with other epitaxial growth methods which are in use nowadays. The theoretical model have been presented for calculation of composition gradient in liquid phase epitaxial Hg1_xCdx Те layers grown from semi-infinite Te-rich solutions. This rnodel combines two mechanisms which cause the appearance of а composition gradient in the epitaxial layers: non-constant temperature crystallization of three-components solid solution and interdi- ffusion between substrate and growing layer. It is applicaЬle to the following standard liquid phase epitaxial growth methods: equiliЬrium cooling, supercooling and step cooling (growth under isothermal conditions). In the experimental part of Thesis the various aspects of epitaxial growth of narrow band gap semiconductors from solutions have been studied. Epitaxial layers of InSb have been grown in horizontal sliding boat of Panish type. In this boat it was possiЬle to melt back substrate in separate solution during very short period of time immediately before the growth of epitaxial layer. From the obtained dependence of layer thickness versus growth time, the value of effective diffusion coefficient of Sb in indiurn solu- tion was estimated_ Also, it is shown that realized р-п+ junction was abrupt one. Comparison of layers with the same carrier concentration was shown that higher mobility was oЬtained Ьу doping layers with In2 Те3 than Ьу Те. ш Short outline of major steps in the InSb photodiode fabrication process and the main characteristics of oЬtained photodiodes were given. Confшnation of epitaxiallayers quality and the degree of mastering with this crystal growth technology, manifests itself in high quality of manufactured diodes. This photodiodes have responsivity in wavelength region from З to 5 f..LШ and their detectivity are background limited. Typical value of detectivity for photodiodes fabri- cated оп а InSb epitaxial layers is D * (~)= 1.1·1 011 cm(Hz) шW1 with detector solid angle of 21t sr. Epitaxial growth of (Hg, Cd)Te was perfoпned in а semi-closed, two-zone system. In such system it was possiЫe to control independently temperatures in the growth zone and in the mercury zone. This system for epitaxial growth are conceived in such way that it has the main advantage of closed system and at the same tirne retaining all the good properties of open system. The experiJ.pental dependence of epitaxial layer thickness for Hg1_xCdxTe (х-0.2) on growth time was estaЫished for layers grown Ьу step and equiliЬrium cooling methods. This dependence enaЫed calculation of material constant for such epitaxial couple. .. . The proposed theoretical rtюdel for composition gradient calculation is experirnentally verified. The reason for discrepancy between necessary mercury partial pressure in growth zone and theoretically calculated one for equilibrium solution was explained. Process sequence for а manufacturing photodiodes on (Hg, Cd)Te epitaxial layers was given. For photovoltaic infrared detector fabricated on Hg1_xCdxTe epitaxiallayer with cornpo- sition х=0.23 (Аса (77 К)~9.4 f..LШ), detectivity was о* =4.5·109 cm(Hz)l!2W1 with detector solid angle к./3 sr. Чquid phase epitaxial growth InSb epitaxiallayer Hg 1_xCd,. Те (х-0.2) epitaxiallayer photovoltaic IR detector .. """".... s:_rni-closed, two-zone S.Y.Stern for epitaxiaJ g~owth IV Кеу words horizontal sliding systern for ~pjtaxial growth - phase equilibrium TliD• ~ interdiffusion in epi layer/substrate boundary diffusion i!l solution for epitaxial growth compositional grading in epitaxiallaye! FN FP LPE MOCVD CVD МВЕ МОМВЕ FOV NEP . ТЕ IC BLIP РСК Lista upotreЫjenih skracenica Fotonaponski (detektor) Fotoprovodni (detektor) (Liquid phase epitaxy). Epitaksijalni rast iz tecne faze (Metal organic chemica vapour deposition). Depozicija iz gasne faze razlaganjern metal-organskih jedinjenja. (Chernical vapour deposition). Hernijska depozicija iz gasne faze. (Molecular bearn epitaxy). Epitaksijalni rast iz molekulskog snopa. (Metal organic molecular bearn epitaxy). Epitaksija iz rnolekulskog snopa rnetal organskih jedinjenja. (Field of view). Vidno polje detektora. (Noise equivalent power). Ekvivalentna snaga surna. Теспа epitaksija . Infracrveno (zracenje). (Background lirnited infrared photodetection). Fotodetekcija u IC oЬlasti ogranicena zracenjern pozadine. Povrsinski centrirana kubna (resetka). v 6fH 0 () 6fus Но() oiliu Lista upotreЬijenih simbola Standardпa promena eпtalpije stvaraпja kompoпeпte ciji је пaziv и zagradi. Standardna promeпa eпtalpije topljenja kompoпeпte Ciji је пaziv и zagradi. Odstupaпje sastava (Hg,Cd)Te cvrstog rastvora od stehiometrijskih odпosa. Ovo odstиpanje se izraiava sledeCim formulama: Hg1_xCdx Те1+ ь i (Hg1.xCdx)2u Teu. Standardпi hemijski poteпcijal kompoпeпte ciji је пaziv u zagradi Flиks zraceпja pozadine. Talasna dиzina praga osetljivosti. Razlika molskog toplotпog kapaciteta pri koпstaпtпom pritisku izmedu cvrste i tеспе faze. 6Go () 6 . Gex IШХ Д.Gkris. 6Ts j..t(i, l) Yi г 1 Siriпa propusпog opsega frekveпcije. Standardпa promeпaGiЬbs-ove eпergije stvaraпja za kоmропепtи ciji је пazi v u zagradi. Standardпa promeпaGiЬbs-ove za komponeпtu ciji је пaziv u zagradi. Promena viska Gibbs-ove eпargije mesaпja. Promeпa Gibbs-ove eпergije kristalizacije. Pothladenje u rastvorи za epitaksijalпi rast. Hemijski potencijal i-te kompoпeпte u tеспој fazi. Koeficijeпat aktivпosti i-te kompoпeпte u tecnoj fazi. Koeficijeпat aktivпosti i-te kompoпente u cvrstom rastvoru. Koeficijeпti medиdejstva u tecnoj fazi. Gustina. Talasпa duziпa pika osetljivosti. Staпdardna promeпa eпtropije topljeпja kompoпeпte ciji је пaziv и zagradi. Talasпa dиzina terasa па epitaksijalnom sloju. cpt U gao koji uspon terase obrazuje sa kristalografskom ravni na kojoj raste epitaksijalni sloj. Ugao odstиpaпja orijeпtacije ravni па kojoj raste epitaksijalni sloj od niskoindeksne ravni. 6 Т5 Pothladeпje rastvora za epitaksijalni rast kada је temperatura izraiena u К. А Aktivпa povrsina fotodetektora. ai Aktivnost i-te vrste. а Koeficijeпt apsorpcije. а, Ь Parametar kristalne resetke. Mi Molama masa i-te komponeпte. 5 Burgersov vektor. ~ Brzina hladenja u toku epitaksijalnog rasta. Faktor neidealnosti fotodetektora. С Broj nazavisnih kompoпenti u sistemu. с Brziпa svetlosti; ili Koncentracija. с0 Pocetna koпcentracija. VII се Ravnotezna koncentracija. Сј , cs Koncentracija u tecnoj i cvrstoj fazi, respektivno. d Debljina epitaksijalnog sloja; ili DeЬljina emiterske oЬlasti fotodetektora. D Detektivnost fotodetektora; ili Koeficijent difuzije. F h Ј о k l, s, g L m DeЬljina granicnog sloja. Specificna detektivnost. Kvantna efikasnost fotodiode. Energija zabranjene zone. Energetski procep. Broj stepeni slobode termodinamickog sistema. Difuzioni fluks. Frekven~ija copovanja. Koeficijent promena sastava cvrste faze Hg1.xCdxTe sa temperaturom za vreme rasta epitaksijalnog sloja. Planck-ova konstanta; ili Visina terase na epitaksijalnom sloju. Кriticna deЬljina epitaksijalnog sloja. Difuziona struja. Struja zasicenja fotodiode. Fotostruja. Struja kratkog spoja. Gustina struje zasicenja. Imaginami clan indeksa refrakcije. Ravnotezni koeficijenat raspodele. Konstanta materijala. Boltzmann-ova konstanta. Oznake za tecnu, cvrstu ili gasovitu fazu, respektivno. Latentna toplota difuzije. Talasna duzina. Nagib likvidus linije; ili Nesaglasnost parametra kristalne resetke supstrata i epitaksijalnog sloja izra:Zena u procentima. щ Masa i-te komponente. N Sum u fotodetektoru; ili Kompleksni indeks refrakcije. n Red reakcije. v Talasni broj; ili Frekvencija upadnog zracenja. n, 1-ln Koncentracija i pokretljivost elektrona u poluprovodniku. со DeЬljina rastvora iz koga raste epitaksijalni sloj . .Q Parametar medudejstva u tecnoj fazi. Р Broj faza u termodinamickom sistemu; ili Ukupan pritisak. р, 1-lp Koncentracija i pokretljivost supljina u poluprovodniku. VIII р () Napon рате komponente cij i је naziv u zagradi. Pi Parcijalni pritisak komponente i. Pi Snaga upadnog optickog zraceпja. Q Koeficijenat efikasnosti depozicije. q Naelektrisanje elektrona. р Specificпa otpomost. R Brzina rasta epitaksijalnog sloja; ili Gasna konstanta. R Osetljivost fotodiode. R~,_ Monohromatska osetljivost fotodiode. r Relativna osetljivost fotodiode. Ro Otpornost fotodiode pri пultom пaponu . S Medusobno rastojanje dislokacija пepodudaraпja; ili Signal fotodetektora. cr Presicenje rastvora iz koga raste epitaksijalпi sloj. Т .. Т.ermodinamicka temperatura; ili Traпsmisija. t Vreme. 8 Temperatura izrazena u 0С; ili thlad Th thom Тк ~. TL ~ь r Tsob tz Уь uoc w Ws, Vs х Х· 1 z, у z Vidпi ugao fotodetektora. Temperatura crnog tela. Temperatura okoline. Temperatura detektorskog elemeпta. Temperatura topljeпja kompoпeпte ciji је пaziv u zagradi. Temperatura па kojoj otpoCiпje epitaksijalпi rast. Ukupno vreme rasta epitaksijalпog sloja. Temperatura zопе zive. Vreme hladeпja sistema za epitaksijalпi rast do sоЬпе temperature. Temperatura homogenizacije. Vrem~ homogeпizacije rastvora za epitaksijalпi rast. Temperatura kraja epitak;sijalпog rasta. Temperatura likvidusa. · Vremeпski period u toku koga se пagriza podloga па kojoj се rasti epitaksijalni sloj. Temperatura zone u kojoj raste epitaksijalni sloj Hg 1_xCdx Те. Temperatura okoline (sobna temperatura). Vreme zagrevaпja sistema za epitaksijalпi rast od sоЬпе do zeljene temperature. Koпtaktпa razlika poteпcijala. Nароп otvoreпog kola fotodiode. Sirina osiromasene oЬlasti u diodпoj strukturi. Koeficijeпti medudejstva u cvrstom rastvoru. Molski udeo CdTe u cvrstom rastvoru Hg1_xCdx Те. Rastojanje u rastvoru za epitaksijalni rast du:Z Ох ose kordinatпog sistema ciji је pocetak vezan za povrsinu epitaksijalnog sloja. Molski udeo i-te vrste u rastvoru iz koga raste epitaksijalпi sloj. Parametri sastava tecnog rastvora Hg(l -zJ(l -yJCdz(l -yJTey· Molski udeo ZnTe u Cd 1 .zZПzTe. IX * Neki simboli su upotreЬljeni za oznacavanje dve ili vise veliCina. U listi su navedena оЬа zna- cenja. Iz konteksta se moze zakljuciti na koju veliCinu se dati simbol u konkretnom slucaju odnosi. х Sadrzaj lzvod 1 Abstract 111 Lista upotreЬljenih skracenica V Lista upotreЫjenih simbola VII 1 Uvod 1 11 Teorijski deo 7 1. Detektori IC zracenja, osnovni parametri, karakteristike materijala za izradu fotodetektora i diodne strukture 9 1. 1. lndijum antimonid 15 1. 2. Ziva kadmijum telшid 19 2. Osnovi epitaksijalnog rasta iz tecne faze 24 2. 1. Mehanizшn rasta epitaksijalnih slojeva 25 2. 2. Kristalna stпlktura InSb i HgJ-xCdxTe i izhor podloga w epitaksijalni rast slojeva ovih poluprovodnika 28 2. З. U slovi kristalizдcije pri epitaksijalnom 1·astu iz tecne faze i fonniranje gresaka и epitaksijalnim slojevima 33 2. 4. RazliCite metode epitaksijalnog rasta iz tecne faze 41 2. 5. Prednosti i nedostaci LPE tehnologije w izradu materijala za optoelektronske komponente. Poredenje sa dmgim epitaksijalnim tehnologijama 43 3. Ravnoteza faza 47 З. 1. Ravnoteia faw и 1n-Sb sistemu 47 З. 2. Ravnoteiafaw, и Hg-Cd-Te sistemи 50 З. З. Odstupanje sastava (Hg, Cd)Te od stehiometrijskog 57 4. Teorija epitaksijalnog rasta iz rastvora 62 4. 1. Epitaksijalni rast iz tecne faze и hinamim sistemima 62 4. 1. 1. Metod ~avnoteznog hladenja 64 . 4. 1. 2. Metod epitaksijalnog rasta iz pothladenog rastvora 65 4. 1. З . Metod uniforrnnog hladenja pothladenog rastvora 66 4. 2. Epitaksijalni rast и trokompoпentnom sistemu: rastvor kadmijima i iive и telunt 67 4. 2. 1. Odredivanje ravnoteznih uslova 67 4. 2. 2. Promena sastava rastvora usled promene parcijalnog pritiska zive u sistemu 70 4. 2. З . Odredivanje temperature zone zive kako bi sastav rastvora ostao nepromenjen 71 4. 2. 4. Promena sastava cvrste faze sa pothladenjem rastvora 72 4. 2. 5. Profil sastava (Hg, Cd)Te epitaksijalnih slojeva 75 111 eksperimentalni deo 79 .5. Opis eksperimentalnog rada 81 5. 1. Sistem w epitaksijalni rast 81 5. 1. 1. Epitaksijalni rast InSb. Klizni sistem Panish-evog tipa 8З 5. 1. 2. Epitaksijalni rast (Hg, Cd)Te. PrelivajuCi dvozonalni poluzatvoreni sistem 84 5. 2. Priprema sistema, rastvora i podloga па kojima raste epitaksijalni sloj. Тipicni temperatumi reiimi rasta epitaksijalnih slojeva InSb i Н1.х CdxTe 87 5. 2. 1. Epitaksijalni rast InSb 87 5. 2. 2. Epitaksijalni rast Hg1.xCdx Те 90 5. З. Tehnologija izrade fotoпaponskih detektora 96 5. З . 1. Fotonaponski InSb detektor IC zracenja (p-n + struktura) 96 5. З. 2. Fotonaponski (Hg, Cd)Te detektor IC zracenja sa prosvetljavanjem kroz podlogu 5. 4. Karakterizacija epitaksijalnih slojeva i fotodetektora 5. 4. 1. Odredivanje deЬljine epitaksijalnih slojeva 5. 4. 2. Odredivanje sastava epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te 100 103 103 103 5. 4. З. Odredivanje koncentracije nosilaca naelektrisanja u epitaksijalnim slojevima 105 5. 4. 4. Odredivanje strujno-naponske karakteristike fotodioda i velicina koje karakterisu fotodetektore 1 Об 6. Obrada i diskusija eksperimentalnih rezultata 107 6. Ј. Epitaksijalni slojevi InSb 107 б. 1. 1. Кinetika rasta epitaksijalnih slojeva InSb 107 б. 1. 2. Dopiranje epitaksijalnih slojeva InSb 11 О 6. 2. Epitaksijalni slojevi (Hg, Cd)Te 112 б . 2. 1. Odredivanje optimalnog napona pare Hg u sistemu 112 б. 2. 2. Zavisnost deЬljine epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te od vremena rasta 115 б . 2. 3. Profil sastava epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te u pravcu rasta 120 б . 2. 4. Elektricne karakteristike epitaksijalnog sloja i konverzija tipa provodljivosti 124 б. 2. 5. Morfoloske odlike epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te 125 6. З. Karakteristike dobijenih lnSb fotodioda 129 6. 4. Karakteristike dobijenih (Hg, Cd)Te fotodioda 134 IV Zakljucak 137 V Literatura 143 I Uvod 1 Uvod Danas је opste prihvacena cinjenica da је realizacija razlicitih optoelektronskih kompo- nenti na epitaksijalnim slojevima prihvatljivija nego npr. rad na monokristalnim podlogama izre- zanim iz masivnih monokristala. Меdи razlicitim tehnologijama epitaksijalnog rasta koje se da- nas koriste, epitaksijalni rast iz tecne faze se pokazao kao vrlo иspesan и pojedinim primenama. U ovom radи је razmatrana mogиcnost primene metoda epitaksijalnog rasta iz tecne fa- ze za realizacijи slojeva иskozonalnih polиprovodnickih jedinjenja koji se mogи iskoristiti za izradи detektora infracrvenog (IC) zracenja. Prikazani detektori sи fotoпapoпskog tipa. Detektori za talasпo podrucje od 3 do Sџm sи realizovani na epitaksijalnim slojevima InSb, polиprovodni­ ckog jedinjenja iz III-V grиpe, а detektori za talasno podrиcje od 8 do 14 џm sи realizovani na epitaksijalnim slojevima Hg1.xCdx Те (х-0.20), cvrstog sиpstitиcioпog rastvora koji spada и grи­ ри II'-II-VI polиprovodпika. Rad је podeljen па pet osпovпih delova: • иvod, • teorijski deo sa sledecim poglavljima: 1. Detektori IC zraceпja, osпovпi parametri, karakteristike materijala za izradи fotodetektora i diodne strиkture. 2. Osnovi epitaksijalпog rasta iz tеспе faze. З. Ravпoteza faza. 4. Teorija epitaksijalnog rasta iz rastvora. • eksperimentalni deo sa dva poglavlja: 5. Opis eksperimentalпog rada. 6. Obrada i diskиsija eksperimeпtalпih rezиltata. • zakljиcak i • spisak korisceпe literatиre. U prvom poglavlju је dat kratak prikaz savJemeпihfotbпskih detektora IC zracenja i nji- hovih osnovnih parametara kojim~ se karakterisи i medиsobпo uporedиju. ОЬјаsпјепi sи i razlo- zi za realizaciju fotonapoпskih detektora: Prikazani su zahtevi koji se postavljajи pred materijal za izradи IC detektora i tehnologiju njegove sinteze. Obrazlozen је i izbor konkretnih dete- ktorskih struktura: • n+ -р detektorska struktura na InSb-u, pri cemu је n+ sloj realizovan procesorn epitaksijalnog rasta iz tecne faze (rastvora Sb u In) na podlozi monokristalnog InSb p-tipa. U rastvor za rast је dodavan i dopant donorskog tipa, tako da је epitaksijalni sloj ро okoncanorn procesu rasta bio n+ tipa provodnosti. • p-n detektorska struktura па epitaksijalnom sloju Hg1.xCdx Те (х-0.20) koji је realizovan epi- taksijalnim rastom iz tecne faze (rastvora Hg i Cd и Те) na monokristalnim podlogama CdTe ili Cd1.zZnzTe (z-0.04), а p-n spoj је forrniran terrnickom difuzijom Au и epitaksijalnom sloju (Нg, Cd)Te. U narednom, drugom poglavlju opisani sи osnovni principi epitaksijalnog rasta, mehanizmi kri- stalizacije i obrazovanja defekata u epitaksijalnim slojevima. Razmatran је izbor optimalnog pothladenja rastvora, orijentacije i pripreme podloga, temperature epitaksijalnog rasta, izbor najboljeg rastvaraca za epitaksijalni rast i mogucnosti eventualne pojave konstitucionalnog ро thladenja иz front rasta. Prikazane sи najcesce koriscene metode hladenja rastvora za vreme rasta epitaksijalnog sloja. Epitaksijalni rast iz tecne faze је иporeden sa savremenijim tehnikama rasta polиprovodnickih monokristalnih slojeva (sa МВЕ tehnikom, epitaksijalnim rastom iz molekи­ lskog snopa, i MOCVD tehnikom, epitaksijalni rast hemijskom depozicijom и gasovitoj fazi iz metal-organskih jedinjenja). Na osnovu detaljnog literatumog pregleda је konstatovano da metod tecne epitaksije (ТЕ) irna svoje mesto i prednosti posebno za realizacijи epitaksijalnih slojeva razrnatranih jedinjenja deЬljine desetak mikrometara, kakvi se i zahtevajи и predloienirn diodnirn strukturarna. U trecem poglavlju је razrnotrena ravnoteia faza и sistemи: InSb(kristal)/rastvor Sb и In (иticaj dopanta zbog njegove rnale koпcentracije пiје пi razmatran) i и sistemи Hg1.xCdxTe (kristal)/Нg0.zJ(l -y)Cdz(l-y)Tey(rastvor)/gasovita faza koja sadrii Hg, Cd i Те2. Prikazani sи rnodeli tecnog rastvora Sb и In i tecnog (rastvor Cd i Hg и Те) i sиpstitиcijskog cvrstog rastvora Hg1_ xCdx Те . Data је rnetodologija za izracипavaпje ravпoteiпih иslova u ovirn sistemirna. Za (Hg, Cd)Te cvrsti rastvor-je razrnotrena i pojava odstиpanja sastava od stehiometrijskog, s obzirom da . sopstveni sttЉiometrijski defekti 1Ј ovom cvrstom rastvoru odreduju tip i koncentraciju nosilaca n·aelektrisanja. Procesima naknadnog odgrevaпja epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te se direktno иtice па elektricпe karakteristike slojeva koje sи vaiпe za realizaciju fotodioda, ра је detaljnije razrnotren proces izoterrnskog niskotemperatиrnog odgrevanja epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te u pari Hg. Cetvrto poglavlje obиhvata teoriju epitaksijalпog rasta iz rastvora u binamirn (In, Sb) i tememirn (Hg, Cd, Те) sistemima. Prikazana је teorijska zavisnost deЬljine naraslog sloja od vrernena rasta za sva tri primenjena metoda epitaksijalпog rasta: metod uniforrnnog hladenja po- thladenog rastvora, metod ravnoteinog hladenja i metod rasta iz pothladenog rastvora (rast и izotermskirn иslovirna). Objasnjeno је od cega zavisi tzv. koпstaпta materijala koja figurise и jedпacinama za deЬljiпu epitaksijalnih slojeva i zasto postoji eventиalno neslagaпje izmedи eksperirnentalno odredeпe deЬljine i teorijski ocekivaпe. Za Hg-Cd-Te sistern је utvrdena meto- dologija proracuna sastava rastvora i пjegove eventualпe promene usled prornene parcijalпog pritiska Hg u sisternи za epitaksijalni rast. Odredeпa је zavisnost temperatиre zone iive od sa- stava rastvora, odnosno parcijalnog pritiska Hg, kao пajisparljivije kornponente, и zoni rastvora. Postavljena је zakonitost promene temperatиre zone iive kako se sastav rastvora и tokи epi- taksijalnog rasta ne bi menjao. Dat је metod proracuпa koji ornogиcava da se odredi promena sa- stava cvrste faze (Hg, Cd)Te izazvana rastom tememog epitaksijalnog sloja и neizoterrnskirn и­ slovirna. Postavljena је metodologija па оsпоvи koje је moguce пumericki odrediti profil raspo- dele koncentracije Cd u pravcu rasta. U postavljenom modelи koji omogиcava odredivanje pro- fila raspodele koncentracije u epitaksijalnom sloju, razmatrana је pojava promene sastava (Hg, Cd)Te cvrste faze koja kristalise u neizoterrnskim uslovima i koja је direktna posledica sarnog rnehanizrna epitaksijalnog rasta i pojave interdifuzije па granici podlogalsloj. Postavljeni model је opsteg karaktera i omogиcava da se odrede i profili raspodele koпcentracije и razlicitim epitaksijalnirn heterostrиkturama, и kojirna pojediпe komponente irnaju visoke vrednosti koefi- cijenata interdifuzije. U petom poglavlju sи opisani sistemi za epitaksijalni rast: klizni sistem Panish-evog tipa za ТЕ polиprovodnickog InSb i dvozoпalni poluzatvoren sistem, za rast epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te, koji је originalne konstrиkcije. Date sи i metodologije priprerne podloga za epita- ksijalni rast, pripreme rastvora i izgled tipicnih reiima prornene temperatиre u tokи epitaksi- jalnog rasta. U ovom poglavlju је dat i vrlo sematizovaп prikaz tehnoloskih ciklиsa izrade foto- пaponskih detektora па epitaksijalnirn slojevima InSb i (Hg, Cd)Te predloienog tipa, opisane su 4 tehnik:e i metode koriscene za karakterizaciju epitaksijalnih slojeva i gotovih komponenti (foto- naponskih detektora IC zracenja). U sestom poglavlju su obradeni i prodiskutovani eksperimentalni rezultati. Izucena је kinetik:a rasta epitaksijalnih InSb slojeva, odredena vrednost efektivnog koeficijenta difuzije Sb u rastvoru In па temperaturi od 400 °С i 450 °С i uporedena eksperimentalno odredena vrednost efektivnog koeficijenta difuzije Sb u rastvoru In sa literatumim vrednostima za druga III-V jedinjenja. Pokazano је da bolje karakteristike imaju epitaksijalni slojevi koj i su rasli iz rastvora sa In2 Те3 nego oni iz rastvora dopiranih cistim Те . Pokazano је da је n+ -р spoj skokovit i da је raspodela dopanta ро dubini sloja konstantna. Sve ovo је omoguCilo da se uspesno realizuju InSb fotodetektori па slojevima dobijenim metodom ТЕ cija је detektivnost u talasnom po- drucju od З do 5 џт ogranicena zracenjem pozadine (rade u BLIP rezimu) D* (~)= 1 .12*101 1 cm(Hz)InW 1. Za epitaksijalni rast (Hg, Cd)Te odreden је optimalan napon pare Hg u sistemu sto је omoguciloda se па reproduktivan nacin narastaju epitaksijalni slojevi zeljenog sastava. Pokaza- no је i objasnjeno da stvami napon pare u sistemu mora biti veci od teorijski proracunatog za ravnotezne uslove. Utvrdena је zavisnost deЬljine epitaksijalnog sloja od vremena rasta za pr- imenjen metod rasta hladenjem ravnoteznog rastvora i metod rasta epitaksijalnog sloja u ra- vnoteznim uslovima. Poznavanje ove zavisnosЧ pruzilo је mogucnost da se odredi tzv. konstantu materijala za ovaj epitaksijalni sistem. Vrednost konstante materijala, koja је eksperimentalno utvrdena i koja је vrlo vazan parametar za predvidanje deЫjine naraslih epitaksijalnih slojeva, је prodiskutovana u svetlu epitaksijalnog rasta u razlicitim sistemima koji su ро konstrukciji razli- Citi od naseg, а za koje su podaci nadeni u dostupnoj literaturi. Na osnovu postavljenog modela је proracunat profil raspodele koncentracije Cd u pra- vcu rasta epitaksijalnog sloja. Proracunati profil koncentracije је potvrden па osnovu poredenja eksperimentalno utvrdene transmisione krive u IC talasnom podrucju sa modelovanom, na osnovu profila raspodele koncentracije. U okviru izucavanja epitaksijalnog rasta (Hg, Cd)Te razmotrene su i elektricne karakteristike i mшfologija naraslih epitaksijalnih slojeva. Prikazane su i eksperimentalne karakteristike realizovanih (Hg, Cd)Te fotodioda za talasno podrucje od 8 do 14 џm. 5 1 Teorijski deo • 1. Detektori 1 С zracenja, osnovni parametri, karakteristike materijala za izradu fotodetektora i diodne strukture Infracrveni detektori sи dizajnirani da detektиjи na pasivan nacin infracrveno (IC) zra- cenje koje emitujи sva tela na temperatиri razlicitoj od apsolиtne nиle [1]. Zakoni flzike, koji sи osnova detektovanja IC zracenja, SI. 1. 1. Apsorpcija u atmosferi iznad moгske vode. sи da sto је temperatura tela visa veCi је i flиks zracenja koji se erni- tuje (Planck-ov zakon), kao i da talasna duzina na kojoj је flиks zr- acenja maksimalan takode zavisi od temperature tela (Wien-ov za- kon). Medijиm kroz koji se prosti- re zracenje moze biti atmosfera, vakuиm ili opticki svetlovod. Ovde се se razmatrati samo atmosfera za kоји је karakteristicno da selekti- vna apsorbcija zracenja pojedinih talasnih duzina nastaje na moleku- lima Н20 i С02 • Na Sl. 1. 1. је prikazana apsorbcija IC zracenja и atmosferi и funkciji talasne duzine [2]. Vidi se da postoje tri opticka "prozora" и kojima је transmisija dovoljno velika da se IC zracenje tih talasnih dиzina moze iskoristiti za detekcijи: • OЫast talasnih dиzina IC zracenja koja se naziva Ьlisko infracveno podrucje. Ova oЫast se prostire od granice vidljive svetlosti do talasnih dиzina od oko 2 ~tm i najatraktivnija је za primenи и oЬlasti optickih komиnikacija [3]. • Talasno podrucje od З ~m do 5 ~m, koje se tradicionalno naziva prvim atmosfersТ...im prozo- rom. U ovom talasnom роdrисји detektujи se ciljevi, meri temperatura, formira termovizi- jska slika i sl, za objekte visoke temperature. • Talasno podrucje od 8 ~m do12 ~m koje se naziva drugim atmosfersТ...im prozorom i и njemи se detektuje IC zracenje koje emitиjи relativno hladni objekti (to su objekti sa ternperaturom koja је Ьliska temperaturi okoline раје и ovoj oЬlasti i termicki kontrast najslabiji). IC detektori se najgrиЬlje mogи klasifikovati na termalne (termoparove, termoelektri- cne baterije, pneиmatske celije, piroelektricni detektori ... ) i kvantne, koji mogи biti sopstveni i primesni. Za kvantne detektore је karakteristicno da imajи vece detektivnosti, vece brzine odziva i njihov osetljivost zavisi od talasne duzine иpadnog zracenja. U najopstijem slисаји za svoj rad zahtevajи hladenje bilo termoelektricnim hladnjacima, tecnim azotom (77 К) ра cak i tecnim helijиmom (primesni polиprovodnicki detektori). Na Sl. 1. 2. su prikazane spektralne karakteri- stike ovih detektora. Na ordinati grafika se nalazi velicina D* tzv. specilicna detektivnost [1], koja omogucava da se medиsobno porede razliciti detektori. Na ovoj slici prikazane sи zbog po- redenja i detektivnosti nekih termalnih detektora. Uocava se da detektivnost termalnih detektora ne zavisi od talasne duzine i visestrиko је manja od detektivnosti poluprovodnickih detektora. Pored svakog tipa detektora је oznacena i njegova radna temperatura. Temperatura okoline је ЗООК а svi detektori su imali ugao vidnog polja od 180°. Na Sl. 1. 2. su prikazane i teorijske de- tektivnosti fotonaponskih (FN) i fotoprovodnih (FP) detektora. U ovom radu Ьiсе govora samo о fotonaponskim detektorima na poluprovodnickirn ma- terijalima: InSb (koristi se u prvom atmosferskom prozoru) [5-11] i cvrstom rastvoru Hg 1· Cd Те [12-17], u kome Ј·е sastav (х) tako odabran da moze da se koristi u drugom atmosfe- x х rskom prozoru. Infracrveni detektori nalaze veliku primenu u svim oblastima nauke i tehnike [4]. U Ta- beli 1. 1. su prikazane neke od ovih primena pri cemu su navedene i oЬlasti ljudske delatnosti na koje se ove primene odnose. Т. 1. 1. Primena infracrvenih detektora VOJna industrija zivotna poljopr- medicina zastita svernп . primea sred iпa ivreda zakoпitosti detekcija vozila • navodenje • otkrivanje kamuflal.e • . otkrivanje ljudi .. .. • izvidanje • daljinski upaljaci • beskontaktno merenje • • • temperature kontrola plamena • • osmatranje • • analiza gasova • • • • • • • protivprovalni alarmi • • • termalno mapiranje • • otkrivanje mina • nocno gledanje • • sortiranje i brojanje • • alarm za detekciju gasenja • plamena odredivanje temperatumih • • • profila odredivanje mesta • • "curenja" toplote protivpozarпi alarmi • • odredivanje пivoa tecnosti • pracenje sadriaja vode • • pracenje vremenskih • • uslova sigurnost rudnika • stanjeЉolest useva • • • rudna nalazista • • okeanske stru је • • zagadenje vode i vazduha • • merenje sadriaja proteina • otkrivanje sumskih pozara • • odredivanje ovulacije kod • mlecne stoke 10 odredivanje sadriaja secera • u grozdu otkrivanje raka • odredivanje sadriaja со2 u • izdahnutom vazduhu merenje temperature koze i • stepena opekotina utvrdivanje alkoholizirano- • sti otkrivanje falsiflkata • vodenje svemirskih brodo- • va odredivanje horizonta • detekcija satelita • 1 О " ,.---,.---т--~;!'Г"".--т---,.----;:;----;-~--';""'""-----....--"'ј""""--г--г-т---, Ge",l l"'\ ~:\ \ 1 2n st. rad. vidno polje (ПК) Г1 .А"1 t96к~' \. ' 300 К temperatura okoline ,;:1-l ~ ~nAs' \ :'' 1 eorijska granica za fotonaponske detektore r ~ ~ ' teorijska !!Ianica za fotonaposke detektore I O" / / (1 96К)\\ "1)< teOПJSka ~ашса za fotoprovodne ctetektore i 11\ ~Г\.ЈV L .......... '~ . t----1:.'/111"! '"A""'"h""""'ft-~--'H--::;o,""""l \':-t-tnsь (7;к)----- -~ ~ ~V"~ ----- -------- ----~-- / v РЬ{~ нgСdтеспк> =к~н-;:т:<;;к- ~s~:c:2~:~--~ ,! (77 К ) 1 --~~~ LL _..-;:- 10' ' РЬS ~..........- - .-- "- z \\ 1'\.. ~ 10' ....... ~ ' '\_ . G Jlay-eva сеЏја (ЗСfО К) ...... \ f----+-",~"-РЬSе( ЗОО К) \ .. \ termoparovi, baterije termoparova- 1 1 1 1 г 1 piroelektricni detektor 1 1 ' · _1 1 • 1 teпrustoп , bo lometп 5 6 9 10 11 12 13 15 / б 17 18 TALASNA DUZINA (J.lm) Sl. 1. 2. Karakteristike spektralne specificne detektivnosti za razlicite tipove komercijalnih detektora infracrve- nog zracenja. Kada је energija upadпog fotoпa veca od eпergetskog procepa poluprovodпickog mate- rijala (hv>Ea), stvara se par elektroп-supljiпa u poluprovodпiku. Elektron u provodnoj zoni i о supljiпa, cije је obrazovaпje posledica ovog procesa pobиdivaпja, а пalazi se и valeпtпoj zoni, su slobodni da se krecи pod иticajem ипutrasпjeg elektricпog polja koje postoji и osiro maseпoj oЬlasti р-п spoja u poluprovodпikи. U elektricпom polju па ovaj пacin stvoreп par elektron- supljina Ьiva иЬrzап pod dejstvom polja и sиprotпim smerovima. Кrеtапје razdvojeпih па sanja u poluprovodniku indukuje struju koja se moze detektovati u spoljasпje ~ Naelektrisanje, koje nastaje kao posledica interakcije sa иpadnim fotonom, је fotonosilac, а struja koja nastaje kao posledica kretanja ovako obrazovanog naelektrisanja, је fotostruja. Na Sl. 1. 3. је prikazana strиjno паропskа karakteristika polиprovodпicke diode. U-I karakteri- stika пeosvetljeпe (и rnraku) foto- diode, 1. па Sl. 1. 3, је identicпa опој za bilo kоји diodи [18]. Kada 1. 1 u se fotodioda osvetli, karakteristika se pomera kao sto је prikazano na Sl. 1. 3. Ako sи оЬа kraja foto- diode razdvojeпa, па krajevima је mogиce detektovati пароп otvo- reпog kola CUsc) · Ako se krajevi diode kratko spoje, kroz diodи и inverzпom smerи protice tzv. struja kratkog spoja Cisc) . 2. 1 3. 1 Fotodiode mogи da rade и fotonaponskom rezimи rada kada se detektиje promeпa паропа otvore- пog kola pod иticajem zraceпja o- dredeпe eпergije. Sa drиge strane, и fotostrujnom rezimи rada dioda se inverzno polarise i strиja је direktпo proporcioпalпa iпtenzitetu ираdпоg zraceпja [1 , 2, 3]. Fotodi- ode koje се se razmatrati u ovom radu се raditi u fotostrujпom rezi- mu rada, pri пultoj polarizaciji. l Usc ћ Isc SI. 1. З. Strujno-naponska karakteristika fotodiode . 1. Fotodioda nije osvetljena. 2. i З . Fotodiodna U - I karakteristika pri Iazlicitim пivoima osve- tljenosti. Intenzitet upadпe svetlosti raste и smeiu strelice. I5c је struja kratkog spoja, U5c је пароп otvorenog kola Ipb је fotostruja. Efikasnost sa kojom ovde poluprovodпicki p-n spoj generise " strujпo" aktivпe fotonosioce је пjegova /..."Vantna efikasnost, 11 . Kvantпa efikasпost [19] se moze iпtepretirati kao verovatпoca da се upadпi fotoп proizvesti par elektron-sиpljina ili tacпije prosecaп broj parova "aktivnih" fotonosilaca ро fоtопи. Kvantпa efi- kasnost је иvek manja od jedinice i па odredeпoj talasnoj duzini odredeпa је osobinama polиpro­ vodnickog materijala i strиktиrom fotodiode. Cilj svakog projektovanja fotodioda је da se dioda tako osmisli da пјеnа kvaпtna efikasпost bude sto veca, odnosпo sto Ьliza vredпosti jedinice. Kvantna efikasпost se maksimizira i tako sto se omoguCi da se sto veca kolicina energije upadпog zracenja apsorbиje u oЬlasti osiromaseпog sloja. Polиprovodпicki р-п spoj се odgo- voriti i па par elektron-sиpljina koji se generise vап osiromaseпe oЬlasti, pod иslovom da оп moze da difипdиje do granice osiromaseпe oЬlasti pre nego sto se rekombinиje. Preciznije rесепо, samo пosioci nelektrisaпja geпerisaпi u okvirи difuzioпe dиzine maпjinskih пosilaca nae- lektrisaпja od granice osiromaseпe oЬlasti to mogu da ucine. Iz ovoga sledi da је kljucпi para- metar koji odredиje 11 prostorna raspodela geпerisanih fotonosilaca koja је odredeпa koe- ficijeпtom apsorpcije, а. Koeficijeпt apsorpcije zavisi od talasпe dиziпe zracenja, раје i oЬlast talasnih duziпa и okvirи kojih ираdпо zraceпje zadate talasпe dиziпe moze da generise fotostrujи ograniceпa. Dиgotalasna granica praga osetljivosti (Л.Ј fotodetektora је odredeпa vredпoscи ene- rgetskog procepa polиprovodnika. Zracenje talasпe duziпe vece od praga osetljivosti ima isиvise malи eпergijи da Ьi se znatпo apsorbovalo. Sa drиge strane, kratkotalasпa granica osetljivosti se 12 pojavljuje zbog toga sto pri kraCim talasпim duziпama koeficijeпt apsorpcije ima velike vre- dпosti (>105 cm-1), ра se zraceпje apsorbuje vrlo Ьlizu povrsine gde је vreme rekornbinacije vrlo kratko i veCina stvoreпih parova elektroп-supljiпa se rekombinuje, pre пеgо sto stigne do osiro- maseпe oЬlasti р-п spoja. Osetljivost ili odzivnost (seпsitivity, respoпsivity), R, fotodiode је odпos fotostruje i sna- ge upadпog optickog zraceпja. Osetljivost fotodiode se izraiava u A/W. U daljern izlagaпju се se koristiti termin osetljivost jer је kod паs uobicajeп. Veza fotodiodпe osetljivosti i kvantne eflkasnosti se lako moze uspostaviti [3]. Sпaga upadпog optickog zraceпja Pi (v) sa ucestanoscu v је ekvivaleпtna broju fotona od Pi(v) 1 hv fotoпa u sekundi gde је h је Planck-ova konstanta. Neka 11 bude definisano kao odпos prosecnog broja fotoelektrona i broja upadпih fotoпa. Prosecan broj elektroпa u sekundi је tada 11 Pi(v) 1 hv. Fotostruja (Iph u А) је: (1. 1) Sa q је oznaceno пaelektrisaпje elektroпa. Osetljivost fotodetektora је: R = Iph 1 P/v) = q 11 1 hv , (1. 2) odnosno, posle uvodeпja smene с=Лv, gde је с brzina svetlosti u vakuumu а Л. је talasna duzina zracenja, i izracuпavaпja vredпosti koпstaпti (q, h, с) koje figurisu u jednacini: R = 11Л. 1 1.24. (1. 2. а) Osetljivost fotodiode ро jedпacini (1 . 2. а) se izrazava u A/W, ako је Л u џm. U zavisnosti od spektralnog sastava upadnog zracenja, razlikuje se iпtegralna osetljivost (R) i monohrornatska osetljivost (R;.) fotodetektora. Relati1ma osetlji1юst, г је parametar jedпak odnosu osetljivosti fotodiode па odredenoj talasnoj duziпi i osetljivosti па talasпoj duzini pika (\,) па kojoj је ose- tljivost maksimalna. Ekvivalentna snaga suma, NEP, (noise ~quivaleпt power). Predstavlja snagu zraceпja kojom bi trebalo osvetliti fotodetektor da bi se dobio sigпal (S) koji bi ро veliCini trebalo da bude jednak napoпu , odпosno struji suma (N) [3]. Оdпоsпо, to је snaga upadnog zracenja (Р) za koju odпos inteпziteta sigпala i suma (S/N) postaje jedпak jedinici. Posto је odnos signala na fotodetektoru i suma proporcioпalan kvadratпom koreпu sirine propusnog opsega frekvencije (~ f), ekvivalentna snaga suma је: ' NEP= PiA ~-Ji( N (1. З) gde је P'i upadna snaga eпergije zraceпja u W/cm2, А aktivпa povrsiпa detektora u cm2, ~f је si- rina propusnog opsega frekveпcije u Hz. Signal, S, i sum, N, se izraiavaju u istirn jedinicarna tako da је jedinica ekvivalentпe snage suma WНz- 112 • NEP је velicina koja је direktno proporci- onalna sumu fotodetektora раје detektor bolji ukoliko је NEP maпji. Stoga se uvodi novi para- rnetar za karakterizaciju: inverzпa vredпost ekvivaleпtпe snage suma i пaziva se detektivnost, D (.detectivity). Kada se detektivnost, D, normalizuje ро jedinicпoj aktivnoj povrsini fotodetektora i jedinicnoj sirini propusnog frekveпtnog opsega pri mereпju suma, dobije se specificna detekti- 13 vnost, D*· koja se u literaturi naziva i detektivnoscu sa zvezdicom i omogucava da se medusobno porede razliciti detektori [1, 2, 20]. Moze se reCi da sto D* ima vecu vrednost, detektor је kva- litetniji. Jedinica detektivnosti је Hz 112W 1, а jedinica specificne detektivnosti је cmHz112W·1• Sa Sl. 1. 2. se vidi da је specificna detektivnost manja na vecim talasnim duzinama pika osetljivosti, tj . fotodetektori koji su osetljivi u prvom atmosferskom prozoru imaju vece specificne dete- ktivnosti od onih koji rade u drugom atmosferskom prozoru atmosfere. U opstem slucaju, uz vrednost specificne detektivnosti specificiraju se uslovi merenja u vidu D*(a, Ь, с) . а је temperatura crnog tela, Т вв u К, ako se meri specificna detektivnost za zra- cenje crnog tela. Ako se odreduje maksimalna specificna detektivnost (D*na ~) ili spektralna specificna detektivnost, а је talasna duzina izvora zracenja U Ј..!.Ш. Ь је frekvencija Copovanja, f, U Hz. с oznacava sirinu propusnog opsega frekvencije, .М, u Hz. Osim specificiranja ovih para- metara uz specificnu detektivnost је potrebno navesti i temperaturu okoline Т ва u К, kao i vre- dnost vidnog ugla detektora, е, koji predstavlja ukupan ugao konusa vidnog polja detektora, FOV (field Qf yiew). Vidno polje fotodetektora (izrazava se u sr) је deo prostora iz koga dete- ktor moze da primi zracenje. Smanjenjem vidпog polja, detektivпost detektora se povecava, ali samo do granice sopstvenog detektorskog suma. Miпimalпa veliciпa vidпog ugla detektora је odredena fizickim dimeпzijama u prostoru iz koga se detektuje zraceпje. Sum moze poticati od samog fotodetektora, elektricпog kola za obradu signala i usled fluktuacija zracenja okoline koje detektor prima. Kada su u pitanju fotodiode пajveCi uticaj imaju termicki (Johnsoп-ov), generaciono-rekombinacioп (g-r), fliker (1/f sum) i sum efekta sacme. Fizicki mehaпizam пastaпka g-r suma је statisticka fluktuacija u broju пosilaca пaele­ ktrisanja koja је posledica slucajпih procesa geпeracije i rekombiпacije. Fizicki mehaпizam пastanka fliker suma nije dovoljno јаsап, а sum efekta sacme пastaje usled slucajпih procesa vezanih za diskretnost nosilaca struje. Pretpostavimo da se sopstvani sum fotodetektora kao i sum pratece elektronike moze minimizirati ра tako i zaпemariti u odпosu па sum koji nastaje usled fluktuacija broja fotoпa koje fotodetektor prima od zraceпja okoline. Kada fotodetektor radi u ovim uslovima, оп pokazuje granicnu detektivпost i ovaj rezim rada se oznacava kao fotodetekcija и !С oЬ/asti ogranicena zracenjem pozadine ili BLIP (hackgrouпd limited iпfrared photodetectioп) rezim rada. Na Sl. 1. 2. su prikazaпe specificne detektivпosti pri FOV~2тc sr i Тва=ЗОО К za FN i FP detektore koje rade u BLIP rezimu. BLIP rezim rada predstavlja idealaп rezim rada za fotodete- ktore jer је to prakticno teorijska graпica specificпe detektivпosti. Vidi se da su detektivnosti sa- vremenih detektora vrlo Ьlizu ovih graпicnih vredпosti i pored ekstremпih zahteva u pogledu kvaliteta poluprovodnickih materijala od kojih se detektori izraduju. Takode se vidi da је teo- rijska specificna detektivпost za FN detektore u BLIP rezimu rada veca od one za FP detektore. Da Ьi fotodetektor radio u uslovima ograпiceпja zraceпjem pozadine (BLIP rezim) potr- ebпo је da brzina generacije nosilaca пaelektrisaпja usled pobude optickim zracenjem prevazi- lazi brzinu termickog pobudivaпja i da generacioпo-rekomЬinacioпi sum bude jedпak ili veCi od termickog suma. Ovi uslovi se svode na to da poluprovodпicki materijal mora imati sledece ka- rakteristike [21]: • dugacko vreme zivota maпjinskih пosilaca пaelektrisanja, • nisku koncentraciju пosilaca пaelektrisanja, • malu deЬljinu poluprovodnika u kojoj se geпerisu nosioci пaelektrisanja, а apsorpcija upa- dnog zraceпja па talasnim duzinama od interesa mora biti intenzivna. Ovakve karakteristike materijala od koga se izraduju detektori IC zracenja, postavljaju teske zahteve kako pred tehnologije izrade materijala, tako i na same metode i postupke kojima 14 se materijal doraduje u finalni proizvod. Npr. potrebno је da ukupna koncentracija donora u (Hg, Cd)Te bude prilicno niska, reda 1015 cm-3, а koncentracija gresaka u monokristalu sto manja, da bi se u materijalu n-tipa ostvarilo dovoljno dugacko vreme zivota [20]. Takode је neophodno da u materijalu bude sto manje rekombinacionih centara koji predstavljaju trapove za slobodne nosioce nae1ektrisanja. Vaina mera kvaliteta fotodiode је otpomost pri nultom naponu, Ro, odnosno: Ro- 1 = (dl 1 dV)v=O· (1. 4) Zbog toga sto је Ro inverzno proporcionalno povrsini diode (А) , ova velicina se norrnalizuje mnozenjem sa povrsinom (Џ) da bi se diode razliCitih povrsina mogle medusobno porediti. U slucaju idealnog p-n spoja, moze se pokazati da је Ro inverzno proporcionalno difuzionoj struji [22]. Difuziona struja u inverzno polarisanom p-n spoju zavisi od osnovnih karakteristika mate- rijala: vremena zivota nosilaca naelektrisanja, pokretljivosti nosilaca naelektrisanja i koncentra- cije sopstvenih nosilaca. U s1ucaju nulte polarizacije p-n spoja i ako је dominantan izvor suma termicki sum onda је detektivnost [23]: (1 . 5) gde је Т D temperatura fotodetektora, kв је Boltzmann-ova konstanta, с је brzina svetlosti, а ostali upotreb1jeni simboli imaju vec objasnjeno znacenje. Dak1e, u slucaju kada је dominantan sum u fotodiodi terrnicki sum, D*oc (R0A) 112. Zbog ove proporcionalnosti specificne detektivno- sti i proizvoda Џ, za procenu kvaliteta fotodioda se cesto koristi i ova velicina. Као sto је vec receno, BLIP rezim rada zahteva da svi spomenuti unutrasnji izvori suma budu manji od granicne vrednosti fotonskog suma. Ovaj zahtev postavlja ekstremne zahteve pred nivo unutrasnjeg suma fotodioda sto implicira i odreden kvalitet p-n spoja i materija1a foto- detektora. Tipicna vrednost proizvoda RoA za (Hg, Cd)Te fotodiode [23 , 24] u prvom optickom prozoru a1:mosfere (3-5 ~tm) је 105 Qcm2, а u drugom (8-10 ~m) је 10 Qcm2. Tipicna vrednost proizvoda RoA za InSb fotodiode (prvi opticki prozoг) је 106 Qcm2 [25]. Osobine izradenih detektora zavise od mQgucnosti kontro1e dopiranja p-n spoja, kontro1e nenamemih necistoca i gresaka u materijalu kao i mogucnosti kontro1e povrsinskih stanja [18, 23, 26-29]. Pasivizacija povrsine [31, 52] ima za cilj ne samo prostu mehanicku zasti- tu fotodiode, vec је, sto је mnogo vaznije za uspesan rad fotodetektora, neophodna da bi se izbe- gle kako hemijske promene tako i promene povrsine koje uvode povrsinska stanja koja mogu zahvatati povrsinske nosioce struje i time negativno uticati na karakteristike diode [30, 31 ]. Takode, u nekim fotodiodnim strukturama pasivacioni sloj moze da s1uzi i kao antirefleksioni s1oj, mada se mnogo cesce ovaj sloj posebno nanosi [1]. 1. 1. Indijum antimonid InSb spada u grupu tzv. III-V poluprovodnickih jedinjenja i sa svojom ta1asnom duzi- nom praga osetljivosti od 5.5 ~tm najrasprostranjeniji је materijal za izradu fotodetektora u 15 prvom optickom prozoru atmosfere. Na ovom materijalu postoje razliciti tipovi detektora: FN, FP i fotoelektromagnetni [32]. Као sto је vec naglaseno, u ovom radu се biti reci samo о FN de- tektorima jer oni imaju niz prednosti u odnosu па FP detektore [ 1]: • BLIP detektivnosti savremenih FN detektora su vece od detektivnosti FP detektora. Npr. za 8=30° i Тва=300 °С idealna specificna detektivnost za FN detektore је D*(5џm, 780 Hz, 1Hz)=2.45·1011 cmНz112W 1 , za FP detektor D*(5џm, 780Hz, 1Hz)=1.92·1011 cmНz112W1 • • Vremenska konstanta FP detektora је reda џs, dok је vremenska konstanta FN detektora reda nekoliko desetina do par stotina ns i moze se uCiniti jos manjom ako se postigne da celoku- pan odziv fotodiode potice iz osiromasene oЬlasti. • Uticaj radne temperature detektora na detektivnost је manji za FN nego za FP detektore. • Detektorski nizovi i matrice se danas izraduju iskljucivo od FN detektora jer, izmedu osta- log, potreba za strujnim napajanjem i odvodenje generisane toplote kod FP detektora cini njihovu primenu- slozenijom. • Za FP detektore је potrebno da InSb bude vrlo cist, koncentracija nosilaca bi trebalo da bude manja od 5.0·1013 cm·3 ili da se taj nivo koncentracije nosilaca ostvari preciznom kompe- nzacijom. Kod prvih InSb fotodioda p-n spojevi su realizovani difuzijom primesa р tipa (Cd, Zn) u podloge n tipa u kojima је koncentracija donora bila reda 1014-1015 cm·3 na 77 К [33-35]. Ovo se izvodi difuzijom u zatvorenim ampulama pri cemu se na povrsini stvara sloj koji је potrebno ukloniti u daljem toku izrade fotodioda sto dovodi do teskoca. Stoga se ovaj nacin formiranja р­ п spoja zamenjuje savremenijim, jonskom implantacijom (najcesce se implantiraju joni Ве ili Mg) [36, 37]. Ovo је relativno skupa tehnologija i njome su, prema katalozima nekih od najv- ecih svetskih proizvodaca [38], realizovani FN detektori na InSb p+-n strukture. 9 11 о ''-,1 - +-1-+--\ 6.~ •10 1-1 -1'-+-+--+-1 4. 5 11 о 11·--t-+-1------lr-+-1 - ~ ю3 opscveni Ђ InSb е- о <Л с. .., о 2 talasna duzina (џm) т' 771( б Opredeljenje је da se realizuju FN diode па InSb strukture n+ -р, gde se na monokristalnoj podlozi p-tipa metodom epitaksijalnog rasta iz tecne faze (LPE method, liquid p.hase ~pitaxy method) na- rasta n+ sloj (dopant је Те). Ovakva stru- ktura ima niz prednosti koje се biti ukra- tko izlozene. InSb је poluprovodnicko jedinje- nje sa vrlo malom efektivnom masom ele- ktrona, te је stoga gustina stanja u provo- dnoj zoni mala. Zbog toga se energetska stanja u provodnoj zoni mogu znacajno popuniti elektronima sto dovodi do pome- ranja talasne duzine apsorpcionog praga (Лс) ka kraCim talasnim duzinama (Лeff). Ova pojava u uskozonalnim poluprovodni- cima se naziva Moss-Burstein-ovim efe- ktom [39, 40]. Drugacije receno, sa pove- canjem koncentracije donora u InSb sirina Sl. 1. 4. Koeficijent apsorpcije InSb n tipa (na svakoj kri- energetskog procepa se povecava i svetlost voj је oznacena koncentracija elektrona и cm-3 na 77 К) u talasne duzine, Л, za koju је Леrt<Л<Лс zavisnosti od talasne duiine upadnog zracenja prolazi kroz n+ sloj sa neznatnim gubicima 16 i Ьiva apsorbovana tek и podlozi р tipa, odnosno и osiromasenom slojи . Posledica је da se na ovaj nacin moze ostvariti vrlo efikasan fotonaponski efekat [41-50]. Izmedи koncentracije nosilaca и n+ slojи i velicine Л.eff na 77 К иspostavljena је sledeca empirijska jednacina [ 43] : Aeff = -0.65 ln n++ 30.38 (1. б) gde је koncentracija nosilaca naelektrisanja izrazena и cm-3, а talasna dиzina је и ~m. Npr, ako је koncentracija donora reda velicine 1018 cm-3, veCi deo infracrvenog zracenja talasne dиzine od 3.4 ~m do 5.5 ~m (prag apsorpcije cistog, sopstvenog, InSb-a na 77 К) prolazi kroz n+ sloj bez gиЬitaka (Sl. 1. 4). Moss-Bиrstein-ov efekat ima velikog иticaja na vrednost koeficijenta sopstvene apsor- pcije. Na Sl. 1. 4. је prikazana zavisnost koeficijenta apsorpcije InSb na 77 К и funkciji talasne dиzine иpadne svetlosti pri cemu је koncentracija nosilaca naelektrisanja ( elektrona и ovom slu- caju) parametar [ 45]. Za InSb p-tipa Moss-Bиrstein-ov efekat nije izrazen, tako da koeficijent apsorpcije pra- kticno ne zavisi od koncentracije i jednak је koeficijentи apsorpcije za slabo dopiran ili cist InSb. hv ! ! ~mski kontakt 8 emiterska oblast n+- tip }-----+·-··-·--·-······--·············-··--······· ······ · ) osiromaseni sloj L.____.__f/·---- -·--------- podloga р- tip omski kontakt zastitni sloj Sl. 1. 5. Sematski prikaz strukture FN InSb detektшa IC zracenja. и о 1.0 ;;; о.в "' ..>< <.::: .., ~ 0.6 с "' > ..>< 0.4 o.z о Ln•10џm (111.9r10 1 ~em-3 N0 • ~r1o 1 • em"3 О) atoтske ravni sabijene, а njihovo rastojanje noпnalno na pravac rasta је povecano, u odnosu na vrednosti za noпna1an, nenapregnut тonokrista1 s1oja. Na ovaj nacin elasticno defoпnisan s1oj је staЬi1an sато dok ne dostigne neku kriti_cnu deЬljinu - hc- Prema [99] aproksimativan izraz za procenu kriticne de- Ьljine је : hc = SOb 1 т, (2. 2) gde је Б ivicna komponenta Burgersovog vektora dislokacije nepodudaranja, а vrednost т је data u (2. 1). Ovo је izraz koji tacno procenjuje vrednost kriticne debljine za т Iп Sl. 2. 2. Kubna elementarna ceiija resetke sfa- lerita na prirneru InSЬ-a. Atomi In i Sb su razli- cito osenceni. Elementarna kubna ceiija sadrii 8 atoma. Primitivna celija (nije oznacena na Ј---;--- Sb slici) sadrii 2 atoma. Prostoma grupa ove kri- stalografske strukture је F4 Зm, а foпnula si- metrije је 3L24L36P. Sa "а" је oznacen para- metar kristalografske resetke InSb. Struktиra sfalerita је slicпa str- uktиri dijamaпta sa tom razlikom sto se u svim cvorovima dijamaпtske resetke пalaze istoimeпi atomi. U strиktиri sfa- 1erita svaki atom u cvoru resetke је okrиzeп sa cetiri atoma drиge vrste kao prvim sиsedima. Prvi sиsedi se пalaze па rastojaпjи ЈЗ /4а u temeпima pravilпog tetraedra tako da је koordiпacioпi broj 4. Sиsedi drиgog reda se пalaze па rastojaпjи Ј2 /2а, ima ih 12 i iste sи vrste kao atom od koga smo poce1i razmatraпje. Sa Sl. 2. 2. se vidi da је veza izmedи sиsedпih razпoimenih atoma иsmereпa и pravcи <111>, пajЬlizi istoimeпi atomi se пalaze и pravcи <110> а krista1ografski pravac <100> se poklapa sa ivicama elemeпtarne celije. Strиktura sfalerita пеmа ceпtar simetrije i direktпa posledica te Сiпјепiсе је da pravci <111> i < 1 1 1 > оЬrаzији polarne ose, ра shodпo tome postoji kvalitativпa razlika izmedи pra- vaca (111] i [lll]. Pojava polarпosti dиz ovih pravaca dovodi do pojave da se ravпi {111} i { ТТТ} raz1ikиjи. Као sto se sa sematskog prikaza па Sl. 2. З. vidi grиpa { 111} ravni se sastoji samo odjedпe vrste atoma. U slисаји IпSb-a svaka iz grиpe {lll} ravпije izgradeпa od atoma Sb koji sa kristalom stvara tri veze, ра sи shodпo tome i tri elektroпa od иkорпо pet valeпtnih, vezaпi и toj hemijskoj vezi. Dva preostala elektroпa Сiпе пezasiceп elektroпski par i иslovljavajи роvесапи hemijsku aktivпost и reakcijama sa oksidacioпim sredstvima (elektrofilпim ageпsima) ovog tipa ravпi. Ova ravaп се se и daljпjem tekstи ozпacavati sa Sb(111 ). Ravaп (111) је izgra- deпa od atoma Iп koji za svoju vezи sa kristalom aпga:Zuju sva tri valeпtпa elektroпa i ova ravaп, koja се se obelezavati sa Iп(111), је mапје hemijski aktivпa. Sve rесепо odпosi se i па CdTe i cvrsti supstitиcijski rastvor Hgr-xCdx Те. U ovorn slucaju (111) ravпi сiпе atomi Cd (и CdTe) оdпоsпо пasumicпo rasporedeni atomi Hg i Cd и slucaju Hg1_xCdxTe. Кristalпe ravпi (111) i (lll) u ovim struktиrama је moguce u principu razlikovati па оsпоvи aпalize difraktograma Х zraka. Apsolutпo odredeпa orijeпtacija па ovaj пасiп se povezuje sa ропаsапјеm ovih ravпi pri hemijskom пagrizaпjи (104-106], bilo da se posmatra karakteristicaп oЬlik jamica пagrizaпja bilo da se prati пjihova pojava ili odsиstvo pri пagrizaпju и specificпim rastvorima. Razlika и prirodi { 111} ravпi, koje su izgradeпe od samo јеdпе ili drиge grupe atoma је evideпtпa i ispoljava se прr. pri апоdпој oksidaciji (107] gde brziпa пarastanja oksida, pri svim ostalim istovetпim uslovima, zavisi od orijeпtacije konkretпe ravпi. Takode se razlikuje i brzina 29 adsorbcije i kolicina metalnih jona [108] ра cak i dubina povredenog sloja monokristala pri me- hanickom poliranju [109]. Masivni monokristali koji otpocinju rast na klicama ovih orijentacija imaju razlicite kolicine defekata rasta [110]. Morfologija epitaksijalnih slojeva se bitno razlikuje u zavisnosti od orijentacije [ 112] ра i optoelektronske komponente realizovane na monokrista- lima jedne od navedenih orijentacija imaju razlicite karakteristike [206, 111]. : <010> i <0 10> .. @ ····· .. , ·· ... , __.:_,.' .. ,-. -- (111) ···· .. , '· .. , а. SL. 2. З. а. Prikaz (110) ravni u kristalografskoj strukturi sfalerita. Ova ravan је izgradena od podjednakog bro- ja raznoimenih atoma i predstavlja prirodnu ravaп cepanja u ovoj stгukturi . Ь. Prikaz (111) ravni и strukturi sfa- lerita. Ova ravan sadrzi samo istoimene atome. Prirodna ravan cepanja u strukturi sfalerita је { 11 О}. Као sto se vidi sa Sl. 2. 3. а, ova ravan је izgradena od podjednakog broja katjona i anjona i stoga za razdvajanje ovakve dve ra- vni nije potrebno uloziti dodatni rad za nadvladavanje kulonovskih sila elektrostatickog privlace- nja. U strukturi dijamanta, gde se u svim cvorovima resetke nalaze samo istoimeni atomi, priro- dna ravan cepanja је ravan { 111} kao najgusce pakovana ravan u strukturi. U strukturi sfalerita postoji jako elektrostaticko privlacenje medu ravnima { 111} grupe i samo jedinjenja u kojima је stepen jonske veze dovoljno mali pokazuju cepanje i ро ovom tipu ravni (InSb, npr) . Kvalitet epitaksijalnih slojevaje odreden citavim nizom faktora medu kojima su oni ve- zani za podlogu od presudne vaZnosti~ U narednoin iz_laganju, navesce se neke od ovih karakteri- stika, vodeci racuna i о primeni realizovanih epitaksijalnih struktura za izradu optoelektronskih komponenti [113-115]: • Nesaglasnost parametara resetke, izrazena jed. (2. 1), mora imati sto manju vrednost. Podra- zumeva se da i podloga i sloj imaju isti tip kristalografske resetke. • Potrebno је da hemijski sastav podloge bude kompatiЬilan sa sastavom epitaksijalnog sloja u elektricnom smislu: podloga ne sme sadгZavati hemijske vrste koje su elektricno aktivne pri- mese u epitaksijalnom sloju. Temperatura epitaksijalnog rasta је obicno dovoljno visoka da se ne mogu zanemariti procesi difuzije na granici podloga-rastuci epitaksijalni sloj. • Strukturna savrsenost podloge mora biti na visokom nivou. Podloga cesto ne predstavlja aktivnu oЬlast realizovane optoelektronske komponente, ali nesavrsenosti podloge uticu na vrstu i broj nesavrsenosti u epitaksijalnom sloju i na taj nacin posredno i na karakteristike re- alizovanekomponente [113, 114,116]. • Koeficijenat termickog sirenja podloge i sloja mora biti sto priЬlizniji kako se pri hladenju naraslog ~loja od temperature rasta (za razmatrane epitaksijalne parove u ovom radu to је te- 30 mperatura od 400-500 °С) do sоЬпе temperature пе bi uvodila dodatпa парrеzапја u epitaksi- jalni sloj . U ovom koпkretпom slucaju mora se razmatrati i hladeпje IC detektora od sobne (300 К) do radпe (77 К) temperature. • Koeficijenat termicke provodпosti mora biti reda velicine pedesetak mWК-1cm· 1 i veci јег, kao sto је vec пaglaseпo, ovi detektori rade па пiskim temperaturama i potrebпo је obezbedi- ti dovoljno brzo hladeпje. • Tvrdoca materijala podloge i пjegova rastvorljivost u vodi su karakteristike podloge vezane direktno za procesiraпje realizovaпih struktura u cilju realizacije aktivпe kompoпeпte. Poze- ljno је da podloga bude dovoljпo mehaпicki cvrsta kako bi se lakse maпipulisalo sa пјоm. Кriterijum rastvorljivosti podloge u vodi је пеорhоdпо uvesti s obzirom па пiz tehnoloskih operacija (прr. poliraпje, ргапје , itd. ) koje је potrebпo primeпiti pri izradi detektorskog ele- meпta. • Temperatura topljenja podloge Ьi trebalo da bude zпаtпо visa od temperature rasta epitaksi- jalnog sloja. Podloge koje nisu termicki dovoljno postojane na temperaturama epitaksijalnog rasta uvode dodatne komplikacije pri rastu slojeva (прг. potreba za odriavanjem odredeпog napona pare lako isparljive komponente u radnom prostoru, ili nagrizaпje podloge рге epita- ksijalпog rasta kako Ьi se ukloпio deo podloge koji је pretrpeo termicku dekompoziciju, ili rast tzv. bafer slojeva koji su ро svom sastavu ideп-ticпi podlozi , itd.). • Ako se prosvetljavaпje IC derektora obavlja kroz podlogu (slucaj koji је predmet ovog rada) опа mora Ьiti traпsmitivпa u odredeпom talasпom podrucju. Iz razmatraпja predlozene strukture IпSb fotoпaponskog detektora u prvom poglavlju ovog rada, prirodaп izbor podloge је moпokristal IпSb. Ovaj moпokristal se moze siпtetizovati sa vrlo visokim stepeпom struktume savrseпosti (117]. Ovo је primer pseudo homoepitaksija- lnog rasta (Т. 2. 1). CdTe је prihvatljiv izbor podloge za epitaksijalпi rast (Hg, Cd)Te (primer pseudohete- roepitaksijalnog rasta prema Т. 2. l). Nesaglasпost parametra resetke CdTe i epitaksijalпog sloja Hg0_8Cd0_2Te је 0.25 о/о racuпato na sоЬпој temperaturi, sto је dovoljпo da dovede do stvaranja velike gustine dislokacija пepodudaraпja koje cesto пisu skonceпtrisaпe samo па graпici po- dlga!sloj (119] а svojim prisustvom pogubпo uticu па kvalitet realizovaпih kompoпeпti (120]. Podloge CdTe dоЬiјепе iz masivпih monokristala imaju jos citav пiz пedostataka: to је vrlo mek materijal (tvrdoca mu је ро Knoop-u 56 kg/mm2), tesko se doЬijaju monokristali velike povrsi- ne, а i vrlo је skup. Sa staпovista strukturne savrseпosti defekti u ovom moпokristalu koji se vrlo tesko otklaпjaju u savremeriim metodama rasta su (121 , 122] : Ьlizaпci , subgraпice i pojava pre- cipitata telura. Gustina dislokacija је relativпo visoka: 105 cm-2. Utvrdeпo је da moпokristali sa- drie relativпo visok пivo primesa kao sto su: К, Na i Cu (u koliCiпama od 0.1 do 0.5ppm) (123] . Ovo su sve primese sa visokim vredпostima koeficijeпata difuzije na temperaturama epita- ksijalnog rasta tako da se svojom preraspodelom u toku гasta ugraduju и sloj i uvode dopuпska primesпa staпja u epitaksijalnim slojevima (Hg, Cd)Te (124]. Као sto se vidi,CdTe nije idealaп izbor epitaksijalne podloge za rast (Hg, Cd)Te. Bolja resenja su hibridпi supstrati (125] ili monokristalne podloge tipa Cd 1 .zZпzTe i Cd1,5Se5Te [126- 128]. HiЬridпi supstrati se sastoje iz podloge, прг. safira ili Si, na kojoj se nekom od tehnika epi- taksijalпog rasta (пајсеsсе MOCVD, јег опа omogucava postizaпje velikih presiceпja koja је po- trebno ostvariti pri pravom heteroepitaksijalпom rastu) пarasta sloj CdTe. Ovakva komЬinacija predstavlja podlogu za dalji epitaksijalпi rast slojeva па kojima se realizuju IC detektori [129- 131]. HiЬridпi supstrati оЬiспо пisu traпsmitivпi u zahtevaпom talasпom podrucju (safir је tra- пsmitivan samo u podrucju od 3 do 5 !ЈШ) , ра па пjima nije moguce ostvariti prosvetljavanje 31 kroz podlogu. S druge straпe , пjihove оsпоvпе predпosti su sto su laksi za maпipulaciju , dobijaju se u vidu podloga sa vrlo velikim povrsiпama i pruzaju mogucпost lakse iпtegracije pratece elektroпik:e. Monokristalne podloge tipa (Cd, Zп)Те ili Cd(Se, Те) imaju citav niz predпosti u odno- su па CdTe. Ovi monokristali se siпtetizuju na isti пасiп kao i moпokristali CdTe [132, 133]. Mali dodatak Zn u moпokristal CdTe, sa kojim gradi cvrsti supstitucijski rastvor, smaпjuje gusti- пu dislokacija i subzrna. Ovi kristali imaju mпogo bolje mehaпicke osobine, i sto је пajva:Zпije moguce је promeпom sastava (veliCiпa z је molski udeo ZпТе u Cd 1 . zZпzTe cvrstom rastvoru, а s је molski udeo CdSe u Cd1_5Se5Te) u ovim cvrstim rastvorima izabrati tako vredпost parametra resetke podloge da se оп u potpuпosti poklapa sa parametrom resetke sloja па odredeпoj tempe- raturi [134]. Osim toga, Zп i Se su izoelektroпski elemeпti sa Cd, оdпоsпо Те tako da пе deluju kao elektroпski aktivne primese u CdTe i u epitaksijalпim slojevima (Hg, Cd)Te. Uslov da ј~ пeslagaпje parametara kristalografske resetke jedпako пuli za epitaksijalпu kombiпaciju : Cd 1.zZпzTe/Hg 1 _xCdxTe glasi [118] : z = ( 0.052 + 1.839·10-5 8 ) ( 1-х), (2. 4) gde је 8 temperatura izrazena u 0С. U ovom proracuпu је pretpostavljeпo da va:Zi Vegard-ov za- koп za vredпosti parametara resetke ovih cvrstih rastvora. Koпstaпte resetke za CdTe i HgTe, kao i koeficijeпti termickog sireпja su dati u Т. 1. 2, а odgovarajuce veliciпe za ZпТе koje su u- zete za proracuп su: koпstaпta resetke na 300 К 0.6481 пm i koeficijeпt termickog sireпja 8.3·10-6 К1 . Da bi se odredio пajpovoljпiji sastav (Cd, Zп)Те podloge, treba odabrati tempera- turu па kojoj је potrebпo da пesaglasпost parametaгa resetke bude jednaka О. U radu [118] је ra- zmatrana zavisnost парrеzапја od temperature u oЫasti elasticпe deformacije za Hg1_xCdx Те (х=0. 2) i парrеzапја na graпici podloga-sloj, u zavisпosti od parametra пesaglasпosti i koпstato­ vaпo da se пајmапјi broj defekata u sloju pojavljuje kada sloj raste па podlozi sa kojom ima пultu vredпost nesaglasпosti na tempeгaturi rasta. Pokazuje se da izbor temperature rasta za odredivaпje sastava iz (2. 4) ima dve predпosti: • Znak пesaglasnosti parametara resetke u ovoj kombiпaciji se пе mепја. Sloj је sve vreme na- pregпut па istezanje tako da u kompeпzaciji пesaglasпosti resetke ucestvuje samo јеdап tip 60° dislokacija пepodudaraпja. Sistem пе dozivljava uvodeпje ili uklaпjaпje dislokacija su- protnog znaka. • Svaka prodiruca dislokacija od podloge kroz epitaksijalпi sloj , biva savijeпa na graпici po- dlogalsloj zahvaljujuCi pojavi naprezaпja usled pojave пesaglasпosti parametara resetke za vreme hladenja sloja. Na taj пасiп se smaпjuje gustina dislokacija u epitaksijalnom sloju i one bivaju skoпceпtrisaпe uz graпicu podlogalsloj . Ovaj drugi razlog za izbor temperature epitaksijalnog rasta, ukazuje i па potrebu laganog hladenja epitaksijalпih slojeva kako bi se smaпjila gustina dislokacija koje prerastaju iz podloge. Kada se па osnovu (2. 4) i za neku sredпju temperaturu epitaksijalnog rasta (Hg, Cd)Te iz Те rastvora odredi z, dobije se da је optimalпa podloga za epitaksijalni rast Hg0_8Cd0_2 Те monokristalna podloga Cd0 _952Zп0_048 Те (z=0.048) . Kada је rec о podlogama za epitaksijalni rasi, vazaп elemeпat је i priprema podloge. Podloge za epitaksijalni rast se mogu pripremati iп-situ i ex-situ. Epitaksijalпi rast iz tecne faze omogucava samo ex-situ pripremu podloga, ako пе smatramo da је kratkotrajno пagrizanje po- dloge пeposredno pred rast sloja пеkа vrsta pripreme па licu mesta. Medutim ovo пagrizanje nije uvek ostvarljivo. Inace, cilj svake pripreme podloge pred epitaksijalпi rast је da se dobije visoko 32 иrеdепа moпokristalna povrsina koja је cista па atomskom nivoи. 2. 3. Uslovi kristalizacije pri epitaksijalnom rastu iz tecne faze i formiranje gresaka u epitaksijalnim slojevima Rast kristala iz rastvora је koпsekиtivaп proces koji se sastoji iz sledeceg пiza stupпjeva [135]: • Traпsport jediпica rasta difиzijom kroz masи rastvora do povrsine rasta. • Procesi па povrsini kristala kojima se jedinica rasta иgradиje и kristalnu resetku podloge. Ovim procesima је оЬиhvасепа adsorbcija, povrsinska difuzija, eveпtualna hemijska reakcija па povrsiпi, desorbcija, иgradпja jediпica rasta па eпergetski пajpovoljnijim mestima, itd. • Traпsport toplote kristalizacije koпdиkcijom od povrsine rasta. Pokazиje se da је ovaj stи­ panj zпасајап za rast kristala iz rastopa gde је protokom toplote prveпstveпo odredeпa brzina rasta. U slисаји rasta iz rastvora [136] гаsiрапје toplote kristalizacije se moze zanemariti. Sl. 2. 4. је sematski jedпodimeпzioпalпi prikaz koпceпtracioпog profila с (~, t) jediпica гasta и rastvorи. Sa с(~, t=O) је obelezeпa koпcetracija и rastvorи па pocetku rasta. ~ је rastojaпje od povrsiпe podloge. Ako је difиzioпa dиziпa, data kao: ~. "1/~i "g (2. 5) gde је Di koeficijeпat difuzije jedinice rasta и rastvoги, kоји prelazi jedinica rasta za vreme иkи­ pnog trajanja procesa rasta (Џ, mnogo veca od deЫjine rastvora rec је о rastи iz polubeskona- cnog rastvora. U tom slисаји na dovoljnoj иdaljenosti od povrsine kristalizacije koпcentracija је jednaka onoj na pocetkи rasta. Na ovoj semi (Sl. 2. 4) sa се је obelezeпa ravпotezna koncentra- cija, odпosno koncentracija koja odgovara rastvorljivosti jedinica rasta na temperatиri rasta epi- taksijalnog sloja. Ova koncentracija se odredиje iz ravnoteznog dijagrama staпja i funkcija је te- mperatиre kao i koncentracije drиgih komponenata и rastvoru:_ S. obzirom, da је и ovom sema- tskom prikazи pocetn~ koncentracija veca od ravnotezne, rec је о rastи iz presiceпog rastvora. Ako se ovaj prьЬlem razmatra kao proЬlem snabdevanja i potraznje za jedinicama rasta, snabdevanЭe povrsine kristala jedinicama rasta difиzijom i kon vekcijom и rastvoru mora biti izbalaпsirano brzinom пjihove иgradnje и kristal. Od balaпsa brziпa ova dva stиpnja zavisi i odstиpanje koncentracije jedinica rasta na povrsini od ravnotezne za temperatиru rasta. Najprostiji matematicki izraz kojim se орisији ova dva иzastopna stирпја (difиzija и rastvoru i reakcija иgradnje jedinica rasta na povrsiпi) је: (2. 6) gde је n red reakcije, а К је koпstanta brzine reakcije. Di i К sи, а priori, funkcije temperature i konceпtracije svih vrsta и rastvorи. К obиhvata citav niz parametara koji орisији procese na povrsini kristala koji raste: adsorbcijи i desorbcijи, disocijacijи i hemijsku reakcijи, nиkleacijи, migracijи jedinica rasta ро povrsini i njihovи иgrаdпји па energetski najpovoljпijim mestima rasta. Ako је brzina povrsinske reakcije velika, К-ј-оо, и tom slисаји koncentracija jedinica 33 rasta na povrsini је jednaka njihovoj ravnoteznoj koncentraciji na toj temperatиri: с(~=О, t)=ce. U ovom s1исаји brzinи kristalizacije odredиje brzina transporta (difиzije) jedinica rasta и rastvo- ru kao spori stupanj. Sa druge strane, postoji i mogиcnost da brzinи procesa odredиje i brzina reakcije na povrsini kristala kao spori stиpanj i tada К--+0, а с(~=О, t)-c(~, t=O). Na S1. 2. 4. sи sematski prikazani i gradijenti koncentracije za оvи kristalizacijи и s1исаји kada је brzina odredena Ьi1о brzinom difuzije u rastvorи ili pak povrsinskom reakcijom. DeЫjina granicnog sloja (8) u stacionarnim uslovima, kada је difuzioni fluks, Fd=Di(дc/д~)~=O za ~=0 konstantan, data је kao [136]: 8 = [с (~, t=O) -с (~=0, t)] 1 [ Di (дс 1 8~)~=0]. с с (~, t=O) с C~=O,t) о fazi rastvora kinetika povrsinske reakcije Sl. 2. 4. Sematski prikaz raspodele koncentracije jediпica rasta и rastvoru iz koga raste epitaksijalпi sloj. cиnava brzina rasta epitaksijalnog sloja. (2. 7) Prenos mase pri epita- ksijalnom rastи se ostvaruje difuzijom i konvekcijom. Eks- perimentalni podaci о epitaksi- jalnom rastи III-V jedinjenja [137] i (Hg, Cd)Te pokazиju da su [205] ovi procesi иgla­ vnom kontrolisani prenosom mase koji nastaje kao rezultat pothladenja rastvora. U svim ovim radovima, sa izuzetkom [144], koji ovaj proЬlem ra- zmatra sa fenomenoloskog sta- novista, smatra se da se prenos mase ostvarиje samo meha- nizmom difuzije [138-143] i na osnovu proracunatog gra- dijenta koncentracije u Ыizini fronta kristalizacije, se prora- Epitaksijalni rast se moze klasifikovati [206] u zavisnosti da li је to rast na singularnim ravnima, odnosno ravnima glatkim na atomskom nivou, npr (111) ili (100) u ovoj struktиri, ili "hrapavim", nesingulaгnim ravnima. Glavna razlika је u tome da se na hrapavim ravnima rast odvija ugradnjom pojedinacnih atoma i brzina rasta epitaksijalnog sloja (r) na ovom tipи ravni је proporcionalna promeni molarne Gibsove energije kristalizacije(дGkrisJ : rocдGkris.• koja se moze dovesti u vezu sa presicenjem u rastvoru (cr) preko дGkris _-RTcr. Presicenje u rastvoru se definise na sledeCi nacin: cr = [ с (Т) - с (Т r) ] 1 с (Т L), (2. 8) gde је с(Т) koncentracija u rastvoru iz koga raste epitaksijalni sloj na temperatиri Т, а с(Тr) је ravnotezna koncentracija па temperaturi likvidusa Т L· Na singularnim ravnima atomi se ugraduju u nakиpinama i pojedinacni nacin ugradnje zavisi od orijentacije atomske ravni na kojoj sloj raste. U [145] је razmatrana veliCina kriticnog 34 nukleusa za razlicite singularne гavni u ovoj kristalogгafskoj strukturi. Ро ovom modelu atomska nakupina је stabilna kada је vise od polovine atomskih veza u nakupini zauzeto bilo uspostav1ja- njem veze sa podlogom, Ьilo veza sa dгugim nakupinama. U sled eksperimentalnih teskoca u pro- ucavanju pocetnih faza epitaksijalnog гasta iz tecne faze, u poredenju sa npr. epitaksijalnim ra- stom iz gasovite faze (146], гаd је uglavnom skoncentrisan na izucavanje slojeva za koje su di- menzije nukleusa 1-1 ОО J.lffi i koji karakterisu medufazu гasta izmedu formiranja stabilnih nukle- usa i kontinualnog epitaksijalnog sloja. Ova vгsta izucavanja је korisna za гazumevanje veze koja postoji izmedu morfologije i kristalogгafske savгsenosti epitaksijalnog sloja. Parametri koji se kontгolisu pri epitaksijalnom гastu iz tecne faze su: 1. Pothladenje гastvoгa koje se definise u funkciji tempeгatuгe kao: (2. 9) gde је Т а stvarna tempeгatura гasta, а Т L је tempeгatura likvidusa zadatog гastvoгa. Rastvori Sb u In, kao i гastvori Cd i Hg u Те, mogu da izdrie pothladenja i do 10-20 °С bez pojave homo- gene nukleacije u masi гastvora kojom se tezi ukloniti nastalo presicenje. Slojevi koji su rasli iz pothladenih rastvoгa obicno imaju bolju morfologiju, sto је posledica povecanja gustine centara nukleacije na pocetku rasta. Veliki Ьгој formiranih nukleusa гasta lakse i br:Ze srasta kako гast protice, sto dovodi do formiгanja glatkog epitaksijalnog sloja. Medutim, nije uvek moguce u pocetnim fazama rasta izolovati uticaj pothladenja na nukleaciju od drugih efekata. U slucaju epitaksijalnog rasta tгokomponentnog cvrstog гastvora na monokristalnoj dvokomponentnoj podlozi, u pocetnoj fazi гasta podloga је nestaЬilna u гastvoru iz koga се rasti sloj (147] . Za kombinaciju: rastvoг Sb u In i podloga InSb, postoji ravnotezna temperatura (Т L) na kojoj postoji termodinamicka гavnoteza u ovom sistemu. Podloga CdTe ne moze da bude u гavnotezi sa гastvorom koji osim Cd i Те sadr:Zi i Hg. Stoga, Ьinarna podloga u momentu prvog kontakta sa temeгnim гastvorom moze .сја · dozivi tzv. · "povгatno гastv~a.nje". Rastvaranje podloge moze biti vrlo ograniceno ро kolicini materijala јег se njime postize dovoljno presicenje za bгzu depoz_iciju skrame tememog rastvoгa koja spгecava · daljnje rastvaranje podloge. Ovom problemu је posvecena velika pa:Znja u liteгaturi koja se odnosi na epitaksijalni rast III-V cvгstih rastvora na binarnim podlogama, јег је ovo posebno znacajno pri rastu vгlo tankih epitaksijalnih slojeva iz tecne faze ( deЬljine 1 do 2 J.lm) koji su ujedno i aktivne oЬlasti za npr. poluprovodnicke laseгe (148]. 2. Т emperatumi gradijent па granici гasta. Ponekada se losa morfologija epitaksijalnih slojeva pripisuje uticaju konstitucionalnog pothladenja koje se uobicajeno razmatгa u vezi sa ra- stom masivnih monokristala iz rastopa gde ova pojava izaziva nestaЬilnosti fгonta гasta (149]. Sl. 2. 5. је sematski prikaz koji pomaze da se bolje гazume ova pojava pri гastu epita- ksijalnih slojeva iz гastvoгa. Za epitaksijalni гast InSb iz гastvoгa Sb u In, гavnotezni koeficijent гaspodele Sb koji је definisan kao odnos odnos koncentгacije Sb u cvrstoj fazi, 0.50, i konce- ntгacije Sb u гastvoгu na гavnote:Znoj tempeгatur 8L =400 °С (tipicna tempeгatura epitaksijalnog гasta) Хsь=0.169, kе~З. Slicno је i za epitaksijalni гast Hg1.xCdx Те iz Te-гastvoгa. Za ovo jedi- njenje na гavnoteznoj tempeгaturi od 8L =480 °С, cvгsta faza sastava х=0.22 је u гavnotezi sa rastvoгom Hg i Cd u Те koji na ovoj tempeгaturi sadrzi Xcct=0.0095 Cd. U ovom prirneru гavnotezni koeficijenat гaspodele Cd ima vгednost 11.6. 35 Ovako visoke vrednosti koeficijenata raspodele rastvoraka dovode do velikog osiroma- seпja rastvora u jediпicama rasta uz povrsinu rasta. Ovo osiromasenje izaziva pojavu konceпtra­ cioпog gradijenta prikazanog na Sl. 2. 5. kome је pridruzeпa promena efektivne temperature li- kvidusa. Ako mali (ili nulti) temperatumi gradijent postoji u rastvoru (linija А) tada је srafiraпi deo rastvora па pomenutoj slici, pothladen ispod temperature likvidusa. U tom delu rastvora i moze doci do pojave nestabilпosti povrsine rasta. Ako se normalпo na povrsiпu rasta primeni do- voljno strrn temperatumi gradijent (linija В), oЬlast konstitucionalпog pothladeпja se uklaпja. NagiЬ liпije В је utoliko manji ukoliko је manja brzina hladenja sistema i ukoliko је u zadatom temperaturnom iпtervalu rasta nagiЬ likvidusa manji. cvrsta faza rastvor в Т (Џ) Osim sto utice na pojavu nestabilпo­ sti froпta rasta, konstitucionalno pothladeпje, u s1ucaju da dostigne kriticnu vrednost, moze izazvati homogenu nukleaciju u citavoj masi rastvora. Vrednost kriticnog pothladeпja ne zavisi samo od fizicko-hemijskog medude- jstva komponenata i rastvora, vec i od meto- doloskih karakteristika procesa rasta [98] (tip aparature za epitaksijalni rast, zapremine ra- stvora, brzine hladenja, itd.) З . Oгijentacija podloge. U razma- tranju uticaja orijentacije podloge na nukle- aciju III-V slojeva koji kristalisu u resetki sfalerita, Sangster [150] је razmatrao ato- povrsina rasta msku strukturu glavnih ravni u ovoj kristalo- grafskoj strukturi, ра medu njima i ravni Sl. 2. 5. Koncentracija rastvorka, с , u ras tvoп1 za rast { 111}. Ako se pri nukleaciji broj "viseCih" epitaksijalnog sloja u funkciji rastojanja ~ od graпice га- veza ne mепја ili se smanjuje, ne postoji sta. Prikazana је i raspodela likvidus temperature koja о- energetska barijera za nukleaciju. U slucaju dgovara ovoj raspodeli rastvorka. Liпijama А i В su obe- kada је potrebno da jediпica rasta poveca lezeni najnizi i naj visi. respektivno. ternperatuшi gra- dijenti na povrs iп.i rasta sa ozпacenom oЫascu и kojoj је rastvor pothladen. broj "visecih" , odnosno nezasicenih veza, pri ugradnji na podlogu date orijentacije, пukle- acija na toj ravni је otezaпa. Na Sl. 2. 6. prikazana је atomska struktura { 111} ravni u resetki III-V jediпjenja. Ova kristalna ravan је izgradena od duplog sloja npr. atoma Sb i sloja atoma Iп (u slucaju IпSb) gde је svaki Iп atom vezan za tri Sb atoma i obrnuto. SledeCi dupli sloj atomskih ravni se nalazi па vecoj udaljenosti. Na osnovu ovog sematskog prikaza se vidi da ugradпja pojediпacnog In atoma na Sb { 111} ravпi zahteva angazovanje jedne nezasicene veze za formiranje veze sa Sb atomom sto ima za rezultat porast broja nezasicenih veza za 2. Sledeci korak nukleacije zahteva da se na- redni Iп atom veze za povrsinu rasta kao drugi najЬlizi sused vec ugradenom sa neto porastom broja nezasicenih veza za 2. S1edeci Sb atom moze da prespoji ova dva vec ugradena sto је рrасепо ugradnjom treceg In atoma i stvaranjem nakupine tipa In3Sb koja је i prikazana na slici. U skladu sa ovim razmatraпjem, potvrdeno је da su nukleacija i brziпa rasta u opstem slucaju па ravпima { 111} orijentacije otezanije i sporije nego na npr. ravnima { 1 ОО} orijentacije u istoj strukturi. Opsta morfoloska odlika epitaksijalпih slojeva kako III-V jediпjenja, tako i (Hg, Cd)Te 36 slojeva је pojava terasaste strukture [151-157] koja је и vezi prvenstveno sa odstupanjem orije- ntacije ravni na kojoj sloj raste od niskoindeksne nazivne ravni. Na Sl. 2. 7. је prikazan poprecni presek kroz epitaksijalni sloj koji ima terasastu morfologijи . Terase na slojи imajи visinи ste- penice, oznacene sa h na datoj slici, i talasnи dиzinи, Лт Opsti zakljиcci о pojavi terasa na epita- ksijalnim slojevima bi bili: 8 О stabilni nukleusi 1. Terasaste strukture sи slicne, bez obzi- ra na vrstи rnaterijala (ПI-V jedinjenja i njihovi cvrsti rastvori, П-VI jedinjenja i cvrsti rastvori ... ) i sistern и kome se odvija epitaksijalni rast (npr. klizni sistemi и kojima је podloga horizontalna, sistem и kome је podloga и vertikalnom polozajи i иranja se и rastvor ... ). 2. Terase se ројаvlјији na ravnima cija orijentacija odstиpa za ugao et od niskoindeksne nazivne ravni (npr. { 111} ). Na takvim epitaksija- lnim slojevima obicno_ postoje oЬlasti и vidи face- Sl. 2. 6. Atomska struktura { 111 } ravni и strukturi ta koje sи spolja gledano glatke i na kojima se sfalerita. Prikazanje i stabilan nukleus koji se sasto- orijentacija tacno poklapa sa nazivnom ravni. ji od cetiri atoma. З. Linije terasa sи normalne па gradijent razori је п tacije. 4. Talasna dиzina terasa ne zavisi jako od stepena razorijentacije sve do izvesnih vre- dnosti иgla razorijentacije. Kada se ta vrednost razorijentacije prevazide, struktura se iz talasaste menja и tzv. celijsku. Visina stepenica, h, zavisi jako od stepena razorijentacije i to tako da ga kompenzиje. normala na povrsinu ~odloge pravac niskoindeksne et Л. 1 ravш -~Ј epitaksijalni sloj --------~ podloga 5. Talasna dиzina stepenica se smanjиje sa povecanjem presicenja (pothladenja и rastvo- ru). Ovo је posledica povecanja gиstine nиklea­ cije sa povecanjem presicenja и rastvoru. 6. Talasna dиzina terasa zavisi i od vrste primesa и rastvorи za rast epitaksijalnog sloja. U [158] је uveden koncept karakteristi- cnog ugla иspona terase, ч>t· Ovo је иgао koji gradi uspon terase sa platoorn. Ako је razorije- ntacija podloge takva da је 8t;?:cpt, terase mogи biti eliminisane. U praksi је mnogo lakse orije- ntisati podlogи za rast epitaksijalnog sloja tako Sl. 2. 7. Izgled terasastog epitaksijalnog sloja koji је da 8t ima vrlo male vrednosti, i da se epitaksija- rastao па podlozi koja је razorijentisana za ugao 81 и lni rast prakticno odvija na niskoindeksnoj odnosu na niskoindeksnu nazivnu ravan. ravni, nego obezbediti podloge sa иnapred zada- tim razorijentacijama. 4. Pт-iprema podloge za гast epitaksijalnog sloja ima velikog иticaja na kvalitet i morfo- logijи epitaksijalnih slojeva. Podloga mora biti hemijski cista na atomskom nivoи i bez ikakvih zaostalih deformacija koja sи posledica mehanickog poliranja. Ovo se postize hernijskim nagri- zanjem podloga sa hemijskim sredstvima sa polirajuCim svojstvima [159, 160] ili bezkontaktnim hemijskim poliranjem [161]. U samom sistemи za epitaksijalni rast treba eliminisati и sto vecoj meri hemijske prime- 37 se (0 2, Н20 ... ) koje mogи reagovati sa podlogom i na taj nacin је иciniti neaktivnom, sto dovo- di do pojave rasta diskontinиalnih slojeva, ра i do potpиne nemogиcnosti пиkleacije. Ovo је po- sebno vaino za epitaksijalne slojeve koji rastи па relativno niskim temperatиrama (<500 °С) јег и ovom slисаји Н2, koji se najcesce koristi и procesи rasta, nema redиkciona svojstva и odnosu na eventualno prisutne okside na povrsini podloge, vec slиzi samo kao zastitna atmosfera. Termicko raz1aganje podloge pre pocetka epitaksijalnog rasta takode moze imati po- gubnog иticaja na kvalitet epitaksijalnih slojeva. Ono se sprecava [98] ili konstrukcijom samog sistema (podloga se npr. dovodi и visokotemperaturnи zonи rasta neposredno pred rast epitaksi- jalnog sloja) ili se razlicitim metodama иklапја termicki razlozen sloj neposredno pred rast sloja (npr. kratkotrajnim nagrizanjem и posebnom rastvoru). I hrapavost povrsine podloge moze иticati na svojstva epitaksijalnog sloja koji na njoj "ad" atorni na usponu uspon plato Sl. 2. 8. Mehanizam mikroskopskog lateгalnog rasta koji uklju- сије kretanje uspona duz povisine epitaksija!пog sloja [ 154]. raste. Povecanje gustine nastalih nи­ k1eиsa и prvoj fazi rasta na ovakvoj povrsini moze biti rezиltat dve pojave: relativno velikog иdela povrsine viso- k_oindeksnih ravni na kojima kristal lako raste i pri malim presicenjima иgradпjom pojedinacnih atoma na energetski najpovoljnija mesta kojima ovaj tip povrsine оЬilије [191] i cinjenice da proces hrapavljenja povr- sine dovodi do stvaranja velike gи- stine dislokacija Ьlizu povrsine, koje dejstvиjи kao ceпtri nиkleacije [97]. Jednom kada пastali nиkleusi srastи, sloj nastavlja da raste kao kontinиalan lateralnim kretanjem иspona na terasama dи:l. citave povrsine sloja, иgradпjom jedinica rasta и podnozje uspona na terasama, kao sto је to sematski prikazano па Sl. 2. 8.[154]. 5. lzboг tempeгatuгe гasta epitaksijalnog sloja . Iako se epitaksijalni rast и principи moze odvijati na Ьilo kojoj temperaturi dи:l. likvidиs liпije, postoje пеkа pravila koja odredиjи izbor optimalne radпe temperatиre. • Visoka temperatиra rasta moze prouzrokovati: - Visoke vredпosti brzine rasta, иsled visokih vredпosti parametra 1/m, gde је m паgiЬ likvidиs linije. Ovo је пarocito пepovoljno pri rastu vrlo taпkih slojeva, debljiпe oko 1 џm. - Роvесапје verovatnoce zaprljaпja sloja пecistocama прr. iz materijala koпtejnera (пајсеsсе grafit) se povecava. -Uvecanи mogиcпost termicke dekompozicije podloge. - Povecanи mogucnost иvodenja dodatпih пaprezanja u epitaksijalпom slojи иsled razlika и koe- ficijentima termickog sireпja podloge i sloja pri hladeпju do sоЬпе temperature. - Povecanи isparljivost pojedinih kompoпeпti rastvora za rast ili primesa koje su dodate и cilju dopiranja epitaksijalnog sloja. Ovo је пarocito znacajпo kada је пеkа od komponenti vrlo ispa- rljiva. Promena sastava rastvora иsled isparavaпja neke od kompoпenti otezava kontrolu sastava epitaksijalnog sloja i пivoa dopiranja. • Niske temperature rasta dovode do : - Ote:l.aпe пиkleacije па podlozi usled prisиstva oksida па пјепој povrsini koji пiје mogиce re- dukovati и atmosferi vodoпika па niskoj temperaturi. Ote:l.ana пиkleacija и ovom slucajи moze 38 biti i prirodna posledica smanjene pokretlji vosti adsorbovanih jedinica rasta па povrsini podloge. - Male brzine rasta usled smanjenja rastvorljivosti rastvorka, odnosno male vrednosti 1/m, gde је m nagiЬ likvidиs linije. - Povecanja koncentracije necistoca и rastvoru. Radom na povisenim temperaturama se delimi- cno smanjиje koncentraciju isparljivih necistoca u rastvoru. Izbor temperature epitaksijalnog rasta predstavlja kompromis razlicitih zahteva i zavisi od namene i vrste konkretne epitaksijalne strиkture . 6. !zbor rastvaraca za rast epitaksijalnog sloja. Postoje пеkа opsta pravila za izbor rastvaraca za rastvor iz koga raste epitaksijalni sloj: - Rastvarac mora biti dostиpan kao vrlo cist. Rastvarac је glavni izvor necistoca koje se ugradиjи u epitaksijalni sloj. Komercijalno dostиpaп In, jedan od пајсеsсе koriscenih rastvaraca za epitaksijalni rast III-V jedinjenja, ima cistocu od 6N (99.9999 mas% ). Neki rastvaraci sи dostu- pni sa jos vecom Cistocom (Hg, прr. ). - Optimalan rastvarac mora rastvarati dovoljпu koliciпu rastvorka па temperatиri rasta epitaksi- jalnog sloja kako bi'·se u razumnim vremeпskim intervalima i pri izabranim pothladenjima dobili slojevi zeljene deЬljine. - Pozeljno је da rastvarac ima sto ni:Z.i napon pare па temperaturi epitaksijalnog rasta, ako se radi и tzv. otvorenim sistemima. Tako је пароn pare Те2 па uobicajeпoj temperatиri epitaksijalnog rasta (Hg,Cd)Te od 480 °С, 6.30·10-4 bar. Napon pare Hg, drugog moguceg rastvaraca u ovom sistemи, na istoj temperaturi је 6.4 bar. Iz ovih brojcaпih podataka је ocigledno da se Hg ne mo- :Z.e koristiti kao rastvarac u sistemima koji rade na atmosferskom pritisku. - Rast vrlo cistih epitaksijalnih slojeva zahteva rastvarac koji је jedna od komponenti rastvorka, jer rastvarac svojom ugradnjom u epitaksijalne slojeve moze da promeni njihove opticke i ele- ktricne osobine. - Rastvarac mora biti inertan и odnosu na materijal koпtejnera (najcesce grafit) . - Rastvarac se mora lako odvajati od naraslog epitaksijalnog sloja ро okoncanom procesи rasta. Ovo znaci da је potrebno da rastvarac slabo kvasi epitaksijalni sloj, odnosno da ima visokи vrednost koeficijenta povrsinskog napona. U Tabeli 2. _2. su radi kvalitativnog poredenja, нavedene osobine nekih od najcesce ko- riscenih rastvaraca za rast III-'! jedinenja (In i Ga, skoro idealan rastvarac ро svojim osoЬinama) i rastvaraca (Hg i Те) koje је moguce primeniti pri rastu (Hg,Cd)Te slojeva. Navedene vrednosti pri poredenju pojedinih rastvaraca, treba uzimati samo orijentaciono. Na navedene vrednosti po- jedinih fizickih velicina utice i prisustvo rastvorka koji је karakteristican za svaki konkretan primer epitaksijalnog rasta. Т. 2. 2. Neke od osoЬina najcesce koriscenih rastvaraca za epitaksijalni rast. rastvarac Те Hg Ga In temperatora topljeaja (0С) 449.5 -38.87 29.78 156.6 povrsinski napon (N/cm) na 500 °С 1.70-10"3 3.85-10'3 8.80-10'3 5.30-10'3 39 Rastvarac za epitaksijalni rast InSb је In i u ovorn slucaju ne postoji nikakva dilema oko izbora. U slucaju epitaksijalnog rasta (Hg,Cd)Te rastvarac rnoze biti ili Те, ili Hg ili epitaksijalni slojevi ovog cvrstog rastvora rnogu rasti iz pseudo-binarnog rastvora bogatog sa HgTe [28] . Ne postoje podaci о epitaksijalnorn rastu (Hg,Cd)Te iz rastvora Hg i Те u Cd jer rast iz rastvora sa ovom vrstorn rastvaraca nerna nikakvih prednosti u odnosu na rast iz rastvora Hg, а Cd ima i tendenciju da suЬlirnise [62] . Rast iz pseudo-Ьinarnog rastvora bogatog sa HgTe nije pogodan јег је napon рате Hg i- znad ovih rastvora vrlo visok, а i ternperature rasta su relativno visoke - oko 700 °С. Ovako vi- soka ternperatura uslovljava intenzivnu difuziju na granici podloga-sloj tako da doЬijeni slojevi irnaju veliki gradijent sastava u pravcu rasta [162] . LPE rast iz Hg rastvora је prvo raden u zatopljenirn kvaтcnirn arnpularna [162] zbog vi- sokog napona рате Hg (>10 Ьат). Rastvorljivost Cd u Hg uglu Hg-Cd-Te faznog dijagrarnaje vr- lo niska ( <1 О-3 rn~l о/о) i pokazuje se da је па ovaj nacin nernoguce narastanje dovoljno debelih ( desetak 11rn) epitaksijalnih slojeva. Osirn toga i ovako tanki slojevi ро citavoj duЬini irnaju vr1o veliki gradijent sastava Cd, zbog pojave njegovog brzog osirornasenja u rastvoru uz granicu rasta [162] . Upotreba rastvora Hg vrlo velike zaprernine (>2 kg) pruza rnogucnost prevazilaZenja proЬlerna osirornasenja Cd u rastvoru i ornogucava doЬijanje dovoljno debelih slojeva (Hg,Cd)Te sa dobrorn hornogenoscu sastava u pravcu epitaksijalnog rasta [163 ,164]. Ova tehnologija rasta iz tzv. beskonacno velikih rastvora је danas standardna tehnologija u nekim od najznacajnijih svetskih firrni za izradu IC detektora na ovorn rnaterijalu (Santa ВаrЬата Research Center, Goleta, СА, USA; Loral Infrared and Irnaging Systerns, Lexington, МА, USA, ... [163, 165]). Njena velika prednost је relativno niska temperatura rasta ( -450 °С), mogucnost doЬijanja rastvaraca, Hg, kao izuzetno cistog (lako se preCiscava i do cistoca veCih od 6 N), velik:a rnasa rastvora omogucava ekstremno dobru temperaturnu staЬilnost, sto irna za rezultat dobru uniforrnnost i reproduktibilnost deЬljine i sastava, slojevi se lako dopiraju u toku rasta, iz jednog rastvora је moguce ostvariti citav niz narastanja slojeva sa reproduktiЬilnim kaтakte­ ristikarna, јег se sastav rastvora prakticno ne menja. Мапе ove tehnologije Ьi Ьile to sto ju је rnoguce realizovati samo u zatvorenim sistemima, pod visokim pritiskorn, sto komplikuje realizaciju sisterna za epitaksijalni rast i sto је u jednom ciklusu rasta moguce naтastanje sarno jednoslojne strukture. Telur је izvrs-tan rastvarac za rastvore · iz kojih se epitaksijalno narasta- (Hg, Cd)Te. Rastvorljivost Cd u Те је . dovoljno velika, tako da је moguce realizovati dovoljno debele epita- ksijalne slojeve sa odlicnom homogenoscu sastava u lateralnom i u pravcu rasta [162]. Napon рате Hg iznad rastvora Те iz kojih је moguc rast epitaksijalnih slojeva sastava х-0.20 na tipi- cnirn ternperaturama epitaksijalnog rasta od 480 °С је reda velicine -0.1 Ьат [ 166-168]. Prornena sastava rastvora za epitaksijalni rast usled otparavanja Hg se resava na relativno prostiji nacin nego u slucaju epitaksijalnog rast:a iz Hg rastvora. Najcesce se radi u otvorenirn sisternirna sa dve temperaturne zone pri cemu se u zoni nize ternperature nalazi rezervoaт sa cistom Hg, koja svojirn naponorn pare obezbeduje neophodan parcijalni pritisak u zoni rasta epitaksijalnog s1oja [169, 205]. Moguc је rad i u izoterrnskim sistemima gde se u zoni rasta nalazi i rezervoar sa HgTe, koji svojirn naponom рате odriava potrebnu koncentraciju Hg u atrnosferi iznad rastvora za rast epitaksijalnog sloja [170], ili sam rastvor za rast sadrii dovoljnu kolicinu eksperime- ntalno odredenog viska HgTe, tako da se isparavanje Hg tokorn rasta kornpenzuje [171]. Ispara- vanje Hg iz rastvora se moze otkloniti i radom u zatvorenirn sistemima sa natpritiskom nekog inertnog gasa [172] , u zatopljenim kvarcnim ampulama [173] , sto је najneekonomicniji naCin, i 40 radom и tzv. dvozonalnom poluzatvorenom sistemu [174], о kome се biti vise reci и kasnijem izlaganju, jer је to sistem и kome se narastaju epitaksijalni slojevi prikazani и ovom radи. Nedostatak Те kao rastvaraca pri (Hg, Cd)Te epitaksijalnom rastu, је njegov nizak po- vrsinski napon tako da је otezano uklanjanje Те sa povrsine epitaksijalnih slojeva ро okoncanom rastu. Ovaj proЬlem se prevazilazi na taj nacin sto se rastop uklanja sa povrsine sloja slivanjem i u tom smislu su izuzetno pogodni sistemi u kojima је podloga u vertikalnom polozaju. Rast iz Те rastvora se koristi za rast epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te u velikim sve- tskim fmnama koje proizvode IC detektore na ovom materijalu (npr. Rockwell International Science Center, Thausend Oaks, СА, USA; Texas Instrument Corporation, Dallas, ТХ, USA; ... [166,167]. 2. 4. Razlicite metode epitaksijalnog rasta iz tecne faze Epitaksijalni rast iz tecne faze sesastoji iz sledecih postupaka [175,176]: • DoЬijanje rastvora za rast epitaksijiilnog sloja koji је zasicen па temperaturi likvidusa Т L· • Hladenje rastvora ispod temperature likvidusa kako Ьi se osfvarilo zeljeno pothladenje ~Т5• • Dovodenje rastvora i podloge u kontakt. Rast epitaksijalnog sloja. • Prekidanje kontakta rastvora i sloja ро okoncanom procesu epitaksijalnog rasta. U zavisnosti od naCina dovodenja podloge i rastvora u kontakt и momentu otpocinjanja rasta, sistemi za epitaksijalni rast iz tecne faze se dele na prelivajиce, иranjajuce (и kojima је po- dloga и vertikalnom polozajи) i klizne (koji su horizontalni) . Zadnji spomenиti sistem је standa- rdan za epitaksijalni rast III-V jedinjenja јег omogиcava kompletno uklanjanje rastvora ро oko- ncanom procesu rasta i dobru uniformnost deЬljine epitaksijalnog sloja. U ovakvim sistemima је moguce tako konstruisati ladicи da se и jednom radnom ciklиsи obavi npr. zasicavanje rastvora na temperaturi likvidusa, kratkotrajno nagrizanje podloge neposredno pred pocetak epitaksija- lnog rasta i rast viseslojnih strиktura sa razlicitim sastavom i dopiranjem svakog sloja, иz ograni- cenje da komponente pojedinih rastvora ne smejи biti isparljive, kako se rastvori ne Ьi medu- sobno zaprljali. Svaki konkretan proЫem diktira izbor optimalnog dizajna grafitne ladice. Mate- rijal za izradи ladica koje se koriste и ovu svгhи је skoro iskljuCivo grafit. Glavne osobine gra- fita koje ga cine idealnim za ovu primenu su: • Moze se lako obradivati i od njega se mogи lako izradivati ladice zeljenog dizajna sa viso- kim vrednostima tolerancije. • Dostupan је kao vrlo cist. • Ima osoЬinu "samopodmazivanja" pri kretanju jednih delova и odnosи na druge. • Vrlo је inertan u odnosu na uobicajene sastojke rastvora za epitaksijalni rast na povisenim te- m peraturama. • Ne kvase ga uobicajeni rastvori za epitaksijalni rast. • Ima vrlo visoku termicku provodnost. Na primer ukupan sadr:laj necistoca u grafitu, oznake DF Р-3, firme "Роса", USA, ma- nji је od 5 ppm, pri cemu sи glavne detektovane primese: Fe, Si, Al i Mg. Ovo sи vrlo sitnozrni grafiti sa prosecnom velicinom zrna od 4 ~tm i prosecnom velicinom рога od 0.2 ~m i u skladu sa tim, gustinom od 1.88 g cm·3 i poroznoscu od 17 %. Koeficijent termickog sirenja ovog gra- fita ima vrednost od 7.7·10·6 (0С )· 1 u temperaturnom intervalu od sobne do 1000 ос. Terrnicka 41 provodпost ovog grafita је 1.21 (Ј cm)/(s cm2 К ) Па sоЬпој temperatшi. Grafitпe ladice se izradиjи obradom па strиgи, иz sve mere predostrozпosti da se mate- rijal sto mапје zaprlja. Izradeпe ladice se dodatпo Ciste praпjem u carskoj vodi, pri сети sи sve hemikalije cistoce koja se koristi и mikroelekrroпici, ispirajи u dejoпizovaпoj vodi dok provo- dпost otpadпe vode пе postaпe jedпaka sopsrveпoj _ provodпosti cisre vode, sиse и vаkииmи i dи­ gotrajпo zare па temperatиri koja је bar za 100 ас visa od пajvise primeпjeпe, temperatиre pri epitaksijalпom rastи [123]. Osпova svakog epitaksijalпog rasтa је u ostvari vaпju pothladeпja и rastvorи, tako da se depozicija rastvorka odvija па podlozi za rast. Porhladeпje u rastvoru se moze ostvariti па vise t а -t~==~====~~==========~====~~vreme grejanje homoge- rasc ll!ade- т nizacija grejanje homoge- pothla- rasr hlade- nizacija divanje п је Ь . т Ј Ћ --- р Tt ..=-·:-::- ~ -- --:_--:_-:-· --~- ·:-·---:_-_- - ::_::~:-_-~----- -~--fL'.Ts / Ptcr TG - ------------------------------ -- ;;, т/ grejaпje homoge- pothladi vanje rast hlade- nizacija п је с. Sl. 2. 9. ћofili temperature za t-azlicite metode epit<~ksijalпog гasra. а. Mecod гavнotezнog bladeпja. Ь. Меюd rasta iz potl1lndeпog г<~srvoгn (izo- termski гast). с. Metod unifoпnнog llladeнja potllladeнog rasrvoгa. пасiпа i п skladи sa tim razli- kuje se vise metoda epitaksija- lпog гasta [206, 147]. Na Sl. 2. 9. је sematski prikaz tri najce- sce pгimenjivane sa oznaceпim pojediпim fazama epitaksija- lпog гasta. JV!etod га vnoteinog hladeпja koja se naziva i meto- dom LIПifoгmпog hladeпja ra- \1 ПOteznog гastvora (Sl. 2. 9. а). Ро ovom metodLI rastvor se homogenizLije па temperatLiri lюrпogeпizacije (Т11 ) koja је оЬiспо visa od temperatшe likvidLJsa (Т L) za dati rastvoг . Ро okoпcanom procesu homo- geпizacije, гasrvor se hladi do га vпorezпe temperatшe (Т L) i па юј tempeгaturi dovodi u koпtakt sa podlogom za rast epiraksijalпog sloja. Za sve vr- erпe гasta sloja (t"), sistem se О> hladi LIПifoгmnom brziпom ~- Ро okoпcanom гаstи kontakt гastvoг i podloga se pгekida. Sloj Ll ovom slLicaju raste u rempeгattlгnom inter\1alи (Т L• TL-~tg), pli cemu је ukupno vгeme гasta, t", u min а brzina hladeпja, ~, u 0>°C/min. Metod гasta jz pothladeпog гastvoгa. (Sl. 2. 9. Ь). Posle оkопсапе homogeпizacije, ra- stvor se hladi do tempe1-atuгe koja је za 6. Ts пiza od rempeгatиre likvidusa. Pothladeп rastvor se па tempeгatuгi TG=TcL'lT5 dovodi u koпtakt sa podlogom za гast i гast sloja se odvija u vreme- nskom periodu ta па temperatиri Т G· Ovo је гast Ll izotermskim LIS!ovima. с Metod umfoгmnog hladenja porhlac!enog гasrvoгa. (Sl. 2. 9. с). Posle homogeпizacije, гastvш se pothladuje za iznos L'lT5 u odпosu па temperatшu likvidLISa. Na temperaturi TG rastvor 42 i podloga se dovode u kontakt i hladenje se nastavlja unifoпnnom brzinom ~ do temperature Т к па kojoj se rast epitaksijalnog sloja zavrsava prekidom medusobnog kontakta. U ovom slucaju epitaksijalni sloj raste u temperaturnom intervalu (TcilT5 ; TcilT5- ~tcr)-c Izbor posebnog metoda rasta zavisi od parametara materijala koji su od znacaja za kasniju primenu. Glavne osobine epitaksijalnog sloja koje zavise od izabranog metoda rasta su izbor nacina kontrole deЬljine epitaksijalnog sloja, unifoпnnosti i reproduktiЬilnosti sastava ternarnih cvrstih rastvora i morfologije naraslog epitaksijalnog sloja. 2. 5. Prednosti i nedostaci LPE tehnologije za izradu шaterijala za opto- elektronske komponente. Poredenje sa drugiш epitaksijalniш tehnologijama. Zahtevi koji se postavljaju pred savremene tehnologije epitaksijalnog rasta [177]: • Mogucnost rasta razlicitih materijala i obrazovanje skokovitih heterospojeva izmedu njih. • Epitaksijalni rast materijala vrlo visokog stepena cistoce. • Rast sukcesivnih slojeva ч viseslojnim strukturama. Pojedinacni slojevi imaju vrlo sirok opseg koncentracija dopanata, razliCite vrste primesa i skokovitu promenu koncentracije od sloja do sloja. • Mogucnost foпniranja tankih (deЬljine reda ~ш1) i debelih slojeva (par desetina j...tm) u istom ciklusu rasta. Takode, rast nedopiranih i jako dopiranih slojeva u istoj viseslojnoj strukturi. • Mogucnost rasta epitaksijalnih slojeva sa visokim stepenom uniformnosti deЬljine, konce- ntracije dopanta i sastava, kako u lateralnom pravcu (povrsinska homogenost), tako i u pravcu rasta epitaksijalnog sloja. • Mogucnost adaptacije tehnologije epitaksijalnog rasta do nivoa da prihvatljivom cenom za- dovolji uslove procesiranja komponente u proizvodnji. Tehnologija epitaksijalnog rasta iz tecne faze је пajstarija epitaksijalna tehnologija za proizvodпju pojedinih optoelektroпskih kompoпeпata. Nјепе dobre osobine, zbog kojih је i da- nas zadгZala pozicije u realizaciji пekih kompoпeпata su: 1. Ovo је tehпologija gde moпokristal raste u нslovima vrlo Ыiskim ravnoteznim. Ovo је predпost koja omogucava rast skoro savrseпih moпokristala sa пiskom konceпtracijom npr. stehiometrijskih defekata. 2. Oprema za epitaksijalпi rast је relati vпо jeftina, jedпostavпa i moguce ји је u izve- snoj meri automatizovati. U istom osпovпom sistemu је moguc rast razlicitih materijala i stru- ktura pri cemu nije potrebno izvoditi kompletne adaptacije sistema i dugotrajпa ciscenja. Najce- sce је potrebпo samo dizajпirati пovu grafitпu ladicu prilagodeпu za narastaпje slojeva поvе epi- taksijalne strukture, а kvarcпe delove sistema oprati i termicki obraditi па relativno jednostavan nacin i ро pozпatoj proceduri. 3. U jedпom procesu rasta moguc је rast viseslojnih struktura sa slojevima vrlo razliCi- tog sastava i razlicitog sadr:laja i tipa primese. 4. Ovom tehnologijom su dobijeпi пeki od poluprovodпika u пajcistijem oЬliku. 5. Moguc је rast skoro svih najvazпijih ternemih i kvaternernih cvrstih rastvora koji da- nas nalaze primenu u optoelektronici. б. Dobra reproduktiЬilnost i uпiformnost materijala па citavoj podlozi. Maksimalna povrsina podloge koja se koriste је oko 2 cm2, sto nije tako impresivno kada se poredi прr. sa poluprovodпickim tehnologijama па Si, ali treba imati па umu i dimenzije gotovih elemenata. 43 Aspekti epitaksijalпog rasta iz tеспе faze и kojima опа пе moze da Ьиdе sиperiorna и оdпоsи па пеkе savremenije tehnologije epitaksijalпog rasta, kao sto sи MOCVD ili МВЕ sи: 1. S obzirom па to da је epitaksijalni rast iz tеспе faze skoro ravпotezпi proces, nije mogиce ostvariti rast pri velikim presiceпjirna kakva sи potrebпa za pravi heteroepitaksijalni rast (Т. 2. 1). Stoga se danas kao kompromisпo reseпje za realizacijи matrica FN detektora па hiЬri­ dnirn podlogarna koristi epitaksijalпi rast iz tеспе faze za realizacijи aktivпog sloja (Hg, Cd)Te па hiЬridпoj podlozi Al20зfCdTe, gde је sloj CdTe formiraп прr. MOCVD tehпologijom [129], 2. Ovo је tehпologija kojom se пе moze postici da па graпici izmedи razlicitih slojeva пе postoji пeki gradijeпt sastava, jer sи temperature rasta relativпo visoke. 3. U visekompoпeпtпim slojevima, osim ako пе rastu и strogo izoterrnskim иslovirna, u- vek postoji gradijeпt sastava u pravcи rasta. 4. Povrsina slojeva realizovaпih ovom metodom иvek sadrii tragove zaostalog rastvora koji је ро vadeпju !z sistema и ocvrslom stапји, ра ји је potrebпo doraditi pre прr. fotolitogra- fskih postupaka. 5. Prakticпo је tesko ostvariti rast koпtiпиalпih epitaksijalпih slojeva taпjih od 1 ~rn. 6. Svaki ciklиs rasta se роsеЬпо priprema (прr. priprema rastvora), и tom delи aиtomati­ zacija је пeizvodljiva, а и slисаји potrebe za rastom vrlo cistih slojeva procesi terrnickog tre- tmaпa rastvora sи vrlo dиgi. Ovo је proces и kome је prodиktivпost relativпo пiska. U паrеdпој tabeli (Т. 2. 3.) data sи poredeпja izmedи tri daпas пajzastupljeпije tehnolo- gije epitaksijalпog rasta. Prvi deo tabele poredi иglavпom faktore vezaпe za kvalitet realizova- nog epitaksijalnog materijala, dok sи и drиgom delи паvеdепа poredeпja vezaпa za tehпicku rea- lizacijи i ekoпomske faktore pojediпih tehпologija. Т. 2. 3. Uzajarnno poredeпje pojediпih tehпologija epitaksijalпog гasta [206, 98]: Parametar ReproduktiЬilnost deЫjine epi. sloja Unifoпnnost deЬ!jine epi . sloja duz po- dloge duzine 2cm Reproduktivnost sastava visekompoпe­ ntnog ёvrstog rastvora Reproduktibilnost koncentracije nosilaca и epi. slojevima Unifoпnnost sastava visekompoпentпog cvrstog rastvora duz podloge duzine 2cm Unifoпnnost sastava visekompoпentnog epi. sloja, deЬ!jine lO~J,m u pravcu rasta Morfologija povrsine epi. sloja Cistoca materijala 44 LPE ± 10% ± 5% (пајЬоlја) ± 10% (tipicпa) ± 1% ±20% ± 1% -2% losa izvrsпa MOCVD ±5% ± 2% (пајЬоlја) ± 5% (tipiёпa) ± 1% ± 10% <± 1% -1% vrlo dobra vrlo dobra МВЕ ±5 ±5% <± 1% ±20% <± 1% <1% dobra vrlo dobra Т. 2. З. (nastavak) Parametri Skokovitost medиpovrsine slojeva (10- 90% promene) и nm, na primeru GaAs/(GaAl)As epi. strukture Cena opreme и 1989. godini, istraiivacka oprema proizvodna oprema Procena cene rada proizvodпe opreme и јеdпој kaleпdarskoj godini (obuhvata прr. сеnи energije, vode, materijala, amortiza- cijи, i sl.). Odпosi se na GB i 1989. god. Potreban nivo obrazovanja za rad па pr-o- LPE - 10 (najbolje) - 50 (tipicпo) 52 000 US.$ 138 000 US.$ 52 000 US.$ 4 cesnoj opremi. Skala rangiraпja od 1 (па- Moze se smaпjiti jnizi nivo) do 5 (najvisi nivo) . uvodeпjem automa- tizacije i r-astom iz vec pгipr-emljeнill rastv01-a. Broj ciklиsa rasta dпеvпо. Oprema za istraiivaпje . Oprema za proizvodпju . Broj podloga и jednom cikiиsи rasta . Oprema za istraiivaпje. Oprema za proizvodпju. Velicina podloge и mm2. Opr-ema za istrazivaпje. Oprema za proizvodпju . Stepen aиtomatizacije proizvodne opreme. Prilagodljivost iste opreme za rast potpu- no razlicitih materijala. Skala осепјivапј а od 1 (niska) do 5 (visoka) . Produkti vnost Opasnost pri radи и slucaju ljudske gre- Ske. Skala od 1 (vrlo niska) do 5 (visoka). 1 2 1.0·102 6.0·102 (max) visok 4 пiska 2 Prveпstveпo zbog rada u ~- MOCVD 0.3 - 1 (zavisi od tipa aparature) 310 ооо* us.$ 4ЗО ооо* us.$ 140 000 US .$ 4 2-3 2-3 1-2 5-6 3.1·1 02 2.0·103 VI"lo visok 3 visoka 5 Prveпstveнo zbog o- trovnosti reaktaпata i rada pri velikim pro- tocima Н, . МВЕ -З monosloj (najbolje) - 1.5 (tipicno) 1 озо ооо** us.$ 610 000 US.$ 204 000 US.$ 5 1 1 Nivo 5 је potreban samo povremeno, sa- riiraпje, npr. Pri ruti- nskom radи nivo 1 pod nadzorom. 1-3 2-3 1 do 7 potpun 3 Moze biti i niza za пеkе materijale. niska 1 45 * U osnovnu cenu пiје ukljuceп sistem sigunюsti koji је vrlo skup, j er је ovo oprema koja zahteva isti stepen organizacije sigurnosti i па istrazivackom i па proizvodпom пivou. ** U сепu su ukljuceni i aпaliticki iпstrumeпti koji omogucavaju potpuпu koпtrolu procesa rasta u svim fazarna i bas zbog toga сiпе ovu metodu atraktivпom. 46 3. Ravnoteza faza Osпova svakog procesa epitaksijalnog rasta iz tecne faze је koпtrola ravпoteze faza izmedu tеспе (rastvora) i cvrste faze. U slucaju InSb, cvrsta faza је stehiometrijsko јеdiпјепје InSb, а tеспа faza је rastvor antimona Ll indijumLl.U slucaju epitaksijalпog rasta cvrstog rastvora Hg-Cd-Te, cvrsta faza је nestehiometrijsko jedinjenje opste foгmule Hg1_xCdx Те 1+8' pri cemu 8 moze imati i pozitivne i negativne vrednosti. Slucaj kada је 8>0 \.lkazuje па Ciпjeпicu da krista- lna resetka sadrzi vise atoma telura nego metala (Hg i Cd) i jednaka је broju vakansija metala u kristalnoj resetki (Hg,Cd)Te. Atomi Те su isuvise veliki da bi zauzimali iпtersticijske polozaje u ovoj kristalпoj гesetki. Kada је 8<0, ova velicina predstavlja zbiг konceпtracije telurovih vaka- nsija i koncentracije atoma rпetala Ll inteгsticijskorп polozajLl. Stepen odstupaпja od stehiometri- jskog sasta va za visi pгvenstveno od metoda гasta moпokгistala [ 178) i пjegov:e. kasnije termicke istoгije [179] . Stepen _odstupaпja od stehiometгijskog sastava је takav da osim sto utice па neke fizicko-hemijske osobiпe ovog cvгstog гastvoгa (рагаmеtаг kгistalпe гesetke, пр г. [ 180]) ima pre- sudпog uticaja па elektгicne osobine (Hg,Cd)Te cvгstog гastvoгa, kao sto su tip i koncentracija лosilaca пaelektгisaпja , о cemLl се biti vise govoгa kasпije. Теспа faza iz koje гaste epitaksijalпi sloj је lЋStVOГ zive i kadmijllma ll telllГLl. Podaci iz fazпil1 dijagгama koji SLI od iпteresa za ргосеs epitaksijalnog гasta sll: • Podaci za izoteгmu likvidllsa. Epitaksijalпi гast se оЬiспо odvija па teшpeгatuгama koje Sll пеzпашо nize od tempeгatшe likvidusa. S obzimm da је pothladeлje гastvoгa пеzпаtпо, ovo је гast u skoгo гavпotezлim Llslovima. • Podaci za solidнs linijll , koji iпfoгmisLl о sastavtl cvгste faze koja је Ll ravnotezi sa tecпom fazom zadatog sastava па tempeгatшi likvidtlsa. 3. 1. Ravnoteza faza u In-Sb sisteшu 1100 - ~ - 700 • l..l.o- р.,..,; о- L ·~ 600 1> :юо ~ '- ::Ј ё•оо <) с:.. с з :юо InSЬ+ISЫ 200 ~.9 100 InSb (!n)+ InSb 0~~--L--L--L--L--~~--~~~ о ю In 2Q :ю 40 :ю бО 70 80 90 100 Sb Iz pгavila faza: F=C-P+2,(181] gde је F Ьгој stepena slobode, С Ьгој kompoпenata, а Р Ьгој faza Ll sistemu, za biпarпi sistem sa dve faze (tecnom, гastvor Sb Ll In , i cvгstom, InSb) broj stepeпa s1obode је 2. Stoga је, da bi s taпje sistema bilo u potpunosti odгedeno, potrebno fiksirati vгedпosti dve promenjive: прг. temperattlГLl i molski L!deo jedne od ko- mpoпenata u nekoj od faza. Fazпi dijag1-am Iп-Sb sistema је dо­ Ьго pгoucen [182-188] . U fazпom dijagrarnu se Lюcava postojanje јеdiпјепја (IпSb) stehio- SL. 3. 1. Fazni dijagram In-Sb sistema. Pune linije ozпacavaju teoгijski prщ-acunate , а simbolima su оzпасене ekspeгiшeпtalнe vrednosti . 47 metrijskog sastava, koje se kongruentno topi na temperaturi TrusCinSb)=798 К. Na strani boga- tijoj anrimonom, postoji prost eutektikum sastava Хsь=0. 682 а temperatura njegovog topljenja је 767 К. Eutektikum na stгani indijuma је prakticno degenerisan i ima eutekticku temperaturu koja је za 1 к niza od temperature topljenja cistog In , T fusCin)=427 к, i sastav Хsь=0.007 . Na S1. З. 1. је prikazan izgled ovog faznog dijagгama. Na dijagгamu su prikazane i eksperimentalno odredene vrednosti sabrane iz puЫikovane lirerature (simboli) kao i proracunata linija likvidusa na osnovu termodinamickih podataka za ovaj sisrem. Interesantno је da se primeti da је IпSb jedino medu III-V poluprovodпickim jedinjenji- ma koje ima nizu tempeгaturu toplj enja od temperatшe ropljenja jedne od komponenti koje ga izgraduju, TrusCSb)=90З К. Termodiпamicka jednacina koja opisllje ravnotezll tecno-c vrsto u In-Sb sistemu se do- bija izjednacavanjem hemijskih potencijala komponenti u оЬе faze. Jednakost temperatura i pri- tisaka se podгazumevaju. ).l (In ,l) + ~t (Sb,l) = ~t (IпSb , s). (З. 1) Koгisteci pozпatu гelacij u za hemijski poteпcijal, ~ L i=~L0i+RTlп( aJ , gde је ~t0 i standardni hemijski potencijal kornpoпeпte i (s tanje ciste ko mponente na pritisku i temperatuгi rasvora) а ai aktivпost kompoпeпre Ll гastvoп1, (З . l ) se moze пapisati kao: RT lп Хsь (1- Хsь) + RT lп Уrп Уsь = ~L0 (IпSb , s)- ~L0 (Iп , l ) - ~L 0 (Sb,l) = 6 rG 0 . (З . 2) U jedпcini (З. 2) dгнgi сlап na levoj stгaпi pгedstavlja шеп1 odstl.lpanja гastvoгa antimona Ll iпdi­ jllmu od idealnog ропаsапја (sadгzi koeficijeпte akti vп osti i- te vгste Ll гastvoгu , уј). Rastvor se гazmatra па tеmрегашгi likvidusa i molski udeo iпdijLIШa u ovom biпarпom rastvoru se moze izгaziti kao: X111 =l-Xsь· Ako se za s taпd aidпo sraпje za sve v гs te i zabeгe s raпje cistil1 komponenata па staпda­ rdпom pritisku · i rеmрегашгi гasrvoгa , izгaz па de s пoj srгaпi је staпdaгdпa promeпa GiЬbs-ove eпeigije stvaгaпja јеdiпјепја Ll cv t·stom sraпjLI iz cistil1 ~lemenara Ll tecпoni. stanju. Da bi se odre- dila standardпa ргоmепа Gibbs-ove епегgiје stv aгaпja IпSb , па гazlicite nacine se mogu formu- lisati fazne ргоmепе kojima se dolazi do ovog teгmodiпamickog staпja . S vaki skнp faznih .pro- mena koje rezultнju паргеd opi saпim stanj em teгmodiпamicke гavпoteze izmedu rastvora Sb u In i kristalпog InSb zahteva dгllgu bazu podataka za teгnюdinamicke veliciпe. U literaturi [ 189] је foгmlllisan jedan od puteva faznih promena kojima se dolazi do opisanog stanja, а Vielaпd [190] ga је primeпio na opis fazпe гavnoteze III-У polLipгovodпickih jedinjenja. Ovaj termodi- namicki ciklus se sastoji od sledeceg пiza procesa: cisro jedinjeпje IпSb se zagreva od tempe- гatшe Т do remper-aшre ropljeпja T tusCinSb). Na tempeгatшi ropljenja klistalni InSb se topi, а rasrvoг ekvirnolekulskog sastava (Хsь=Х111 =0 . 5 ) koji tom prilikom пastaje, hladi se do temperature Т na kojoj se гazdvaja na ciste elemente: In (l) i Sb(l) . Rezultlljuci izraz za razliku hernijskih poteпcijala jedinjenja i cistih kompoпenti Ll elementaгnom Sianju је dat kao: 6Р0 = ).l0 (IпSb , s) - ~t0 (In , l) - ~t0 (Sb , l ) 1rus 6С {TљsCiпSb)- Т} + f ~Т, т т 48 у 1Ј х = O.S)· y sь(х =О 5) = RTlп 4 (З . З ) gde su Yrn (x=O.S) i Уsь (x=O.S) koeficijenti aktivnosti In i Sb ll rastvoru ekvimolekulskog sa- stava. 6ru5 S 0 (InSb) је standardna promena entropije topljenja InSb da. 6СР је razlika toplotnih kapaciteta pri konstantnom pritisku izmedu stehiometrijske tecne faze i cvrste faze na tempe- raturi topljenja InSb. 6СР=5.52 Ј mol· 1 К 1 [190] . Ovaj clan ima dovoljno malu vrednost da se vrednost integrala u (З . З) moze zanemariti. Koeficijent aktivnosti antimona u rastvoru indijuma se moze izraziti kao [ 181] : 1 RT ln Уsь= n (1- Хsь)- . (З. 4. а) Slicno za koeficijent aktivnosti In u ovom rastvoгu vazi: RT ln Yrn = nxsь 1. (З. 4. Ь) U jednacinama (З.4) , n је koeficijent medtidejstva tl гastvOiu. Zavisnost ovog koeficijenta od temperature је odгedena tipom rastvoгa kome pгipada kопkгеtап sistem. Kada se (З. 2) i (З. З) izjednace i uvrste vгednosti za koeficijeпte aktivnosti iz (З. 4. а) i (З . 4. Ь), dobija se veza izmedu atomskog lldela Sb ll rastvoп1 In i tempeгatшe п sledecem oЫikll: RT ln (4x(l -х)]+ 6fusS0(IпSb) (TrusClпSb)- Т)+ 2(х- 0.5{(2 =О. . (З. 5) Jednacina (3. 5) pгedstavlja jednaciпtJ izoteгme likvidtJS liпije l1 пajopstijem oЫiku. Da bi se eksplicitпo izгazila zavisnosr rempeгatuгe likvidtisa od sastava гastvora, роtгеЬпо је da se пtvrdi zavisпost parametгa medudejstva od tempeгatuгe. Ekspeгimentalпo је pokazano da se u oЫasti sasшva 10 mol %<Хsь<50 mol %, па гastvoг Sb ll In nюze pгimeniti model гastvora (182] za koje postoji liпеагпа zavisnost paramerгa medlldejsrva od tempeгatllгe: n= а- ьт. (З. б) Fazni dijagгam prikazan na Sl. 3. 1. је proгactшat па osпovll ovog modela rastvora i vidi se vrlo dоЬго slaganje sa ekspeгimeпtalпo utvrdeпim rastvoгljivostima Sb u In. Kada se (З . 6) tJvгsri u (3. 5) dobija se eksplicitna zavisпost tempeгature likvidusa od atomskog udela Sb u гastvoгll: Т = 2( а- ЬТ)( О 5- хsь )2 - 6 fusS 0 (InSb) · Tft,s (IпSb). Rln[ 4хsь ( 1- xsJ Ј- 6ft15S0 (InSb) (З. 7) U jednaciпi (З . 7) podaci za pojediпe ve!icine Sll sledeCi [18З ,18 5,188] : 6fu5S 0 (IпSb)= 59.95 Ј mol· 1 K l, Rje gasna konsraпra , r2=14 2З5-50. 24·Т, izrazeпo u Ј mol- 1 К1 , (odnosno: а = 14 2З5 Ј moГl K l, Ь=50.24 Ј nюl·\ Tfus UnSb)=798 К. Kada se па osпovu (З . 7) za najcesce koгiscenu temperaturu epitaksijalnog гasta od 72ЗК izracuпa molski udeo Sb u rastvoru In doЬije se vrednost Хsь=24.97 mol %. 49 3. 2. Ravnoteza faza u Hg-Cd-Те sistemu Sa stanovista faznih dijagrama Hg 1.xCdx Те cvrsti supstitucijski rastvor spada u pseudo- binarna jedinjena tipa (HgTe) 1.x(CdTe)x [191-193]. Medusobпa rastvorljivost CdTe i HgTe, је­ diпјепја koja se koпgrueпtпo tope, postoji u citavoj oЬlasti sastava. U пajopstijem obliku ovaj cvrsti rastvor se moze predstaviti opstom formulom (Hg 1_xCdx)2.u Teu. Ovakav пасiп predsta- vljanja sastava cvrstog rastvora ukazuje da оп postoji u oЬlasti sastava oko 0.5 molskih udela te- lura tj. da pokazuje izvesпu пestehiometriju sastava. Кriterijum za termodiпamicku ravпotezu izmedu cvrstog rastvora (Hg1_xCdx)2.uTeu, tе­ спе faze Hg-Cd-Te i gasovite faze podrazumeva da su temperatura i pritisak u sistemu koпsta­ пtпi i da su hemijski poteпcijali svake kompoпeпte jedпaki u sve tri faze: !J.(Hg,l) = !J.(Hg,s), . !J.(Cd,l) = !J.(Cd,s), !J.(Te,l) = ~t(Te,s), (3. 8) !J.(Hg,l) = !J.(Hg,g), !J.(Cd,l) = !J.(Cd,g), џ(Те,l) = !J.(Te,g) (3. 9) Hemijski poteпcijali u cvrstoj fazi zavise od х, u, Т i Р. Hemijski potencijali u tеспој i gasovitoj fazi su funkcija Т i Р kao i dve promeпljive sastava. Za potpuпi opis fazпe ravпoteze cvrsto-tecпo-para u ovom sistemu, treba odrediti osam пepozпatih iz sest jedпacina. U skladu sa Gibbs-ovim pravilom faza, da bi se u potpuпosti defiпi­ salo staпje sistema moraju se uпapred zadati dve iпteпzivпe promeпljive [181]. Parcijalпi priti- sak bilo koje od tri prisutпe vrste u gasovitoj fazi је odredeп zahtevom da је пјеп hemijski pote- пcijal u gasovitoj fazi jedпak hemijskom poteпcijalu te vrste u tеспој, оdпоsпо cvrstoj fazi. Za gasovitu fazu, HgmCdn Teq(g), hemijski potencijal moze se pisati kao: (3. 10) Kada је oЬlast homogeпosti cvrste faze dovoljno uska, ili, na drugi naciп iskazaпo, kada је u iz opste formule (Hg1_xCd:J2_u Teu priЬlizпo jedпako jediпici, оsпоvпа јеdпаСiпа fazпe ravпo­ teze (3. 8) se moze razvijati па sledeCi пасiп. Pokazuje se [194] daje zbir heпrijskЉ poteпcija1a Cd i Те, kao i hemijskih poteпcijala Hg i Те, nezavisaп od u, оdпоsпо od odstupaпja sastava od stehiometrijskog. Ovaj zbir zavisi od temperature i -sastava cvrstog rastvora (х) i stoga se moze pisati: J.l(Hg,s) + !J.(Te,s) = !J.(HgTe,s) = RT lп[(l-х)Г нате] + llG0 (HgTe,s), " (3. 11) !J.(Cd,s) + !J.(Te,s) = !J.(CdTe,s) = RT lп[хГ ссtте] + .1G0 (CdTe,s). (3. 12) Koeficijeпti aktivпosti kompoпenti HgTe i CdTe u cvrstom rastvoru su Г нgтеi Г ссtте. Ove veliCiпe su funkcija sastava i temperature. Kada је х= 1 (cist CdTe), tada је Г ссtте=1, а kada је х=О, tada је Г нате= 1. " Zadпji Claпovi u jedпaCinama (3. 11) i (3. 12) su staпdardпe promeпe GiЬbs-ove ene- rgije HgTe i CdTe. Da bi se јеdпасiпе termodiпamicke ravпoteze za ovaj sistem izrazile preko termodinamickih ve1iciпa vezaпih za staпdardпa staпja [193], moguce је uraditi sledece mate- maticke operacije. Prvo је potrebпo sabrati јеdпасiпе za Hg i Те u (3.8) ра ovaj zbir iskazati 50 preko (3.11). Zatim је potrebпo od оЬе straпe dоЬiјепе јеdпасiпе oduzeti zbir staпdardпih hemi- jskih poteпcijala cistih elemeпata u tecпom staпju [J.l0 (Hg,l)+J.l0 (Te,l)]. Kada se slicпa procedura primeпi i па Cd i Те doЬijaju se sledece јеdпасiпе, koje u potpuпosti opisuju termodiпamicku ravпote:Z.u cvrsto-tecпo u Hg-Cd-Te sistemu: [).l(Hg,l)- ).l0 (Hg,l)] + [).l(Te,l)- ).l0(Тe,l)] = I1/J0 (HgTe,s) + RT lп [(1-х) Г HgTe] (3. 13) [).l(Cd,l) - ).l0 (Cd,l)] + [~t(Te,l) - ).l0 (Te,l)] = I1/J0 (CdTe,s) + RT lп [ (1 -х) Г CdTe] (3. 13) ).l (Te,l) = ).l(Te,s) (3. 14) дp0(HgTe,s) i др0 (CdTe,s) su staпdardпe promeпe GiЬbs-ove eпergije stvaraпja паzпасепih Ьiпarnih јеdiпјепја iz cistih elemeпata u tecпom staпju. Јеdпасiпе (3. 13) i (3. 14) omogucavaju da se proracuпa povrsiпa likvidusa, ali ne i povrsiпa solidusa. Pomocu пjih se, пaravno, mogu odrediti hemijski poteпcijali, ili parcijalni pritisci koji su sa njima povezaпi, du:Z. povrsine soli- dusa. Ova mogucnost је posledica postojanja hemijske ravnote:Z.e u sistemu i jednakosti hemi- jskih poteпcijala u ravnote:Z.пim fazama. Prakticna primena ovih jednacina zahteva termodinami- cki model tecne faze i modei koji opisuje standardпu promeпu GiЬbs-ove energije stvaraпja cvr- stog rastvora polazeCi od komponenata CdTe i HgTe u cvrstom stanju. Neophodan podatak је i standardna promeпa GiЬbs-ove eпergije stvaranja Ьiпarnih jedinjenja u fuпkciji temperature. Pri resavanju ovih jednacina dodatna ogranicenja su: • Potrebno је da jednaCina (3. 13) za х=О (HgTe Ьiпarno јеdiпјепје) bude zadovoljeпa pri u=1 , za eksperimeпtalпu vredпost temperature topljeпja HgTe јеdiпјепја. Slicпo va:Z.i i za х=1, оdпоsпо za Ьiпarno јеdiпјепје CdTe, pri cemu јеdпасiпа (3. 14) mora Ьiti zadovoljeпa pri u=1 za eksperimeпtalпu vredпost temperature topljeпja CdTe. • Sledece ograпiceпje pri resavaпju ovih jednaciпa је da па koпgruentпoj temperaturi toplje- пja HgTe vazi: (3. 16) U ovom izrazu 11rH0 је staпdardna promeпa eпtalpij~ stvaraпja HgTe iz elemeпata u tecпom sta- пju na temperaturi topljeпja HgTe, 11rusH0 је staпdardпa promeпa eпtalpije topljeпja HgTe. дmН0 је staпdardпa promeпa eпtalpije stvaraпja Hg-Те stehiometrijske tеспе faze iz cistih elemeпata u tecпom staпju na temperaturi topljeпja HgTe. Naravпo da jednaCiпa ideпticпa jed. (3. 16) ро svom fizickom zпacenju va:Z.i i za CdTe. - Eksperimentalmi podaci koji moraju Ьiti poznati u postavljenom modelu za opis cvrste ili tеспе faze su: standardпa promeпa entalpije topljenja, temperature topljeпja za svako Ьiпаrпо јеdiпјепје, staпdardne promeпe eпtalpije stvaraпja na temperaturi topljenja za biпarna jedinjenja i staпdardпa promena eпtropije stvaraпja binamih jediпjenja. Navedeпe termodiпamicke veliciпe za CdTe i HgTe, koпstituenata (Hg,Cd)Te cvrstog rastvora, prikazaпe su u tabeli Т. З. 1. Kada se jednaciпe (3. 13) i (3 . 14) za ravпotezu tecпo-cvrsto rese, zпaju se i hemijski poteпcijali u tеспој fazi koja је u ravпotezi sa cvrstim rastvorom, odnosпo hemijski poteпcijali па povrsini solidusa. Eksperimentalпe vrednosti hemijskih poteпcijala povrsiпe solidusa su u пe­ kim slucajevima i poznate preko parcijalпih pritisaka nekih od kompoпeпata [195-197]. Kada se zпaju hemijski poteпcijali u tеспој fazi, moguce је odrediti jednaciпu povrsiпe solidusa. 51 Т. 3.1. Tennodinamicke velicine HgTe(s), CdTe(s) i eutektikuma na strani bogatoj Те [193,192] temp. topljenja ~fusHo -~fHo(Trus) -~r5°(Trus) temp. eut. Хте (eut) СС) (kJ/mol) (kJ/mol) (kJ/mol·K) (оС) HgTe 670 3.6·101 5.6·101 3.8·10"2 411 0.85 CdTe 1 092 5.0·101 1.3·102 4.3-10"2 443 0.98 Pokazalo se da se najbolje slaganje proracunatog faznog dijagrama Hg-Cd-Те sistema sa eksperimentalnim vrednostima doЬija kada se na tecnu fazu primeni model asociranih ra- stvora [193, 198-202]. Ро ovom modelu rastvora u tecnoj fazi postoje sledece vrste: Hg, Cd, Те, HgTe i CdTe koje .се se zbog kratkoce obele:Ziti sa 1, 2, 3, 4, 5, respekti vno. Molski udeo nediso- ciranih komponenti, u rastvoru је oznacen sa Уј· Molski udeo komponenti koje su u rastvoru и elementarnom stanju је oznacen kao Х; pri cemu је i=l,2,3. Molski udeo komponenti i rastvoru је povezan sa molskim udelom vrsta koje su u rastvoru u -elementamom stanju preko materija- lnog Ьilansa u rastvoru kao: У;= xi (1 + у4 + у5 ) + [ 8 ( i, 2) - l] у4 + [ 8 ( i,l ) - 1] у5 , i=1,2,3 . (3. 17) 8(i, 2)= 1 kada је i=2, dok је u drugim slucajevima jednako nuli. Pokazano је [ 193] da su hemi- jski potencijali vrsta Hg, Cd i Те jednaki onima za odgovarajuce komponente. Nadalje, hemijski potencijali nedisociranih vrsta, HgTe ili CdTe, su jednaki zbiru hemijskih potencijala vrsta koje cine molekul ili neki drugi tip nakupine (klasrera). Ovaj uslov inteme ravnote:Ze u rastvoru se moze prikazati preko dve jednacine: Yl Уз/ У4 = (у4 1 Yt Уз) exp(-~Go (4)/ RT ) (3.18) У2Уз1 Ys = (Ys 1 У2Уз) exp(-~G0 (5)/ RT) (3.19) U ovim jednacinama уј је koeficijenat aktivnosti vrsta ј u rastvoru, ~Go (4) је standardna pro- mena GiЬbs-ove energije disocijacije vrste 4 (HgTe) na elementame konstituente: Hg i Те u sta- nju cistih tecnih komponenti. ~Go (5) је standardna promena Gibbs-ove energije disocijacije vrste 5 (CdTe) na elementarne konstituente. Ako se specificira temperatuma zavisnost koeficije- nata aktivnosti, jednakosti (3. 17)-(3. 19) se mogu numericki resiti za izabranu temperaturu Т i za zadate molske udele (xi i хј) dve komponente rastvora. Ova zavisnost i tennodinamicki model tecne faze је kompletiran zadavanjem izraza koji opisuje velicinu~mixGex, promenu viska GiЬbs­ ove energije obrazovanja ili mesanja za tecnu fazu obrazovanu polazeCi od Cistih tecnih kompo- nenti. Za ovaj tip rastvora vazi [193]: 5 5 дшхGех= "'"'(а .. + ~ .. у)у .у. -y4~G4o - y-~G~. L..L.. tJ !Ј 1 Ј ) ) t=l J=l (3.20) U (3 .20) parametri interakcije u tecnoj fazi , koji za ovaj rip rastvora zavise linearno od tempera- ture, moraju zadovoljiti sledece uslove: 52 (3. 21) Parametrima interakcije u rastvoru se fituju dostupni eksperimentalni podaci za fazni dijagram. Koeficijenat ~ij odreduje asimetriju termodinamickih osoЬina Hg-Cd-Te rastvora. Na primer, visak hemijskog potencijala pri beskonacnom razЫaienju za vrste Hg i Те је iz jed. (3. 20) dat kao: (3. 22) (3. 23) ~ 13 se mora razlikovati od nule ako se Те pri beskonacnom razЫazenju u tecnoj Hg(l) ponasa drugacije nego Hg u beskonacno razЫaienom rastvoru tecnog telura. Ako su koeficijenti intera- kcije- svi jednaki nul~, tada се molski udeo molekulskih vrsta biti odreden standardnom prome- nom GiЬbs-ove · energije stvaranja kristalnog binarnog jedinjenja. Na kongruentnoj temperaturi topljenja HgTe vazi da је ~fJ0(HgTe,s)=~G0(4). Ukoliko је standardna promena GiЬbs-ove ene- rgije stvaranja cvrstog HgTe negativnija, odnosno ukoliko је energija disocijacije vise pozitivna, utoliko је staЬilnija vrsta 4 (HgTe u ovom slucaju). Potrebni podaci za proracun faznog dijagrama Hg-Cd-Те na osnovu ovih postavki su dati u Т. З . 2.[193].0vo su podaci koji se najbolje sla:Zu sa eksperimentalnim vrednostima. Т. 3. 2. Koeficijenti medudejstva (dati u kJ) u Hg-Cd-Te sistemu. Hg- Cd а 12=-5.2 ~12=0 Hg-Te а13 =-2.1-2.7-10.3Т а 14=6.4- 1 .2 ·10.3Т а34=6.7-10- 1 +1.2·104Т 6W4=3.6·101 kJ ~ 13=2.6 ~14=-3.0 ~34=- 2.9 6S04=2.1·10.2 kЈ/К Cd- Те а23=2.4·10 1 - 2.4·10.2Т а25 =2.5·10 1--1.4·10-:~Т сх.зs=З.l- 9.8-104Т 6Н05 =8.0·10 1 kJ ~23=-2.8·10 1+ 1.6·10.3Т ~25 =- 2.1+ 6 .2·104Т ~35 =2.0-0.5577Т 6S04=1.0·10.2 kЈ/К Temerni а 15 =2.3·101 - 1.2·10-2Т ~4=0 а45 =-1.4·10 1 +7.8·10-3Т sistem ~15=0 ~24=0 ~45=0 Cvrsti rastvor Vrste и tecnoj fazi Cd Те HgTe CdTe Broj 2 з 4 5 Dodatni podaci potrebni za proracun faznog dijagrama su temperaturne zavisnosti standardne promena GiЬbs-ovih energija stvaranja HgTe i CdTe iz elemenata u tecnom stanju [193]: 53 (3. 24) za reakciju: Cd(l) + Te(l) = CdTe(s) ~ро (k:J/mol) = - 5.4·101 + 3.5·10-2 Т- 1.7·106 (1.1·10.3 - 1.8 1 Т+ 2 2 ' +2.5·10 /Т )ехр(-7.1·10-'!Т) (3. 25) za reakciju: Hg(l) + Te(l) = HgTe(s) Na Sl. З . 2. su prikazane proracunate izoterme likvidusa u Hg-Cd-Te sistemu, u teluro- vom uglu faznog dijagrama. Ovo podrucje, koje zapravo predstavlja rastvor Hg i Cd u Те, inte- resantno је za proces epitaksijalnog rasta о kome se ovde govori. Za opisivanje izotermi likvi- dusa korisceni su parametri iz Т. 3. 2. za model asociranog tecnog rastvora. 30_,------------~~--------------------------------------------------~ 25 20 15 0.2 ---- / ,' ~~ : 1 1 1 1 1 1 \ 0.20 425 °С 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 mol % kadrnijuma .. ··' .··· ... ·· ,'", , , , , ,/ 0.50 3.0 Sl. З. 2. Izoteпne likvidusa (pune linije sa паzпасепоm temperaturom) [ 16] i izokoпceпtracioпe linije solidusa [193 , 203] (isprekidaпe linije sa пaznaceпim vredпostima sastava cvrste faze) za Hg-Cd-Те sistem, и Те uglu fa- znog dijagrama. Na istom dijagramu su prikazaпe i izoteпne likvidusa (dеЬ!је рuпе linije) i izokoncentracione linije solidusa (dеЫје isprekidaпe linije) iz [192]. Ulazni podatak za modelovanje povrsine solidusa ( odnosno izotermi solidusa), је visak promene GiЬbs-ove energije stvaranja ovog cvrstog rastvora polazeci od konstituenata (HgTe i CdTe) u cvrstoj fazi. Ak:o su W5 i ys koeficijenti medudejstva u cvrstoj fazi, ova funkcija se moze predstaviti u vidu: 54 (3. 26) Jednacina (3 . 26) ukazuje da su koeficijenti aktivnosti HgTe i CdTe komponenata u cvrstoj fazi dati kao: 2 RT ln Г HgTe = CWs- Vs Т) Х (3.27. а) (3.27. Ь) Vec је naglaseno da se hemijski potencijali u cvrstoj fazi mogu povezati sa eksperi- mentalno odredenim parcijalnim pritiscima pojedinih komponenti u gasovitoj fazi koja је u ra- vnotezi sa cvrstim rastvorom odredenog sastava. Na Sl. З. З. su prikazani parcijalni pritisci Hg duz trofazne krive za cvrste rastvore Hg 1_xCdx Те . Punim linijama su oznacene teorijske, а si- mbolima eksperimentalne vrednosti [195-197]. lООО!Г (1/К) а. 1.0 -1 10 ::::- 10" 1 ~ .D '-' N . ~ 0:. 10 · ] .. о о lООО!Г (1/К) Ь. SI. 3. 3. а. Parcijalni pritisak Hg [bar] duz trofazпe linije za cvl"ste rastvore Hg 1_xCdxTe razlicitih sastava u zavi- snosti od temperature. Sastav cvrste faze (х) је оzпасеп па svakoj krivoj. Ь. Parcijalni pritisak Те2 [bar] dui trofazпe linije za cvrste rastvore Hg 1_xCdxTe razlicitog sastava u zavi- snosti od temperature. Sastav (х) је oznaceп па laivoj . Ako se posmatra promena parcijalnog pritiska sa temperaturom u gasovitoj fazi za je- dan izabran sastav cvrstog rastvora, vidi se da је cvrst rastvor stabilan samo u oЬlasti ogranice- noj petljom. Puna linija oznacava ravnotezno stanje izmedu cvrste (Hg 1.xCdx Те), tecne (Hg(l-z)(l- y)Cdz(l-x)Tey) i gasovite faze. Tecna faza је oznacena na ovaj nacin s obzirom. na to da se razmatraju rastvori Hg i Cd u teluru. Ponekada се se molski udeli pojedinih komponenata u rastvoru izraz.avati i kao: Хнg = (1 - z) (1 - у); Xcct = z (1 -у); Хте =у. (З. 28) Na bilo kojoj temperaturi ispod maksimuma postoje dve vrednosti parcijalnih pritisaka. 55 --------;;,. Ako је sistem и ravпotezi sa visim parcijalпim pritiskom telurom, parcijalпi pritisci Hg i Cd ( ova zavisпost пiје prikazaпa па Sl. З. З) се odgovarati пizim vrednostima. U ovom slucaju rec је о cvrstoj fazi zasiceпoj Те. Tako npr. na 560 °С cvrsta faza sastava х=0.200 zasiceпa Те је и ra- vпotezi sa tecпom fazom sastava Хнg=0.258 i Xcct=0.014 [192] i gasovitom fazom u kojoj sи pa- rcijalпi pritisci kompoпeпata: Рна=0.4 bar, Рте=З-10.8 bar. Na istoj ovoj temperatиri cvrsta faza " sastava х=0.200, ali zasiceпa zivom, је u ravnotezi sa rastvorom Hg-Cd-Те i gasovitom fazom и kojoj parcijalпi pritisci imajи sledece vrednosti: Рнg= 16 bar, Рте= 1.0·1 о·6 bar i Pcct= 1.0·10.6 bar. Iz odпosa parcijalnih pritisaka u gasovitoj fazi, vidi se da је domiпantan parcijalni pritisak Hg, ра cak i da se parcijalni pritisci Те i Cd mogu zanemariti. S obzirom da iz telurovih rastvora kristalise cvrsta faza zasiceпa telurom, za ovaj rad је znacajno da se роzпаје zavisпost parcijalпog pritiska Hg od temperature, u fuпkciji sastava cvrstog rastvora (х) i temperatиre (Т). U opsegu temperatиra od 400 do 700 °С ova zavisпost se opisuje kao [192]: • 2 3 log Рнg [bar] = 8.172- 1.769х- 4.529 х + 8.4З2 х ( 6.955- 1.2З5 х) ( 10001 Т). (З. 29) Na Sl. З. З. su prikazani i naponi pare Hg i Те. Nji~ov analiticki izraz је [199]: log p(Hg)[bar] = 4.920- ЗО99 1 Т; za p(Hg) > 0.1 bar, (З. ЗО. а) log p(Hg)[bar] = 5.028 - 3157 1 Т; za p(Hg) ~ 0.1 bar, (З. ЗО. Ь) log p(Hg) [bar] = 4.971 - З131 1 Т; za temperature oko 52З К, (З . ЗО. с) log р(Те) [bar] = 4.171 - 5960.2 1 Т; za Т> 72З К, (З. З1) Zbog kompletnosti razmatraпja dat је i nароп pare Cd: log p(Cd)[bar] = 5.956 - 5808 1 Т; za Т< 594 К, (З. З2. а) log p(Cd)[bar] = 5.119-53171 Т; za Т> 594 К. (З. 32. Ь) Као sto se iz prethodпog izlaganja vidi, do tacnog opisa fazпog dijagrama se dolazi po- redeпjem rezиltata postavljenog modela sa eksperimeпtalnim vrednostima. Izoterme likvidиsa sa Sl. З. 2. dobijeпe па osnovu izlozeпe teorije [19З] se dobro slazu sa eksperimeпtalпo odredeпim vredпostima u [204,205]. Podaci za izoterme likvidusa se eksperimentalno odreduju tzv. meto- dom direktпog vizиelnog osmatraпja [204], јег uobicajeпi metod diferencijalпe termicke aпalize пiје dovoljпo precizaп za primeпu u epitaksijalnom rastu ternarnih komponenti. Podaci za izoko- nceпtracione liпije solidusa se оЬiспо odreduju iz sastava epitaksijalпih slojeva za cije karakte- risaпje se koriste mпoge metode: metod difгakcije X-zraka, da bi se odredio parametar krista1o- grafske rasetke i na taj naciп posredno sastav, razne metode za odredivanje vredпosti eпerge­ tskog procepa (lиminescencija, transmisija, odredivanje absorpcioпih i гefleksioпih spektara) i пajdirektniji пacin odredivanja sastava pomocu elektronske mikrosonde[206] . Izokoпceпtracione liпije solidusa na Sl. З. 2. su, kada se porede sa eksperimeпtalnim vredпostima [204,205] koje na dijagramu nisu eksplicitno паznасепе, pomerene ka пizim vre- dnostima molskih udela Cd i Hg u tеспој fazi. Ovo је posledica сiпјепiсе da se termodinamicki рrогасип poredi sa eksperimeпtalпim rezиltatima dobijenim iz procesa epitaksijalпog rasta koji 56 striktno govoreci nije ravnotezni proces [20З]. Stoga cemo u daljem radu za opis faznog dijagrama Hg-Cd-Te u ovoj oЬlasti koristiti numericki opis iz [192]. U ovorn radu autor је sku- pio sve dostupne eksperirnentalne podatke i nurnericki ih opisao za Те ugao faznog dijagrarna. Podaci se odnose na rastvor Hg(l-zJ(l·yJCdz(l -xJTey iz koga kristalise cvrsta faza Hg1_xCdxTe i va:Ze za О Hgj Рнg -------------> х -------------> т < ------------- 61 4. Teorija epitaksijalnog rasta iz rastvora Osnovu teorije epitaksijalnog rasta iz rastvora koja се ovde biti prikazana, cini pretpo- stavka da је stupanj koji odreduje brzinu rasta moпokristala difuzija rastvorka kroz graпicni sloj, uz podlogu па kojoj sloj raste (Sl. 2. 4). Ovu teoriju је moguce primeпiti па dvokompone- ntne i visekompoпentne epitaksijalne sisteme za koje se utvrdi da brzina rasta ne zavisi od npr. povrsinske reakcije za razlicite intervale temperature rasta i razlicite primeпjene metode hladenja rastvora [234-239]. Uobicajeпi пacin potvrde cinjenice da se povrsiпska reakcija moze smatrati mnogo brzom od reakcija traпsporta kroz rastvor, је odredivanje brziпe rasta na kristalografskim ravnima razlicite orijentacije [240, 147]. Ako brzina rasta epitaksijalnih slojeva pri ostalim ide- пticnim uslovima rasta, пе zavisi od orijentacije podloge, moze se smatrati da pod datim uslo- vima rasta brzinu kristalizacije odreduje traпsport jedinica rasta u tecnoj fazi. 4. 1. Epitaksijalni rast iz tecne faze u blnarniш sisteшiшa Za rast binarnog sistema, kao sto је InSb, jedпodimeпzionalпa јеdпасiпа difuzije kojom se opisuje difuzija rastvoгka (Sb u rastvoгu Iп) u tеспој fazi је: (4. 1) gde је с koпcentracija rastvorka u tеспој fazi i fuпkcija је vremeпa rasta t i rastojaпja ~ od graпi­ ce rasta u pravcu norrnalпom па graпicu podlogalгastvor. D је koeficijent difuzije rastvorka, а R је brzina rasta. Ј(ао dodatak пavedenom _ kotisti se i јеdпасiпа- koпtiпu,iteta kojom _ se opisuju fluks atoma rastvoгka па granici rasta [206]: дс! 1 дсs 1 R[c(s,~ =О)- c(l,~ =О)]= D1- ._0 - D - "_0 а~ ;- s а~ ..,- (4. 2) Gde su sa 1 i s u subskriptu оzпасепа tecna i cvrsta faza, respektivпo. Postoji пekoliko uslova koje epitaksijalni rast iz rеспе faze zadovoljava i cije uvodenje znatпo uproscava navedeпe jednacine, koje bi trebalo simultaпo resiti da bi se odredila brzina epitaksijalnog rasta. Ti uslovi su: 1. Difuzija u cvrstoj fazije zanemarljivo spora,jer је D5< р U radu (241] је procenjeno da и rastvorima III-V jedinjenja do konvektivnog prenosa mase dolazi tek ako је deЬljina rastvora mnogo veca od navedene. U kliznim sistemima za epitaksijalni rast podloga se nalazi u horizontalnom polozajи ispod rastvora. Ova- kav polozaj dovodi do stabiliSuceg gradijenta konce- ntracije rastvorka, јег је u slисаји III-V jedinjenja gи­ stina rastvorka manja od gustine rastvaraca. Zbog ovoga је oЬlast rastvora u Ьlizini podloge, koja је osi- romasena rastvorkom, oЬlast vece gustine u odnosи na vrh rastvora. Ovo је sematski prikazano na Sl. 4. 1. Sl. 4. 1. Promena gustine rastvora za epita-ksijalni rast Ш-V binarnil1 jedinjenja. Sa navedenim uslovima (1, 2, З) koje Ьi tre- balo da ispunjava ispunjava epitaksijalni rast Ьinarnih jedinjenja, analiza epitaksijalnog rasta kristala postaje proЬlem resavanja jednacine: 2 дс(~, t) = D д с(~, t) дt д~2 (4. З) Debljina epitaksijalnog sloja ( d) је: 1 t ..., f ос d(t) =- D(-)):_0 dt. с д~ -,- s о (4. 4) u jed. (4. 4) svi simboli imaju vec objasnjeno znacenje. cs је koncentracija rastvorka u cvrstoj fazi za vrstи cija brzina transporta u tecnoj fazi odreduje brzinu rasta cvrste faze (epitaksijalnog sloja). u slucajи InSb cs је konstantno usled toga sto је OVO stehiometrijsko jedinjenje (cs=0.5). Ovo vazi i za ostala III-V jedinjenja. D se u ovom slucaju odnosi па koeficijenat difuzije rastvo- rka u tecnoj fazi i radi kratkoce se nece oznacavati subskriptom 1 u daljem pisanju. Granicni иslovi za resavanje diferencijalne jednacine ( 4. 5) su: (i) Rastvor iz koga raste epitaksijalni sloj је izotermski. U svakom momentи rasta, te- mperatura и svim delovima rastvora је konstantna. (ii) Uslov homogenosti rastvora: с (~'о) = С0 (4. 5) koji obezbedиje da је pre pocetka гasta (t=O), koncentracija гastvorka konstantna u citavoj masi rastvora. (iii) Uslov polиbeskonacne difuzije: 63 (4. 6) koji obezbeduje da је za sve vrerne rasta koпceпtracija rastvorka u duЬiпi rnase rastvora (~~со) koпstaпtпa i jedпaka росеtпој koпceпtraciji rastvorka, С0 • Ovaj uslov se rnoze iskazati i па sledeCi пасiп : [ дс~~,t)] =О. Ot ~~оо (4. 7) Ovo zпaci da se za vrerne rasta u rnasi rastvora пе uspostavlja gradijeпt koпceпtracije rastvorka. Ako rastvor ima takvu deЬljiпu, da је za vrerne rasta epitaksijalпog sloja (t") zadovoljeп uslov tg>Рте+Рссt• za odredenu temperaturu dovoljno da se dr:le konstantnim parcijalni pritisak Hg i sastav rastvora Hgo-zJ(I-y)Cdz(I-z)Tey iz koga raste epi- taksijalni sloj, ра da stanje sistema bude potpuno definisano i da bude moguc rast monokri- stalnih epitaksijalnih slojeva zeljenog sastava, nivoa dopiranja, deЬljine i dobre morfologije po- vrsine. U ovom radu се se razmatrati slucaj epitaksijalnog rasta u sistemu sa dve zone tempe- rature. Temperature оЬе zone se regulisu nezavisno. U zoni vise temperature se nalazi rastvor iz koga raste epitaksijalni sloj i podloga za rast. Ova zona се se nazivati zonom гasta. U zoni nize temperature (zona iive) se nalazi rezervoar sa cistom Hg, ciji napon pare obezbeduje potreban napon pare Hg iznad rastvora za rast. Jasno је da se kontrolom temperature zone zive kontrolise i napon pare zive u sistemu. 4. 2. 1. Odгedivanje гavnoteznih uslova Као sto је vec naglaseno, pri epitaksijalnom rastu (Hg, Cd)Te iz rastvora Hg i Cd u teluru tezi se tome da temperatura rasta bude sto niza kako bi se svela na najmanju mogucu meru pojava gradijenta sastava na granici podloga (CdTe)/sloj, usled relativno brze difuzije Cd u ovom sistemu [227]. Sa druge strane, najniza temperatura rasta је ogranicena pojavom eutekti- kuma na Te-HgTe razrezu. Uz ova ogranicenja prihvatljive temperature epitaksijalnog rasta su u intervalu temperatura od 450 °С do 500 °С, mada u literaturi postoje podaci i о uspesnom rastu epitaksijalnih slojeva i na temperaturama od 425 °С [157], ра cak i 420 °С [129]. U opstem slu- caju rastvor sastava Hg(l-z)(l-yJCdz(I-zJTey је na temperaturi 8L u ravnotezi sa cvrstom fazom HgxCd1_x Те ako su zadovoljene empirijske relacije (3. 33. а), (3. 33. Ь) i (3. 34) iz faznog dija- grama. Parcijalni pritisak zive, Рн"' iznad cvrstog rastvora (Hg, Cd)Te sastava х u funkciji te- " mperature, dat је jednacinom (3. 29), koja opisuje i parcijalni pritisak Hg iznad tecnog rastvora Hg4.5-1 o·2co2/D, ( 4. 28) postaje: ( 2 Ј 4 те . те Ј(~) = 1 - -ехр ---Dt sш(-~)-те 4со 2 2со (4.29) Za posebnu prirnenu potrebno је poznavanje vrednosti koeficijenta difuzije Hg u ra- stvoru. Iz dostupne literature vrednost ovog parametra se procenjuje kao D:::::S -1 о·5 crn2/s na tem- peraturarna epitaksijalnog rasta iz Те rastvora [249]. Moze se prihvatiti da је homogenizacija okoncana kada koncentracija Hg atorna na su- protnoj strani rastvora (~=со) postane npr. k·(N5-Nв) gde је N5 koncentracija atorna Hg na povr- sini rastvora а k moze irnati vrednost 0.9. Pod ovirn uslovirna је iz jed. (4. 29) rnoguce odrediti vrerne za koje se navedeni nivo hornogenosti koncentracije postize: 70 t = 4ro ln[ 4 ] h л?D (1- k)rc . (4. 30) Тipicno vrerne hornogenizacije za k=0.9, ro=4 rnrn i usvojenu vrednost za koeficijenat difuzije је prerna ( 4.30) 55 rnin. о со Sl. 4. 4. Sematski prikaz homogenizacije rastvora Hg Navedeni metod proracuna vremena homogenizacije, odnosno vrernena da rastvor apsorpcijom Hg postigne novo ravnotezno sta- nje, vaii i za slucaj kada је parcijalni pritisak Hg u zoni rastvora nizi od parcijalnog pritiska za ravnotezni rastvor kada Hg isparava iz ra- stvora. Gubitak Hg iz rastvora se u torn slucaju detektuje kao smanjenje mase rastvora. Veza izmedu koncentracije N0 izraie- ne u molovirna Hg ро jedinici zapremine i kon- centracije Hg izrazene u molskim udelirna se moze pisati u vidu: i Cd u teluru. kada је parcijalni pritisak Hg и sistemu No;::::: (Рте 1 Ате ) Хнg;::::: 0.0452 Хнg' visi od ravnoteinog nаропа pare Hg za r-astvor. (4.31) gde је Рте=5.77 g/crn3 [58] gustina Те na 485 0С, а М те= 127.6 g/mol. Ovakvo preracunavanje koncentracija jednih u druge, је opravdano јег је rastvor vrlo bogat telurorn. Glavni zakljucak iz ovog razmatranja о potrebnom vremenu homogenizacije se moze iskoristiti za poboljsanje dizajna grafitne ladice u kojoj epitaksijalni sloj raste. Neophodna је dobra veza izmedu gasovite faze (izvora zive) i rastvora. Potrebno је da debljina rastvora bude sto manja, kako bi se sto vise skratilo vreme homogenizacije rastvora. Sa druge strane, mini- malna zapremina rastvora је odredena i potrebom da podloga па kojoj epitaksijalni sloj raste bude u potpunosti uronjena u rastvor. 4. 2. З. Odredivanje teшperature zone zive kako Ьi sastav rastvora ostao neproшenjen Iako se radi u poluzatvorenom sistemu koji је konstruisan da bi se izbegli guЬici Hg iz rastvora, pokazuje se da postoje gubici zive, odnosno masa rastvora se menja. Utvr,deno је da temperatura zone zive mora Ьiti za -10 ос visa od teoгijski pгoгacunate u slucaju za ravnotezne rastvoгe iz kojih гastu slojevi sastava х=0.20 do 0.30. Objasnjenje ove pojave је povezano sa pгenosenjern atoma Hg kroz atmosfeгu Н2 , u sistemu za epitaksijalni rast iz zone zive u zonu гasta i obrnuto, kao i sa isparavanjem Hg iz гastvora. То је pojava koji је zavisna od vгemena i u geneгalnom slucaju vгlo komplikovana. Ako se pгetpostavi da је brzina ovog procesa ogгanicena brzinom difuzije zive, ргоЫеm se sastoji iz dva dela. Prvi deo је гazmatгanje tгanspoгta Hg atoma kroz gasovitu fazu, koja se sastoji od molekula vodonika, i раге konstituenata rastvora, а drugi је transpoгt atoma Hg kroz tecnu fazu. Transpoгt difuzijom kroz gasovitu fazu је mnogo brii od tгanspoгta difuzijom u tecnoj fazi (koeficijent difuzije Hg u gasovitoj fazi је -1 crn2s- 1, а u tecnoj fazi је -5·10-5 crn2s· 1 u intervalu temperatuгe epitaksijalnog гasta), раје stoga potгebno da se znaju stacionarni uslovi za sporiji ргосеs. 71 Da se sastav rastvora ne bi menjao u toku rasta, fluks atoma Hg u zoni zive mora Ьiti je- dnak fluksu atoma Hg u zoni rasta. Ovaj uslov se moze napisati kao: D (Тнg) p(Hg, Тнg) 1 (k Тнg) = D(TJ Рнg(ТЈ 1 (kTL), (4. 32) gde је D(Т) koeficijenat difuzije Hg u parnoj fazi (smesi molekula vodonika i atoma Hg), Тнg је temperatura zone zive, p(Hg, Т) је napon pare zive na oznacenoj temperaturi, Рнg(Т) је parcija- lni pritisak Hg iznad rastvora па oznacenoj temperaturi, u ovom slucaju ravnoteznoj , TL, k је Boltzmann-ova konstanta. Ako је pritisak u sistemu konstantan, koeficijent difuzije Hg u gasnoj fazi se moze pisati kao [250]: D(Т)=const.T312 • Kada se ovaj izraz za koeficijent difuzije Hg uvrsti u jed. (4. 32), za jednakost flukseva zive u zoni rasta i u zoni zive dobija se jednacina iz koje је moguce odrediti temperaturu zone zive (Т нg) koja се omoguCiti da se sastav rastvora u zoni rasta ne menja: . (4. 33) Iz ove jednacine lako se odreduje temperatura zivine zone (Т на) za ravnoteznu temperaturu " rastvora (ТЈ i parcijalni pritisak Hg iznad ovog rastvora СРна) koji se racuna ро (3 . 29). " Rezultati ovog numerickog proracuna su graficki prikazani na Sl. 4. З. Vidi se da Ьi temperatura Hg zone trebalo da bude priЬliZno za 7 ос visa od proracunate ravnotezne (Тенg)- 4. 2. З. Pгomena sastava cvгste faze sa pothladenjem гastvoгa D izokoncencrapioпe liпije solidusfl о Х На " Sl. 4. 5. Sematizovani prikaz dela tememog faznog dijagrama za гastvor Hg i Cd u Те. Prikazane su izo- terma likvidusa (T L), izoterma rasta (T L-tlT,), odgo- varajuce izokoncentracioпe liпije solidusa i put de- poziCtJe. Na Sl. 4. 5. је sematski prikaz dela faznog dijagrama za trokomponentni sistem Hg-Cd-Te u kome је Те rastvarac. U slucaju trokomponentnih sistema temperatura rasta nije vise tacka na likvidus liniji kao u Ьinar­ nim sistemima, vec је definisana linijom na ravni likvidusa. Na pomenutom dijagramu prikazane su dve izoterme likvidusa: jedna se odnosi na temperaturu likvidusa TL na kojoj је sranje pocetnog rastvora definisano ta- ckom А, а druga se odnosi na stanje pothladenog rastvora- pothladenje rastvora је дт, . PolazeCi od rastvora sastava ха Hg i ха cct sa kojim је na temperaturi Т L u ravnotezi cvrsta faza sastava ха, nije moguce dostici Ьilo koju tacku na izotermi likvidusa Т L -д Т5 • U (Hg, Cd)Te sistemu, koji raste iz rastvora bogatih Те, koeficijenti segregacije Hg i Cd, rastvoraka, pod uoЬicajenim uslovima rasta veci su od jedinice. Rastvor na granici rasta osiromasuje u tim komponentama i one se nadoknaduju transportom (difuzijom) iz mase rastvora. Stoga, Хнg moze biti neprome- nljivo na granici rasta samo ako је koeficijent difuzije Hg u tecnoj fazi (Dнg) mnogo veCi od 72 koeficijenta difиzije Cd u tecnoj fazi (Dcct). U tom slиcaju rezultat epitaksijalnog rasta је cvrsta faza cijem sastavи odgovara izokoпceпtracioпa linija solidusa koja prolazi kroz tacku D i и tom slиcaju put depozicije је јеdпоzпаспо odredeп kao AD. U slucaju kada bi bilo Dcct>>Dнg put depozicije bio bi АВ i cvrsti rastvor koji Ьi rastao па temperaturi koja odgovara ovoj tacki Ьi imao sastav koji odgovara izokoпceпtracioпoj liпiji koja prolazi kroz tackи В. Eksperimeпtalno је utvrdeno da ovaj odnos izmedu koeficijenata difuzije пiје takav, vec se put depozicije nalazi izmedu ova dva granicna slucaja. Sastav cvrste faze koja kristalise linearno zavisi od pothladenja. Ako sloj raste iz pothladeпog rastvora па koпstaпtnoj temperaturi (tacka С) , njegov sastav је nepromenljiv i odgovara sastavu х prema prilozeпoj semi. U ovom slиcaju х=х0-<р L1TL, gde је <р koeficijeпt promene sastava cvrste faze sa temperatиrom ( .... >U ;:1 0.008 СdТе 0.6 ;:1 ." <.) u f-o х XCd(t2 >1 1, ~-О) 0.4 "О 0.006 u (а) rastvor 0.2 -о х (t,. ~=О) ;:1 о 4 з 2 о 10 20 Е за mm Е, - flffi 1 ф ~ : ro f-,. ._. . . 5d ! "' ;:1 <.) - ()1 .... X~(t=O, ~ )(,) , ~ +Q о о . .... ~ о..: bl) "" Џ) Ј: 1':1 0.01 .... Е ;:1 Hg Cd Те о !z>t, t, ј 0.8 и {5 1-> rastvor .... >< 0.008 LPE sjoj > СdТе 0.6 ><.) ;:1 XCd(t>O, ~=О) 1 XCd(t>O, ~~О) <.) Ј· f-o 0.006 "О u (Ь) 0.2 -о ;:1 о 4 з 2 о 10 20 з о Е mm Е, - J.lrn Sl. 4. 7. Sematski prikaz raspodele Cd u rastvoru (tеспој fazi) i epitaksijalпom sloju (cvrstoj fazi) za (Нg, Cd)Te epitaksijalni rast iz telurovih rastvora. Epitaksijalпi sloj гaste pt;meпom ili metoda 11ladenja pothladenog rastvora (а) ili metoda rasta iz pothladeпog гastvoгa (Ь) . Rast sloja se odvija iz rastvora koji ima takve dimenzije da se moze smatrati polubeskonacnim rastvoгom. ·Kako је napisana, гelacija (4. 21) se o.dnosi na deЫjinu epitaksijalnih slojeva koji su ra- sli rnetodorn hladenja pothladenog гаs~vога. Za slojeve koji su rasli iz pothladenih rastvora ~=0; а za slojeve koji su гasli rnetodom ravnoteznog hladenja д85=0. Trenutna brzina epitaksijalnog rasta, R(t) , u vremenu t se moze izraziti kao: R ( t ) = d[ d ( t )] /dt, ili se brzina depozicije р о jed. ( 4. 21) moze pisati kao: R ( t) = А+ B.ft + ~. .& + t (4. 39) (4. 40) U ovom izrazu А, В=2~к i С su konstante dobijene diferenciranjem jednacine (4. 21). Clan .Э. је kratkotrajni vrernenski interval, npr 0.01 min, ubacen u treCi clan jed. (4. 40) da Ьi se izbeglo da za t=O, R(t=O)~oo sto ne bi imalo fizicko objasnjenje. Kada је В= О, jed. ( 4. 40) prikazuje brzinu epitaksijalnog rasta za sloj koji raste u izote- rmskim uslovima (metod rasta iz pothladenog rastvora). Kada је А=О i С=О, epitaksijalni sloj 76 raste primenom metoda ravnoteznog hladenja; а kada је А, В, C:;z:O, jed. (4. 40) se moze primeniti na epitaksijalni sloj koji raste metodom hladenja pothladenog rastvora. Sa druge strane, brzina epitaksijalnog rasta se moze izraziti i jed. ( 4. 34) [174, 238]: (4. 41) gde је Dcct koeficijent difuzije Cd u rastvoru. Pokazano је da u intervalu temperature od 465-495 0С u kome se odvija epitaksijalni rast, koeficijent difuzije Cd u rastvoru ne zavisi od tempera- ture. U sled nedovoljnog broja eksperimentalnih podataka о vrednosti Dcct• u daljnjem proracunu usvojena је vrednost od 5·10-5 cm2/s. Ostali simboli imaju vec objasnjeno znacenje. Ako epitaksijalni sloj raste primenom metoda hladenja pothladenog rastvora, tempera- tura rastvora u Ьilo kom momentu rasta, t, је: (4. 42) Ova jednakost odreduje i temperaturu u svakom trenutku rasta kada sloj raste ili meto- dom ravnoteznog rasta (6 Т5=0) ili primenom metoda rasta iz pothladenog rastvora (~=0). Jednacine (3. 33. а), (4. 38) u kojoj је [z/(0.22+0.78z)=x] i jed. (3. 34), koja resena ро у glasi : у= ( 8- 1102 -250z ) ( 420z -785 )- 1, (4. 43) su tri jednaCine sa tri nepoznate: х, у, i z koje је moguce simultano resiti za svaki primenjeni metod rasta uvrstavanjem izraza za trenutnu temperaturu rastvora, jed. (4. 42). Jednacine (3. 33. а) , (4. 38) i (4. 43) su resene numericki. Za svaki skup odredenih vre- dnosti (х, у, z) racunata је trenutna brzina epitaksijalnog rasta prema jed. ( 4. 41). Ovako odrede- ne brzine rasta epitaksijalnog sloja za razna vremena su omogucile da se fitovanjem metodom najmanjih kvadrata odrede vrednosti konstanti А, В i С u jed. (4. 40). Poznato је da samo pod uslovima rasta epital\sijalnog sloja rщ konstantnoj temperaturi (metod rasta iz pothladenog лistvora, ~=0), sastav epitaksijalnog sloja ne zavisi od temperature (х=х0 -<р685). U svim drugim slucajevima, kada se sistem za vreme rasta hladi uniformnom brzi- nom, sastav epitaksijalnog sloja se moze odrediti iz jednakosti: о х = х - <р ( 685 + ~t ) . (4. 44) Као sto se vidi iz prethodnog poglavlja, linearna zavisnost promene sastava cvrste faze koja kristalise u neizotermskim uslovima od pothladenja rastvora је u potpunosti primenljiva za epitaksijalni rast gde su intervali temperature relativno uski. Parametar <р, koeficijent promene sastava cvrste faze sa pothladenjem rastvora, vec је definisan i pretstavlja vainu velicinu pri odr- edivanju sastava rastvora za rast epitaksijalnog sloja zadatog sastava i za odabran rezim rasta. Interdifuzija Hg i Cd па granici podloga!rastuCi epitaksijalni sloj opisuje se modifikova- nim drugim Fick-ovim zakonom: 77 дх} дх дх D(x Т)- R(t)- = -. , д~ д~ дt Pocetni i granicni uslovi za ovaj slucaj su: D(x, Т): ~ ~=о= R(t)x (0, t ) , х (оо, t) = 1, х ( ~ ~О, О) = 1, (4. 45) (4. 46. а) (4. 46. Ь) (4. 46. с) gde је х(~. t) sastav ~vrste faze koji zavisi od polozaja (deЬljine epitaksijalnog sloja) i vremena rasta, ~је polozaj koji se racuna od povrsine rastuceg sloja, D(x, t) је koeficijent interdifuzije u cvrstoj fazi koji zavisi i od temperature i od sastava cvrste faze [227]. Vrednost koeficijenta interdifuzije је racunata kao u radu [256]: 2 10 -1-D(x,T)[!J.m /s]=3.15·10 ехр(-3 .53х)-ехр(-2.24·10 /Т) (4. 47) Clan -R(t)дx/дt odrazava pokretan koordinatni sistem u kome је pocetak (~=0) fiksiran za povrsinu epitaksijalnog sloja. Ako epitaksijalni sloj raste poznatom brzinom R(t), raspodela Cd u cvrstoj fazi se moze odrediti numericki iz jed. ( 4. 45) i ( 4.46. а, Ь , с ) koristeci metod konacnih razlika, slicno kao u radu [255]. 78 111 Eksperimentalni deo 5. Opis eksperimentalnog rada 5.1. Sistem za epitaksijalni rast Metod epitaksijalnog rasta i aparatura za epitaksijalni rast iz tecne faze moraju da оЬе- zbede: • Mogucnost tacne kontrole osnovnih parametara procesa i lako upravljanje njima. Osnovni parametar koji regulise proces је temperatura. • ReproduktiЬilno dobijanje epitaksijalnih slojeva zadatih karakteristika. • Odsustvo izvora necistoca u sistemu i onemogucavanje nekontrolisane izmene sastava mate- rijala (nekontrolisan gubitak isparljivih komponenti i sl.) • Jednostavno ostvarivanje kontakta podloge i rastvora i prekidanje rasta. • Relativno visoku produktivnost i ekonomicnost procesa. Osnovni deo svakog epitaksijalnog sistema је рес sa regulatorom temperature. Kori- scena је difuziona рес sa tri grejne zone firme "Tempress". Unutrasnji precnik peCi је takav da moze da se smesti kvarcna cev spoljasnjeg precnika 80 mm, koja је zatopljena na jednom kraju. U ovoj cevi, u atmosferi vodonika, nalazi se grafitna ladica u kojoj se odvija epitaksijalni rast. Temperatura se regulise digitalnim kontrolorom temperature (PID tip) koji omogucava kontrolu temperature sa tacnoscu od ±1 °С i zadavanje razlicitih brzina hladenja, u opsegu od 99 do 0.01 °C/min. Naravno, stvarna brzina hladenja sistema zavisi od njegove toplotne inercije i za po- stavljeni rezim temperatura epitaksijalnog rasta se odreduje kaliЬrisanjem sistema pre izvodenja eksperimenta. Postoji mogucnost rada ili u "master-slave" konfiguraciji, kada је temperatura sve tri grejne zone jednaka i postoji garantovana izotermska zona u centru peCi, duzine 30 cm, ili se temperatura svake grejne zone regulise nezavisno, sto omogucava postizanje razliCitih profila te- mperature u peci. Prvi nacin regulacije temperature се se koristiti pri epitaksijalnom rastu InSb, а sistem u kome се se temperatura grejnih zona nezavisno regulisati се se koristiti pri epitaksijalnom rastu (Hg, Cd)Te, gde postoje dve zone temperature: zona vise temperature u kojoj se nalazi rastvor i podloga za rast i zona ni:Ze temperature u kojoj se nalazi cista ziva. Na Sl. 5. 1. је sematski prikazana skica sistema za epitaksijalni rast sa osnovnim delovima koji su identicni i za sistem u kome raste InSb i (Hg, Cd)Te. Као sto се se videti, osnovna razlika је u izgledu profila temperature u radnoj zoni i konstrukciji grafitne ladice, ра се se ovi delovi si- stema posebno opisati. Na ovoj slici nije prikazana komora u kojoj је smesten sistem i koja ima ulogu obezbedivanja obesprasene atmosfere u toku sar:Ziranja sistema. Sistem se sar:Zira u atmosferi vrlo Cistog N2, koji sluzi i za ispiranje sistema, pre nego sto se njegov protok zameni protokom Н2 , kao i pre otvaranja sistema. Na izlazu N2 iz Ьосе na- lazi se "Millipore" filter koji zadr:Zava sve cestice vece od 0.05 ~tm, а tacka rose za azot na izlazu iz Ьосе је bila manja od -58 °С, odnosno -15 ppm Н20. Tacka rose је merena higrometrom "Panametric" model2000. Proces epitaksijalnog rasta se odvija u atmosferi Н2, koji se dobija elektrolizom Н20 u alkalnoj sredini, na paladijumskoj katodi, u generatoru firme "Matheson". Proizvodac generatora daje specifikaciju о vrlo visokom stepenu cistoce ovog Н2. Na izlazu iz celije za elektrolizu, Н2 Ьi trebalo da sadr:Zi maksimalno jedan deo necistoca na Ьilion delova н2 i postojecim analitickim metodama se ne moze detektovati. Cistoca Н2 је proverena na izlazu iz sistema zagrejanog na 400 °С merenjem tacke rose. Ovo merenje је istovremeno i provera zaptivenosti sistema. Tacka rose Н2 pod ovim uslovima је bila -64 °С, sto odgovara sadriaju vodene pare od 17 ppm. Ovo se smatra zadovoljavajuCim za sistem ovakve konstrukcije. 11. 13. 12. г 7. 10 1 11 1 10 1 с с 16 15 5! . 1 t 8. lli[f8 141. 202. 201. 20. 18. б. S I ~ 5. 1. Semqtski prikaz aparature za epitaksijalпi rast iz tecne faze. (1) Тrо;оп~lп~ рес sa keramickim.zatvaracem (2). (3) Kvarcni reaktoг и kome se пalazi grafitna ladica za epita- . ksijalni rast и zoni koja је ozпacena sa (4) . (5) Tefloпski иvodnik и reaktor sa mestom (5 1) za sariiranje ladice bez rask1apanja sistema. Na ovom delи se nalaze i иvodnici иlaz i izlaz za gasova (N2 ili Н2) kao i иvodnik za ter- mopar (16). (б) Digitalni kontrolor temperature za sve tri temperatиme zone. (7) Generator Ц. (8) Воса sa N2• (9) Redиcir ventil na strani linije sa N2, (10) "Millipor" filter za cestice, (11) "Hoke" "on/off' ventil, (12) "Hoke" re- gulacioni ventil na strani Ц, (13) "Т" razvodnik. (14) иlaz Ц ili Nz и sistem, (15) izlaz gasova iz sistema. (16) Izvodnice hromel-alиmel termopara koji је и kvarcnoj oblozi. (17) Referentni spoj termopara. (18) Digitalni voltrnetar. (19) Trap sa tecnim azotom. Redno vezane ispiralice za gasove: (20) prazna ispiralica, (20 1) ispiralica sa silikonskim uljem (hidraиlicni zatvarac), (202) ispiralica sa aktivnim иgljem za apsorpcijи para eventualno pri- sиtnih Hg, Cd ili Те. Sa "с" је oznacen deo iпstalacije za gasove izraden od пerdajиseg celika, а sa "t" deo insta- lacije za gasove izraden od teflona. Mali crni pravoиgaonici na linijama za razvod gasova sи sematski prikaz "Gyrolock" spojnica. Veze za razvod gasova, gde је potrebno ostvariti mogucnost kretanja sistema, izraduju se od teflonskih creva debelih zidova. Sve nepokretne veze za gasove se izraduju od nerdajuceg celika ( oznaka ро АSТМ: SS 316) sa povrsinama poliranim do visokog sjaja. Spojnice su tipa "Gyrolock" (fmne "Crawford Fitting Company", USA). Na liniji N2 se nalazi kuglicasti "onloff' ventil, а na liniji Н2 se nalazi iglicasti ventil sa mogucnoscu kontrole protoka. 82 .• " ,;:. Gas koji izlazi iz sistema se propusta kroz dve ispiralice za gas. U jednoj ispiralici је si- likonsko ulje kao hidraulicni zaptivac, а druga је prazna i sluzi da u slucaju pada pritiska u siste- mu (npr. usled naglog pada temperature) spreci prelaz ulja u sistem. Pri epitaksijalnom rastu (Hg, Cd)Te na izlazu iz sistema, iza ispiralica sa silikonskim uljem vezuje se i ispiralica sa akti- vnim ugljem koji Ьi trebalo da absorbuje eventualno prisutnu Hg (1 kg ovog aktivnog uglj a mo- ze da apsorbuje 50 g zivinih рага) . Uopste, kada se govori о epitaksijalnom rastu (Hg, Cd)Te, uvek se mora imati na umu visok stepen otrovnosti svih hemijskih elemenata koji ulaze u sistem, а posebno Hg. Ova opa- snost је jos vise potencirana radom na visokim temperaturama i velikom isparljivoscu ovih ele- menata (posebno Hg). Stoga se na izlazu iz sistema za epitaksijalni rast ovog cvrstog rastvora postavlja trap sa tecnim azotom gde se kondenzuju eventualno prisutni elementi. Grafitna ladica se nalazi u kvarcnoj cevi. Vrlo је vaino da spoljasnji i unutrasnji precnik ove cevi (spoljasnji precnik је 80 mm, deЬljina zida је 2.5 mm, duzina cevi је 1 m) budu u okviru zadatih tolerancija (± 2.5 mm). Tacnost dimenzija ove kvarcne cevi је vazna zbog ostvarivanja zaptivenosti sistema (vitonskim "О" prstenovima) а i zbog toga sto se grafitna la- dica za rast InSb oslanja na dno cevi i mora se pri prevlacenju obezbediti njeno ravnomerno kli- zanje. Ove cevi su kupovane od firme "Heraeus". Potrebno је da kvarc bude vrlo cist i ovaj se prodaje pod nazivom "Heralux". S obzirom na opseg radnih temperatura, za kontrolu temperature se koristi termopar hromel-alumel (К tip). Referentni spoj termopara se nalazi na temperaturi od О 0С (smesa leda i vode) . Vrednost elektromotome sile se oCitava na digitalnom milivoltmetru. Potrebno је da ovaj instrument ima mogucnost ocitavanja 0.01 mV, posto је za hromel-alumel termopar u opsegu ra- dnih temperatura za epitaksijalni rast, dE/dT=0.04 mV/0 C. 5. 1. 1. Epitaksijalni rast InSb. Klizni sisteш Panish-evog tipa Proces epitaksijalnog rasta InSb se odvija u grafitnoj ladici kliznog tipa. U principu se za svaku primenu konstruise najpogodnija ladica. S obzirom na slicnost svih horizontalnih kliznih ladica sa ladicom koja је prvi put upotreЬljena za rast poluprovodnicke heterolaserske strukture u sistemu GaAs/AlxGa1_xAs (257], ovakva ladica se naziva i prema svom tvorcu i ladi- com Panish-evog tipa. Skica ladice ј е pnkazana na Sl. 5. 2. Ladica se nalazi u izotermskoj zoni u peci i njeni osnovni delovi su telo ladice i lenjir sa otvorima u koje se smesta polikristalna podloga InSb, koja sluzi za zasicavanje rastvora pre otpoCinjanja epitaksijalnog rasta i monokri- stalna InSb podloga na kojoj raste epitaksijalni sloj. Na telu ladice se nalaze rezervoar za rastvor iz koga raste epitaksijalni sloj (na pomenutoj skici је obelezen sa Ra) i rezervoar za rastvor u ko- me se pre pocetka samog epitaksijalnog rasta kratkotrajno nagriza podloga za rast (Rмв), kako Ьi epitaksijalni rast zapoceo na cistoj povrsini poluprovodnika. Na grafitnom lenjiru ladice se nala- ze mesta za polikristalnu podlogu InSb, koja sluzi za zasicavanje rastvora iz koga raste epitaksi- jalni sloj na temperaturi likvidusa, 8L, i za monokristalnu podlogu InSb, na kojoj raste epita- ksijalni sloj. Dimenzije podloga su 1.5 х 1.5 cm2, а dimenzije otvora za rastvor u pravcu prevla- cenja rastvora su identicne, а ро sirini dimenzija otvora za rastvor је uza kako Ьi se sprecilo eventualno podlivanje rastvora. Podloge za zasicavanje i rast su debele 400!J.m i vrlo је vaino da zazor izmedu povrsine podloge i tela ladice bude manji od 50 !Ј.Ш јег od velicine ovog zazora za- visi eflkasnost uklanjanja rastvora sa podloga pri pomeranju ladice. Као sto se sa skice na Sl. 5. 2. vidi, ladica је pricvrscena za kvarcnu cev (5) koja је istovremeno i oЬloga za termopar, а lenjir (2) se svojim krajem upire о dno (З) kvarcne cevi (1 ) 83 u kojoj se Citav sistem i nalazi. Pomeranje rastvora u odgovarajuce polozaje se vrsi rucno, pome- ranjem kvarcne cevi kroz uvodnik sa teflonskom zaptivkom. Na delu kvarcne cevi koji se nalazi van uvodnika prethodno se ucrtaju svi zeljeni polozaji. U ovoj kvarcnoj cevi (5) se nalazi i ter- mopar (kuglica termopara је na skici obelezena zvezdicom). Ovakav polozaj termopara omogucava da se temperatura kontrolise upravo na mestu rastvora iz koga epitaksijalni sloj raste. Na istoj skici је prikazan i polozaj cevi za uvodenje vodonika (б) а strelicom је oznacen smer kretanja ladice. Rimskim brojevima su oznaceni sukcesivni polozaji rezervoara sa rastvo- rom za nagrizanje podloge i rastvora za rast epitaksijalnog sloja. U delu gde се se detaljnije prikazati ciklus epitaksijalnog rasta о ovome се se i detaljnije govoriti. Ladica za epitaksijalni rast је dugacka dvadesetak cm i citava se nalazi u izotermskoj zoni peCi. I ~ 1. RG Rмв п ш IV v 2. з. 4. б . н2 1 > Sl. 5. 2. Sematizovan uzduzni presek horizontalne gt-afitne ladice kliznog tipa za epitaksijalni rast InSb. Obja- snjenje је и tekstu. 5. 1. 2. Epitaksijalni rast HgCdTe. PrelivajuCi dvozonalni poluzatvoreni sisteш Као sto је vec razmatrano, jedan od osnovnih proЬlema pri epitaksijalnom rastu Hg1. xCdx Те iz rastvora Hg i Cd и teluru је kontrola parcijalnog pritiska Hg iznad rastvora. U ovom slucaju ovaj proЬlem је prevaziden konstrukcijom poluzatvorenog dvozonalnog sistema za epitaksijalni rast [174]. Ovaj deo sistema, ciji је polozaj na opstoj skici na Sl. 5. l. oznacen sa (4), је detaljnije prikazan na Sl. 5. 3. Na istoj slici је prikazan i profil temperature u peci gde је sa 8R oznacena temperatura u zoni gde se nalazi grafitna ladica sa rastvorom i podlogom na kojoj raste epitaksijalni sloj (temperatura u zoni rasta) а sa 8Hg је oznacena temperatura u zoni sa rezervoarom sa Hg (temperatura zone zive). Temperature, а i brzine grejanja i hladenja, se u оЬе zone temperature regulisu nezavisno. Sistem za rast i rezarvoar sa Hg se nalaze u kvarcnoj ampuli sa normiranim brusom (oznacena sa 2 na Sl. 5. 3.). Kada је grafitna ladica sar:lirana, sto se radi u obesprasenoj atmosferi van sistema, i kada је rezervoar sa Hg (5 na Sl. 5. 3.) napunjen, 84 sistem se pre pocetka zagrevaпja ispira u atmosferi vrlo cistog N2, koji se zameпjuje protokom Н2. Za sve ovo vreme kvarcпa ampula је otvoreпa. Neposredпo pre pocetka grejaпja sistema ampula se zatvara i epitaksijalпi rast se odvija u zatvoreпom sistemu u kome пе Ьi trebalo da po- stoje guЬici Hg. Ovakav poluzatvoreп sistem zadriava glavпu predпost zatvoreпih sistema (прr. zatopljeпih kvarcпih ampula (173] ili zatvoreпih sistema sa пadpritiskom iпertпog gasa (172]) koja se ogleda u sprecavaпju guЬitka Hg iz rastvora za epitaksijalпi rast uz istovremeпu mogucпost da se isti sistem koristi vise puta, sto пiје izvodljivo u прr. zatopljeпim sistemima. Takode, u ovakvom sistemu је moguc epitaksijalпi rast i па podlogama proizvoljпo velikih dimeпzija, sto пiје uvek ostvarljivo u zatvoreпim sistemima. Otvoreпi sistemi su оЬiспо dvozoпalпi (169, 258, 259] i u пjima пoseci gas, пајсеsсе Н2 , preпosi paru zive iz zопе пize temperature, gde је пeki izvor Hg pare (cista Hg, HgTe, i sl) u 1. 2. 5. 7. 4. е с ОС) rastojanje duz zatvorene ampule Sl. 5. З. Prikaz dvozonalnog polиzatvorenog sistema za epitaksijalni rast (Hg, Cd)Te iz Те rastvora. Prikazanje i profil temperature и peci za epitaksijalпi rast. 1. kvarcna cev, 2. kvarcna ampиla sa normiraпim brusom. 31 i 32 Ьlokovi od grafita, cijaje иloga da olak.Sajи odr- zavanje temperature и zoni epitaksijalnog rasta i zoпi rezervoara sa Hg, respektivпo , 4. grafitпa ladica и kojoj se odvija epitaksijalni rast, 5. rezervoar sa Zivom, 6 1 i 62 oznacavajи polozaj kuglica termoparova kojima se kontro- liSe temperatura и zoni zive i zoпi epitaksijalnog rasta, 7. kvarcпa cev za иvodenje Н2 и sistem. zoпu epitaksijalпog rasta. Glavпi пedostatak ovog tipa sistema је veliki gubitak Hg i potreba da se u zoпi zive odriava potrebaп protok пoseceg gasa. U opisaпom poluzatvoreпom sistemu је samo potrebпo da se koпtrolisu temperature u zoпi rasta i zoпi zive. Temperatura zопе zive odreduje пароп pare Hg u sistemu, раје i koпstru­ kcija ovakvog sistema jedпostavпija u odпosu па slicпe otvoreпe sisteme. 85 Jos јеdпа od predпosti koпstruisaпog poluzatvoreпog sistema је i mogucпost odgreva- пja пaraslih epitaksijalпih slojeva пeposredпo ро оkопсапоm procesu rasta u pari Hg. U ovom sistemu је moguce ostvariti i izotermsko i пeizotermsko odgrevaпje epitaksijalnih slojeva. Temperatura u sistemu se, kao sto је prikazaпo па Sl. 5. З, meri i u zoпi rasta i u zoni zive. Меrепје se vrsi hromel-alumel termoparovima, koji se пalaze u kvarcnoj cevi koja је i pro- duzetak poklopca kvarcne ampule i pomocu koje se ampula i zatvara. 5. homogenizacija 2. А : -: =~~,..,., А-А (delimicno uvecan presek u odnosu na gornji crtez) po vrsina rastvora rast epitaksijalnog sloja з . 1. SI. 5. 4. Sematski prikaz grafitne ladice u kojoj se odvija epitaksijalni rast Hg1.,Cd, Те iz telurovih rastvora. Prikazan је i polozaj podloge ва kojoj raste epitaksijalпi sloj za vreme rastapaпja i lюmogenizacije rastvora kao i za vreme rasta epitaksijalnog sloja. 1. rezervoar u kome se вalazi rastvor za vreme lюmogenizacije, 2. rezervoar u kome se rastvor вalazi za vreme rasta epitaksijalnog sloja, 3. podloga na kojoj raste epitaksijalпi sloj , 4. поsас podloge, 5. mesto za terrnopar u kvarcвoj oЬlozi. Glavпi deo sistema za epitaksijalпi rast је grafitпa ladica u kojoj se odvija rast. U ovom slucaju koпstrukcija ladice је takva da omogucava dovodenje u koпtakt rastvora iz koga sloj raste i podloge kombinacijom prelivaпja i urапјапја. Koпstrukcija ove ladice је prikazana па Sl. 5. 4. Na ovoj semi su prikazani i medusobпi polozaji rasrvora i podloge па kojoj raste epitaksi- jalni sloj u toku homogeпizacije i rasta. Sama ladica ima dva rezervoara za rastvor priЬlizno ideпticпe zapremine, koji su posta- vljeni pod pravim uglom jedan u odпosu па drugi. Prvi rezervoar sadrii potrebnu masu rastvora, koji је u ovom rezervoaru rastopljen i homogeпizovaп пeposredпo pre pocetka epitaksijalnog rasta. Podloga za rast se nalazi u posebпom driacu u drugom rezervoaru. Posle оkопсапја homo- genizacije, rastvor se okretaпjem sistema za 90° preliva u prazan rezervoar i па taj nacin se ostvaruje koпtakt rastvora sa podlogom, koja је u ovoj fazi prakticпo uroпjena u rastvor. Posto 86 se rast okonca, sistem se vraca u prvoЬitan polozaj i kontakt podloge sa naraslim epitaksijalnim slojem i rastvora se prakticпo prekida, slivaпjem rastvora u prvi rezervoar u kome se i homo- genizovao. S obzirom da је podloga u toku epitaksijalnog rasta prakticno uroпjena u rastvor, sloj raste na obema straпama podloge. U daljпjem prikazu се se razmatrati samo slojevi koji su bili okrenuti onoj straпi rastvora koja za zadato vreme rasta ispunjava uslov rasta iz polube- skoпacпog rastvora. Sloj sa druge straпe podloge se skida hemijsko-mehanickim poliranjem. Ovakav пacin uklaпjanja rastvora sa podloge ро оkопсапоm procesu rasta prelivanjem је vrlo pogodan za rastvore Hg i Cd u teluru zbog пjihovog relativno пiskog povrsinskog пароnа. Na ovaj пacin se postize пajpotpuпije uklanjaпje rastvora sa povrsine пaraslog epitaksijalnog sloja ро okoncanom rastu. 5.2. Priprema sistema, rastvora i podloga na kojima raste epitaksijalni sloj. Tipicni temperaturni rezimi rasta epitaksijalnih slojeva InSb i Hg1_xCdx Те 5. 2. 1. Epitaksijalni rast InSb. Priprema sistema za epitaksijalni rast se moze razdvojiti па pripremu kvarcпih delova i па pripremu grafitпe ladice. Ova priprema је uglavпom ideпticпa za Ьilo koji epitaksijalni sistem i sprovodi se ро metodologiji opisaпoj u [123, 247]. Osnovni cilj pripreme је da se svedu na minimum sve primese koje Ьi se mogle ugraditi u epitaksijalni sloj i uticati na njegove opticke i elektricne karakteristike. U tom smislu valjanost pripreme sistema је proveravana odredivanjem karakteristika tzv. probпog, пedopiraпog epitaksijalпog sloja. Tako epitaksijalпi sloj InSb, koji је rastao па tempeгatuгi rasta slojeva od kojih се Ьiti гealizovaпe i fotodiode, ima sledece kara- kteristike ( odredeпe iz meгenja na 77 К): nedopiгan epitaksijalni sloj је Ьiо n-tipa provodnosti sa koncentracijom vecinskih nosilaca naelektrisanja od 1.75·1014 cm·3 i njihovom pokretljivoscu od 7.7·105 cmV· 1s· 1. Ovaj rezultat, kada se uporedi sa puЬlikovanim [29, 261] ukazuje na visok nivo cistoce u sistemu. Epitaksijalni slojevi InSb su rasli na monokristalnim podlogama InSb koje su kupljene od engleske firme "МСР Electгonics Materials". Podloge su secene na plocice dimenzija 1.5·1.5 cm2, а deЬljina је bila 400 11m. Slojevi su rasli na podlogama orijeпtacije In(111) ili Sb(111). Pre pocetka гasta odredivana је orijentacija podloge hemijskim nagrizanjem [247]. Podloge su Ьile p-tipa pгovodnosti, dopirane Cd. Elektricne kaгakteristike ploCica na 77К su Ьi1е: koпcentra­ cija nosilaca 4.10-9.63-1014 cm·3, pokгetljivost supljina 7.9·103-7.2·103 cm2J(Vs), specificna otpornost 1.93-0.90 ncm. Gustiпa dislokacija је Ьila mапја od 100 cm·2. Podloga za zasicavaпje rastvoгa је od пedopiranog polikristala InSb istih dimenzija kao monokristalna podloga. Polikristal је Ьiо vrlo visokog stepeпa cistoce. Koncentracija elektrona u polikristalu za zasicavanje је Ьila геdа 1.5·1 015 сm·З, а пjihova pokгetljivost је Ьila reda -4.0·105 cm2 V- 1 s· 1. Sva odredivaпja elektricпih velicina su па 77 К. Moпokristalna podloga za гast је mehaпicki poliraпa do ogledalastog sjaja i neposredno pred ubacivaпje u ladicu hemijski nagrizaпa u гastvoгu sa polirajuCim svojstvima, ispirana u pro- toku dejoпizovaпe vode (specificпe otpornosti ne mапје od 15 Qcm) i susena u protoku vrlo Ci- stog N2. Priprema podloga za rast i za zasicavaпje se obavlja пероsгеdпо pred sar:Ziranja ladice, kako Ьi podloga provela sto kгасе vreme u atmosferi vazduha. Rastvor iz koga raste epitaksijalni sloj i rastvor u kome se podloga za rast kratkotrajno 87 nagriza neposredno pred sam rast sloja pripremaju se na identican naCin i homogenizuju u si- stemи za epitaksijalni rast и termickom ciklusи koji је odvojen od ciklиsa epitaksijalnog rasta. Homogenizacija rastvora se obavlja na 550 ос u tokи 4.5 sati и atmosferi Н2. Ро okoncanoj homogenizaciji, rastvori se brzo hlade izvlacenjem sistema iz peCi. Ubacivanje podloge za rast epitaksijalnog sloja i podloge za naknadno zasicavanje rastvora iz koga sloj raste se obavlja и protokи N2 kroz sistem, tako da homogenizovani rastvori ne dolaze u kontakt sa vazdиsnom atmosferom. Sastav rastvora se odreduja na osnovи ravnotezne rastvorljivosti Sb и In za izabranи temperaturи likvidusa, npr. 81 =450 °С, jed. (3.5). Molski udeo Sb u In na temperatиri likvidиsa је Хsь=0 .250. Na osnovи poznatog sastava ravnoteznog rastvora i odmerene mase In и rastvoru ( -4.5 g) odredиje se i masa rastvorka: Sb, u rastvorи iz koga raste epitaksijalni sloj. е h -- --- -.------,- --------...,..... е k е h= ezas = eL =е а= 450 °С е mь = 450°С, tmь = 0.5 min tmь е G =е L = 4 °С, t а= 8.33 min, ~ = 0.48 °C/min <=> е sоь Гl ~----------------~----------------------------------~:>~ о t (min) Sl. 5. 5. Ciklиs temperature rasta epitaksijalпog sloja IпSb iz rastvora Sb и In па monokristalnoj podlozi InSb. Sloj raste prirnenom metoda гavnoteznog l1ladenja sa prethodпim пagrizanjem podloge za rast и posebnom ra- stvoru. Rast se odvija и lюrizontalпoj grafitпoj ladici kliznog tipa. u kojoj postoji i polikristalna podloga InSb za zasicavanje rastvora. U rastvor za rast epitaksijalnog sloja se dodaje i dopant. Posto је potrebno da sloj Ьиdе dopiran primesama n-tipa, kao dopant је koriscen Те. Те је dodavan u vidи jedinjenja In2Te3 koje је prethodno sintetizovano stapanjem odgovarajucih masa In i Те u vakuиmiranim kva- rcnim ampulama. Sastav rastvora iz koga raste epitaksijalni sloj је: 75.652 mol % In, 24.300 mol % Sb i 0.048 mol % In2 Тез- Ako se pretpostavi da је jedinjenje In2 Те3 u rastvorи na temperatиri epitaksije и potpиnosti disocirano, ovaj rastvor sadr:Zi 0.042 mol % Те. Rastvor za nagrizanje podloge neposredno pre epitaksijalnog rasta priprema se tako da bude zasicen na temperatиri koja је za par stepeni niza od temperature likvidusa rastvora iz koga raste epitaksijalni sloj. U ovom slиcaju ovaj rastvor је pripremljen na taj nacin da mu је ravnotezna temperatura 446 °С, odnosno molski udeo Sb и ovom rastvoru је х=0.243 . Ovaj rastvor se ne dopira namemo, а masa In је ista kao i и rastvorи iz koga raste epitaksijalni sloj InSb. 88 Koпstitueпti rastvora (Iп, Sb, Iп2 Те3) se odmeravaju па aпalitickoj vagi sa apsolutпom tacпoscu od ±0.0001 g. Neposredпo pred sariiraпje grafitпe ladice, koпstitueпti se hernijski пa­ grizaju u cilju sto potpuпijeg uklaпjaпja eveпtualпo prisutпih oksida, ispiraju u dejonizovaпoj vodi i suse u protoku vrlo cistog N2 [247]. Sistem se sariira bez rasklapaпja, u protoku N2, koji se ро zatvaraпju sistema zameпjuje protokom Н2, tako da se svi procesi па poviseпoj temperaturi odvijaju u protoku н2 . Na Sl. 5. 5. је prikazaп rezim temperature za tipicaп proces epitaksijalпog rasta InSb. Vec је пaglaseno da se rastvor homogeпizuje u posebпom ciklusu koji ovde nije prikazan. Ovaj prethodпi ciklus homogeпizacije rastvora se odvija па temperaturi od 550 ос u toku 5 sati. Ra- zlog ovome је potreba da podloga provede sto krace vreme па poviseпoj temperaturi koja Ьi mo- gla Ьiti uzrok termickog razlagaпja podloge [260]. Epitaksijalпi sloj IпSb u ovom slucaju raste primeпom metoda hladeпja ravnoteznog rastvora, sa prethodnim nagrizanjem podloge za rast u posebпom rastvoru. Posle sariiranja ladice, i rastvor iz koga се rasti epitaksijalni sloj i rastvor za prethodпo nagrizaпje podloge su u polozaju ozпacenom sa I na Sl. 5. 2. Rastvori ostaju u tom polozaju tokom citavog vremeпa zagrevaoja sistema od sobne temperature сеsоь) do temperature homoge- nizacije (8h), koja је u ovom slucaju jednaka i temperaturi likvidusa (8L) rastvora (ovaj rastvor је obelezeп sa RG па Sl. 5. 2) iz koga се rasti epitaksijalni sloj. Kako Ьi se vreme zagrevaпja sistema (tz) svelo na miпimum, sistem se posle s ariiraпja ubacuje u рес vec zagrejaпu do 8h=8L =450 °С. U toku narednih 45 min (t110ш) sistem ostaje na toj temperaturi kako Ьi se опа sta- Ьilisala i rastvor u potpunosti istopio. Sledeca faza је zasicavanje rastvora iz koga sloj raste. Deo grafitne ladice, koji sadrii rezervoare sa rastvorom za rast i rastvorom za prethodпo nagrizanje podloge ( obelezen sa Rмв па Sl. 5. 2) se pomera u polozaj П i to tako da se rastvor za rast nalazi iznad podloge za zasica- vaпje, а rastvor Rмв u polozaju III. Vreme zasicavanja rastvora је na prilozeпom sematskom pri- kazu obelezeno sa tzas=40 miп. Cilj zasicavanja rastvora za rast epitaksijalnog sloja је da se u po- tpuпosti defiпise stanje rastvora u momentu njegovog kontakta sa podlogom. Ро okoпcanom pr- ocesu zasicavaпja, rastvor za rast se pomera u polozaj oznacen sa III, а rastvor za nagrizaпje po- dloge za rast se "navlaci" nad podlogu. Ovaj rastvor је tak,o pripremljen da је na temperaturi u peci (koja је u ovom momentu jednaka temperatщi likvidusa za rastvor iz koga се rasti epita- ksijalni sloj) nezasicen za 4 °С. Cim se ovako nezasicen rastvor dovede u kontakt sa podlogom za rast, pocinje da је rastvara. Stoga је i ovo vreme kontakta, tшь• vrlo kratko i iznosi 0.5 min. Prakticno, izgleda kao da rastvor za prethodno nagrizanje podloge samo Ьiva kontinualno pome- ren preko nje. Potrebno је da podloga u toku ovog ciklusa bude ravnomerno nagrizena (ekspe- rimentalno utvrdena dubina nagrizanja је 10-15 ~Lm). Posle okoncanog nagrizanja podloge za rast, rastvor iz koga се rasti epitaksijalni sloj se dovodi u kontakt sa podlogom za rast (polozaj IV), а rastvor za nagrizanje se pomera dalje od podloge, u polozaj oznacen sa V. U momentu kada se rastvor i podloga dovedu u kontakt otpoci- nje se i sa hladenjem sistema. U ovom slucaju sistem se hladi brzinom od 0.48 °Cmin-1, а tempe- raturni interval hladenja је 4 °С. Epitaksijalni sloj raste u vremenskom intervalu ta=8.33 min. Ро о · isteku vremena t" kontakt rastvora iz koga raste sloj i naraslog epitaksijalnog sloja se prekida "' pomeranjem rastvora u polozaj oznacen sa V. U toku vremena twad~55 min, sistem se hladi do sobne temperature. U ohladenom sistemu protok Н2 se zamenjuje protokom N2, sistem se otvara, а podloga sa naraslim epitaksijalnim slojem se vadi i eventualno ubacuje nova. Eksperimentalno је utvrdeno da је na ovaj nacin iz istog rastvora moguce obaviti tri rasta epitaksijalnih slojeva, а da se njihov kvalitet Ьitno ne promeni. 89 Epitaksijalni sloj koji је narastan na napred opisani nacin је imao srednj u deЫjinu od 13 Jlffi , odnosno izmerene deЬljine su se kretale u rasponu od 12.3 do 14.5 Jlm. О metodu odre- divanja deЬljine epitaksijalnih slojeva i raspodeli deЬljine ро plocici bice vise reci u kasnijem izlaganju. Iz merenja Hall-ovog efekta na 77 К, utvrdeno је da је sloj n-tipa provodljivosti sa koncentracijom nosilaca naelektrisanja od 4.8·1018 cm-3, pokretljivoscu od 1.5·104 cm2Y 1 s·1 i specificnom otpornoscu od 8. 9·1 о-5 Qcm. 5. 2. 2. Epitaksijalni гast Hg1.x Cdx Те Rastvor iz koga се rasti epitaksijalni sloj (Hg, Cd)Te se priprema u posebnom ciklusu bilo u vakuumiranim kvarcnim ampulama, kada se priprema samo jedna saria rastvora, ili u po- sebno konstruisanoj grafitnoj ladici gde је moguce pripremiti vise rastvora identicnog sastava. Inace, dimenzije rez~rvoara za rastvor u grafitnoj ladici u kojoj raste epitaksijalni sloj, su takve da se masa rastvora odreduje polazeCi od mase telura od -4.5000 g. Proracun sastava rastvora polazi od izabrane temperature likvidusa za dati eksperiment, zeljenog sastava cvrste faze i metoda rasta koja се biti primenjena u posebnom slucaju (ako се sloj rasti u neizotermskim u- slovima, potrebno је da pocetni sastav cvrste faze, х0 , bude visi od povrsinskog sastava sloja na kraju epitaksijalnog rasta, jed. (4. 44)). _ - § - ka vakuum pump1 Sl. 5. 6. Sematski prikaz vakuumiranja ampule и kojoj se vrsi lюmogenizacija konstituenata rastvora. Na isti nacin se vakuumira i ampula sa grafitпom ladicom. (1) Kvarc~a ampula sa koпstitueпtirna rastvora (2) i kvarcпim "cepom" (3), kojim se olaksava zatapanje ampule. (4) Vilsoпov prelaz izraden od tefloпa . (5) Trapovi za paru zive sa tecaim azotom (б) . (7) Vakuumska slavina. S obzirom da se u оЬа spomenuta slucaja rastvor priprema vakuumiranjem i zatapanjem kvarcnih ampula, Hg, kao najisparljivija komponenta, se dodaje u visku koji је eksperimentalno priЬlizno odreden za konk.retne uslove vakuumiranja (-50 mg). Na osnovu ovih podataka se za trazeni sastav cvrste faze iz jed. (3. 33. Ь) i jed. (3. 34), koja је za dato TL i z, resena ро у, odreduje sastav rastvora u molskim udelima konstituenata. Na osnovu poznatog sastava rastvora, odreduju se i mase pojedinih konstituenata polazeCi od mase rastvaraca, Те od -4.5 g. Mase svih konstituenata se odreduju merenjem na analitickoj vagi sa apsolutnom tacnoscu od 1·104 g. Као sto је vec objasnjeno, prvo se odmerava masa Cd jer kao najmanja unosi i najvecu relativnu gre- sku u odredivanje sastava rastvora. Ukupnoj proracunatoj masi Hg se dodaje i masa predvidena za guЬitke isparavanjem pri vakuumiranju. Odmereni konstituenti rastvora se neposredno pred ubacivanje u pripremljenu kvarcnu ampulu ili grafitnu ladicu, hemijski nagrizaju [79], ispiraju u protoku dejonizovane vode i suse azotom. Napunjena ampula ili grafitna ladica u nesto vecoj kvarcnoj ampuli se prikljucuju na 90 vakuum па пасiп sematski prikazaп па Sl. 5. 6. Pri vakuumiraпju se koriste trapovi sa tecnim azotom da bi se omoguCila koпdenzacija Hg koja isparava i па taj паСiп se sprecilo пјепо prodi- raпje u vakuum pumpu. Sistem se vakumira јеdап sat i zatapa pri pritisku od 1·1 о·6 mbar. 95 З. presek А-А 8 20 1 2. , . . , JZf (Т\(Т\Г\Г\ > . ·v· ·о · -v· ·о ·· 7~- 1 , -- -Ф----- - -- - :·---- - +-- ----~--- - ---~---rc:o·:-- --- ff\j --- 0 - , -ED --ED- -ED--ED- -G_j , i ј 1 12 1 !. Q [ ш · · · ·• ш ••• •ш • • • • ••• ЫЫ ш •• • ш \ · · 0 Sl. 5. 7. Grafitna ladica u kojo se i stovгemeпo priprema vise гastvora za epitaksijalпi rast. (1) Poklopac ladice, (2) deo sa rezervoarima za 1-astvor i (3) veliki rezeгvom· sa koвstitueпtima гastvora. S obzirom da Illasu ispareпe Hg tokom procesa vakumiraпja пiје moguce u potpuпosti . kontrolisati , rastvori pripremljeni u ampuli polazeci od koпstituenata ideпticnih masa, se uvek malo razlikuju. Stoga је pogodпije da se rastvori pripremaju u posebno koпstruisaпoj ladici. Svi rastvori pripremljeni u ovakvoj grafitпoj ladici [79, 169] su identicпog sastava. Priprema grafi- tпe ladice u kojoj se homogenizuje rastvor је dugotrajan i delikataп posao, а i zatapanje kvarcпih ampula vecih precnika, kakve su пеорhоdпе u ovom slucaju, је tehпicki komplikovaпije. Skica ladice је prikazana па Sl. 5. 7. Sa ove skice se vidi da se ladica sastoji iz tri dela: poklopca, dela sa rezervoarima za rastvor i velikog rezervoara. Konstitueпti rastvora (Hg, Cd, Те) se ubacuju u rezervoar i ladica se sklapa, stavlja u veliku kvarcпu ampulu i posle vakuumiraпja zatapa. Koпstitueпti rastvora se homogeпizuju u toku 24 sata па temperaturi koja је za 50 do 60 ос visa od proracuпate temperature likvidusa. Pri ovome se mora voditi racuпa, ako se radi u gr- afitnoj ladici, da se sav rastop u tecnom staпju nalazi u velikom rezervoaru. Kada se homogeni- zacija оkопса, grafitna ladica se okrece za 180°, tako da se sav tecпi rastvor rasporedi u rezervo- are za rastvor. Grafitпa ladica se polako hladi do sоЬпе temperature. Јаsпо је da za svaki epita- ksijalпi rast mora biti korisceп celokupaп rastvor iz rezervoara. Zbog male brzine hladenja u to- ku ocvrscavaпja rastvora, uпutar svake komorice dolazi do segregacije pojedinih koпstituenata. Ova pojava nema prakticпog uticaja па kasnije korisceпje ovog rastvora za rast epitaksijalnih 91 slojeva samo ako se za rast koristi сеlоkирап sadriaj iz svake komore. Rastvor se u zatopljeпim kvarcпim ampulama homogeпizuje па isti пасiп kao i rastvori и grafitпoj ladici, s tim da ako se u ampuli пalazi zapremiпa za прr. dva epitaksijalпa rasta, ро оkопсапој homogeпizaciji ampula se hladi velikom brziпom (potapaпjem и vodu) kako bi se struktиra zamrzla i sprecila pojava segregacije. Homogeпizovaп rastvor se meri i u daljпjem proracuпu se smatra da је sva promeпa mase rezиltat isparavaпja Hg. Kada Ьi se rastvor siпtetizovao polazeci od Cd, Те i HgTe gиЬici zive Ьi se zпаtпо smaпjili. Medutim, kao sto је vec пaglaseпo elemeпti Hg, Cd i Те su dostupпi Sl. 5. 8. Monokristali CdTe ( а) i С~_96Zп0_04 Те (Ь). Sпimljeпe su povt·siпe Cd(lll) oгijentacije nagriiene u "N" гastvoru (Н20:Н202:НF=2:2:3 , vol. о/о). Ovaj rastvщ sluii za гazlikovaпje kristala Cd(lll) od Te(lll) orijenta- cije u <111> monokristalima. sa cistocom koja se ozпacava kao 6N, а Hg је dostиpna i cistija. Nije uspela пabavka ili pak siпteza јеdiпјепја HgTe ovog пivoa cistoce, а potrebno је da epitaksijalni slojevi budu prakticпo па nivou sopstvene provodпosti . Iz ovog razloga sinteza rastvora polazeCi od јеdiпјепја HgTe, пiје пi razmatrana. Epitaksijalni slojevi Hg 1.xCdx Те su гasli na monokristalпim podlogama CdTe ili Cd1. zZпzTe ( sastava z-0.04 u molskim udelima ZпТе za rast epitaksijalnih slojeva Hg 1.xCdxTe sa х-0.20). Monokristalne podloga CdTe precnika 1 cm i deЬljine 1mm, su kupovaпe od eпgleske firme "МСР Electroпics Materials" , а monokristalne podloge (Cd, Zn)Te su dоЬiјепе od ruske firme "OPLOT" u vidи пepгavilпih plocica deЬljine -lmm i sa <111> orijeпtacijom. Secene su zicaпom testerom па kvadrate dimenzija 1·1 ст 2. ОЬе vrste podloga su Ьile poluizolacione (nedopirane) sa specificпom otpornoscu р>106 Qcm (na 77 К), odпosno р>50 Qcm na sobnoj temperaturi. Traпsmisija plocice deЬljiпe 850 џm па 10.6 џm је bila veca od 60 %. Orijentacija podloga је bila <111>±0.5° (ро proizvodacevoj specifikaciji) . Gustina jamica nagrizanja је <1 ·1 05 ст, а pri hemijskom nagrizaпju podloge и ci- lju identifikacije precipitata Те [121] vrlo retko је ораzеп precipitat veCi od 5 џm и ravпi пagri­ zaпja. Podloge sи polirane do ogledalastog sjaja hemijsko-mehanicki sa оЬе straпe u rastvorи Br2 и metaпolи [262, 179]. Na ispoliraпim podlogama orijentacija оdпоsпо Cd(l11) ili Te(l11) tip ravпi је odredi- vaп hemijskim пagrizanjem [263]. Za ideпtifikaciju tipa ravni је izabran tzv. "N" rastvor, и ko- me se jamice nagrizanja stvaraju samo na ravnima <111> orijeпtacije koje se zavrsavaju atomi- ma Cd, dok ravni koje se zavrsavaju atomima Те ostaju glatke i prevucene tamпom skramoп. Fotografije snimljene na metalografskom mikroskopu nagrizeпih u "N" rastvorи moпokristala 92 CdTe i Cd0_96Zn0_04Te Cd <111> orijeпtacije, prikazaпe sи па S1. 5. 8. Na prilozeпoj fotografiji se иосаvа da је kvalitet CdTe moпokristala bolji: ima mапји gиstiпи jamica пagrizaпja koje sи паsиmiспо rasporedeпe, za razlikи od moпokristala (Cd, Zп)Те и kome raspored jamice пagri­ zaпja роkаzији da ovaj kristal sadrii veliki broj graпica malog иgla. Neposredпo pred zariiraпje sistema za epitaksijalпi rast, podloga i vec homogeпizovaп rastvor se kratkotrajпo пagrizajи и rastvorи Br2 и metaпolи , ispirajи dejoпizovaпom vodom i sи­ se и protoku vrlo cistog N2. Neposredпo pred sariiraпje, hemijski se tretira i ispira elemeпtarna Hg, koja se stavlja и rezervoar (па Sl. 5. 3. obelezeп sa (5)). U rezervoarи se пalazi 2-2.5 g Hg sto је s obzirom па zapremiпи ampиle u kojoj se odvija rast i па sva eveпtualпo prisиtпa cureпja и sistemu, dovoljпo da tokom citavog grejaпja, homogeпizacije rastvora, epitaksijalnog rasta i hladenja sistema do sоЬпе temperature, obezbedi dovoljпи koliCiпи Hg, koja svojim пaponom pare obezbedиje potrebaп parcijalпi pritisak Hg и atmosferi zопе epitaksijalnog rasta. U ovom slucajи sistem za epitaksijalпi rast se sariira u komori sa protokom obespraseпog vazdиha, јег ga је potrebno и potpипosti rasklopiti i podlogи moпtirati u роsеЬап driac и ladici. Pre pocetka grejaпja sistema, obavlja se "ispiraпje" и protokи N2 koji se posle izvesпog vremeпa zamenjиje protokom Н2. Za sve vreme ispiraпja sistema па sоЬпој temperaturi, kvarcпa ampиla ( oznaceпa sa (2) па Sl. 5. 3), и kojoj se пalazi grafitпa ladica i rezervoar sa Hg па drugom krajи, је otvore- пa. Ispiraпje и Н2 је relativпo dиgotrajпo zbog пjegovog malog protoka (--з оо Nml/miп). Nepo- sredпo pred pocetak grejaпja, ampиla se zatvara tako da se epitaksijalni rast (kao sto је vec naglaseno) odvija и zatvoreпom sistemu. U пaredпim poglavljima се biti opisaп temperaturni ciklus (prikazaп па Sl. 5. 9) za proces epitaksijalпog rasta polazeci od rastvora, za koji је иtvrdeпo da posle homogenizacije ima sastav Hg0_1559Cd0_0102Te0_8339, оdпоsапо z0=0.0614 i у0=0.8339. Rastvoru ovog sastava odgo- vara, па osnovи jed. (3. 34), temperatura likvidиsa eL =484.5 °С. Na temperatиri likvidиsa ra- stvor ovog sastava је и ravпotezi sa cvrstom fazom sastava х0=0.229 CdTe (jed. (3. 33). Epi- taksijalпi sloj је rastao primeпom metoda hladeпja pothladeпog rastvora. Temperature i brzine hladeпja koje se odпose па zопи zive su sa ozпakom "Hg" и еksропепtи , dok sи veliCine koje se odпose zопи rasta bez ikakvih ozпaka u еksропепtи. Parcijalпi pritisak Hg паd ovim rastvorom је Рн., (еL=484.5 °С, х0=0.229)=0.0667 bar, "' proracиnato па оsпоvи jed. (3. 29). Navedeпa јеdпасiпа opisиje parcijalпi pritisak Hg u fиnkciji temperature nad cvrstom fazom zadatog sastava. Na temperatиri likvidusa cvrsta, tеспа i gasovita faza sи u termodinamickoj ravnotezi, ра је i parcijalni pritisak Hg identicaп и sve tri faze. Da Ьi se obezbedio ovaj parcijalпi pritisak Hg u zoni rasta epitaksijalnog sloja, potrebno је da temperatura ziviпe zone Ьиdе 236.2 °С (3. 30. с). u poglavljima 4. 2. 2. i 4. 2. 3. је teorijski razmotren proЬlem odredi vапја temperature zone zi ve а и radи [ 17 4] је izlozena i eksperime- ntalna potvrda da u sistemima ovog tipa temperatura zone zive mora biti visa za 7 do 10 °С od proracиnate па prikazaпi naciп. Stoga је u ovom eksperimentи stvarna temperatиra zопе zive za ~8 °С visa od temperatиre zone zive koja bi odgovarala teorijski izracиnatoj. Koeficijent aktivnosti Hg u ovom rastvorи , Ун"' na temperatиri likvidиsa је mogиce izr- acиnati ako se zпа parcijalпi pritisak Hg nad rastvoro; na temperatиri eL, Рн" (х0 , ео koji se "' . racиna ро jed. (3. 29), nароп pare Hg па zadatoj temperaturi, p(Hg, ео, racиna se ро jed. (3. 30. а) i sastav tеспе faze, х0 нg=(l-z0)(1-/). Jednaciпa koja povezиje ove velicine је: (5. 1) Iako је koeficijeпt aktivпosti Hg odreden na temperatиri likvidиsa, и daljпjem proracи- 93 nu се se srnatrati da irna konstantnu vrednost u citavorn intervalu ternperature epitaksijalnog ra- sta. Koeficijenat aktivnosti Hg u navedenorn rastvoru па 8L irna vredпost Унg=0.0633 . t hom t ро! енg. ь !····-;·-----+ е нg. k thom eL = 484.5 °С, eh = 489.5 °С, ~е Hg 8 °С ~es = 10 ОС, tg= 55.2 min е sob ~ = 0.27 °C/miп, е (X~g= 0.229, eL = 484.5 °С) = (236.2 + 8) 80 °С, izaziva nepovratnи degradacijи karakteristika realizovanih detektora. Naneti ZnS se иklanja sa rnesta predvidenih za ornske kontakte, rastvaranjern poziti- vnog fotorezista, koji lezi pod nanetirn slojern dielektrika, и acetonи. Ornski kontakt na n-tipи rnaterijala је elektroliticki deponovan In. Indijиm se elektroli- ticki deponиje и istom ciklиsи i preko sloja zlata na p-tipи rnaterijala. Elektrohernijska depozici- ja In se odvija iz kiselih rastvora, ра је potrebno zastititi sloj ZnS и tokи depozicije, s obzirorn da se on lako rastvara и kiseloj sredini. TreCi fotolitografski postиpak se иpravo i radi и ciljи za- stite sloja ZnS pozitivnirn fotorezistorn. Pri ovorn fotolitografskorn postиpkи se koristi fotolito- grafska rnaska FN-1/3. Indijиrn se deponиje elektrohernijski iz vodenog rastvora In2(S04) 3 sa relativno niskim katodnirn iskoriscenjern strиje ( -0.60) i gиstinorn struje od 15 rnA/crn2. DeЬljina deponovanog In је oko З ).lffi. Ро zavrsenorn deponovanjи indijиrna, fotorezist se rastvara u acetonи i plocica је sprernna za secenje, odnosno razdvajanje na pojedinacne fot<юsetljive elernente. • • • •• • •• • • • • • • •• •• • • • • • • • •• •• • • 410 ~Lrn • • • •• •• • • • • • FN-111 FN-1/3 Sl. 5. 13. Set fotolitografskil1 maski koje se koriste pri izradi foroпaponskill (Нg , Cd)Te detektora IC zracenja sa prosvetljavanjem kroz podlogu. Likovi fotolitografskih maski па ovoj slici su dobijeni koпtakt kopiraпjem stvarnih maski, tako da su u stvarnosti bele povrsiпe cme i obmuto. 102 Sесепје se obavlja zicaпom testerom. Elektricпe izvodпice za р- i п-оЫаst se forrniraju lemljeпjem Iп lemom zlatпe zice deЬljiпe 25 ~m. Lemljeпje se izvodi u atmosferi N2 mikro le- milicom, kako Ьi se па miпimum svelo пеzеlјепо zagrevaпje. 5. 4. Karakterizacija epitaksijalnih slojeva i fotodioda 5. 4. 1. Odredivanje deЬljine epitaksijalnih slojeva DеЫјiпа пaraslih epitaksijalпih slojeva је odredivaпa па poprecпom preseku пapravlje­ пom duz prirodпe ravпi серапја u ovim jediпjeпjima: (110). Za slojeve (Hg, Cd)Te, da Ьi se me- reпjem па metalografskom mikroskopu јаsпо uocila razlika izmedu sloja i podloge, пiје Ьilo po- trebпo primeпiti пikakvo hemijsko nagrizanje za sve sastave sloja х<0.90 [252]. Za Те dopirane slojeve IпSb koji su rasli na podlogama IпSb p-tipa, potrebno је primeniti tzv. hemijsko Ьојепје, оdпоsпо nagrizaпje, u rastvoru posebno formulisaпog sastava [247]. 5. 4. 2. Odredivanje sastava epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te Medu citavim пizom tehпika za odredivaпje sastava Hg1.xCdx Те cvrstog rastvora cije su predпosti i пedostaci, пivo tacпosti i prostorna rezolucija, kao i povratпi uticaj па tehпologiju izrade iпfracrveпih detektora sumiranih u nizu radova [268-270], mereпje traпsmisije u infra- crveпom talasпom podrucju zauzima роsеЬпо mesto. Predпosti traпsmisioпih merenja u IC talasпom podrucju (od 2.5 do 25.0 ~m za sastave Hg1.xCdxTe od iпteresa u ovom radu) su: • Меrепје пiје destruktivпo. • Na osпovu eksperimeпtalпo odredeпe traпsmisioпe krive za epitaksijalпi sloj moguce је dobiti sledece iпforrnacije;. - sredпji sastav epitaksijalnog sloja, ·- gradijeпt sastava u epitaksijalпom sloju, - sastav па povrsiпi epitaksijalпog sloja, - vrednost gradijeпta sastava u iпterdifuzioпoj oЫasti na graпici podloge i epita- ksijalпog sloja. • Metoda ima mogucпost "mapiraпja" lateralпe raspodele sastava ро povrsini epitaksija- lnog sloja. • Iz traпsmisioпe krive је u nekim slucajevima moguce odrediti i deЫjiпu epitaksijalnog sloja. • Меrепје pruza mogucпost relativпo precizпe рrосепе graпicпe talasпe duziпe fotodete- ktora koji је realizovaп па datom epitaksijalпom sloju. Glavпi пedostaci traпsmisionih mereпja su: • Transmisioпa mereпja пemaju mogucпost dovoljпo velike rezolucije ро duЬini i povrsini epitaksijalпog sloja. Prostorna rezolucija ovog mereпja је - 2 mm. Apsolutпa tacпost odredi- vaпja sastava (х) је 0.5 izrazeпo u mol % CdTe. • Mereпjem оЬiспо domiпira oЫast sastava sa пajmaпjim eпergetskim procepom (deo sloja ili plocice masivпog moпokristala sa naj veCim sadriajem Hg). Tipicaп traпsmisioпi spektar u IC talasпom podrucju za epitaksijalпi sloj (Hg, Cd)Te 103 sastava х-0.20 CdTe snimljen па sobnoj temperaturi је prikazan па Sl. 5. 14. Transmisiona me- renja omogucavaju odredivanje vrednosti energetskog procepa supstance za koju postoji eksperi- mentalna zavisnost transmisije (Т) od talasne duzine ( Л.), odnosno talasnog broja (v=Л.- 1 , gde se v izraiava u cm-1), upadne svetlosti. Uzorak је transparentan kada је energija upadnih fotona manja od energetskog procepa а apsorpcija u uzorku pocinje u momentu kada se energija upa- dnog fotona izjednaci sa vrednoscu energije zabranjene zone. U stvamosti se vrednost koefici- jenta apsorpcije povecava eksponencijalno sa rastom energije upadnih fotona kako se ona pri- Ьlizava vrednosti energetskog procepa [271]. Za energiju fotona vecu od vrednosti energetskog procepa apsorpcija је proporcionalna kvadratnom korenu iz energije fotona [272]; sto је uoЬi­ cajeno ponasanje za poluprovodnike sa direktnim energetskim procepom. Ovde је rec о epitaksijalnim slojevima (Hg, Cd)Te ( deЬljine <50 Ј..I.Ш) koji su rasli па monokristalnim podlogama CdTe ili (Zn, Cd)Te. Apsorpcija ovih podloga u razmatranom tala- snom podrucju (2.5.-25 J.lill) је zanemarljiva (ad<8s 18 h 11hom zona rastvora zona Zive zona rastvora zona Zive х c.es 1 pl с.енкs t рнк1 с.е 1 р i'>8Hg f pHg (оС) (0С 1 °C/min) (C0/°Cmin-1) (C0/°Cmiп-l ) (C0 /°Cmin-l) (C0 /°Cmin-l) 46 0.0606/0.8372 481 0.227 486/235.5 /60 4/0.33 0.510.04 3/0.20 3/0.08 0.314 4811233/120 47 0.0606/0.8372 431 0.227 486 /235 160 5 1 0.53 2.5 10.26 7 10.35 1.5 10.035 0.402 481/233/ 120 48 0.0606/0.8372 481 0.227 486/235.5 160 4/0.73 8/0.33 8/ 0.33 2/ 0.08 0.418 48 1/233/ 120 Sva tri epitaksijalпa rasta, koja su prikazaпa u Т. 6. 2, su se odvijala iz istog rastvora_ Vreme homogenizacije је bilo vrlo dugo: 60 min па temperaturi homogeпizacije (8h=8L +5 °С) i zatim 120 miп па temperaturi likvidusa za ovaj rastvor (8L). Za vreme homogenizacije пароп pare Hg u sistemu је Ьiо jednak ra- vпotezпom parcijalпom pritisku Hg za ra- stvor Hg0_1529Cd0_0099Te0_8372 koji је na tem- peraturi 8L U ravпotezi sa CVГStom fazom sa- Sl. 6. 5. Transmisione krive, na sobnoj temperaturi. za epitaksijalne slojeve Hg1_,Cd,Te sastava х=0257 (eks. 59) i х=0.215 (eks. 75) iz Т. 6. З. stava х=0.227, jed. (3 . 29). Na 8h parcijalпi pritisak Hg u zoпi rasta је racuпat prema (5. 2) . Sastav cvrste faze se u prvom ekspe- rimeпtu razlikuje od ravпotezпog sastava za dati sastav rastvora i izabraпu temperaturu likvidusa. S obzirom na primeпjen metod epitaksijalnog rasta (sloj пе raste u izoter- mskim uslovima), sastav cvrste faze i пе moze Ьiti jedпak ravпotezпom. U ovom slu- caju odstupaпja su tako velika, da је ocigle- dпо da su rezultat promeпe sastava rastvora usled gubitka Hg. Ovo је realпa pretpostavka, tim pre, sto se sastav cvrste faze u svakom пarednom eksperimeпtu sve vise pomera ka sastavima bogatijim CdTe. U Т. 6. 3. su prikazaпi uslovi homogenizacije rastvora u sistemu za rast i uslovi rasta epitaksijalnih slojeva koji su rasli primeпom metoda hladeпja pothladeпog rastvora za пiz ekspe- rimeпata u kojima је temperatura zопе zive Ьila visa od one koja Ьi se doЬila proracuпom za ra- stvor па ravпotezпoj temperaturi. U ovoj tabeli sa х0 је оzпасеп sastav cvrste faze koja bi kristalisala па 8L iz rastvora (Hg(l-z)(l-y)Cdz<1-y)Tey) sastava zadatog preko parametara z i у. 8Hg(8L) је temperatura zone zive proracunata tako da пароп pare Hg bude jedпak parcijalnom pritisku Hg izпad rastvora zadatog 113 sastava koji је па 8L и ravпotezi sa CVГStOm fazom Х0 . 8 *је temperatиra zопе zive proracиnata za ravпotezпi rastvor па temperaturi homogeпizacije, jed. (5. 2) i (3. 30. Ь). т. 6. 3. Uslovi rasta (Hg, Cd)Te epitaksijalпih slojeva koji su rasli primeпom metoda hladenja pothladeпog rastvora. Za vreme homogeпizacije rastvora temperatura zivine zопе је bila visa od teorijski proracипate za rastvor па ravпotezпoj temperaturi (8L)- br. Sastav ха 8Hg Homogen.izacija PotiJ]adivanje Rast epitaksijaJnog sJoja х rastvora i (8L) 8L z/y 8h 1 8Hg 1 thom е* zona rasta zona Zive zona rasta zona Zive i.\85 1 Pr i.\8Hg s! pHgt i.\8/ р i.\8Hg f pHg ос ос 0С 1 °С 1 min ос °Cf'Cmin· 1 °CI °Cшin" 1 °Cf'Cшin -! 0С/ °Cmin·1 59. 0.063/0.838 0.234 233.5 4831242120 23+ 5 10.45 2.5 10.23 7/0.23 710.23 0.257 482 68. 0.061/0.839 0.229 232 482.5/240/40 233 5 10.50 1.5 1 0.!5 9/0.18 4/0.08 0.256 480 69. 0.061/0.839 0.229 232 4821240/40 233 5 /0.71 1.0/0.14 910.24 10 Ј 0.26 0.258 480 75. 0.053/0.831 0.202 235 4831243/30 236 5 10.59 1.5 10.18 !О 10.19 4/0.75 0.215 481 77. 0.053/0831 0.202 235 4841243/30 236.5 51 0.5! 1.010.06 8/0.20 8/0.20 0.217 481 78. 0.053/0.831 0.202 235 485/243/30 237 5 10.50 1.5 1 0.!5 10/0.14 5.5 10.08 0.218 481 U ovom slисаји sastavi epitaksijalпih slojeva sи mпogo Ыizi teorijski ocekivaпim, а i reprodиktivпost је dobra. Iпteresaпtпo је иporediti eksperimeпte оzпасепе brojevima 75, 77 i 78. Sva tri eksperimeпta sи radeпa iz rastvora istog sastava. Za vreme homogeпizacije rastvora и si- stemи,. temperatura zопе zive i vreme homogeпizacije sи и sva tri slucaja bili isti, dok је tempe- лitura homogeпizacije rastvora bila visa za ро јеdап 0С od eksperimeпta do eksperimeпta. U skladu sa tim i sastav epitaksijalпih slojeva se pomerao ka visem sadr:Z.ajи CdTe. Kada se posma- trajи eksperimeпti br. 75. i 77. za koje је sastav pocetпog rastvora ideпticaп, а razlikujи se te- mperature homogeпizacije za 1 °С, vidi se da је и eksperimentи sa visom temperaturom homo- geпizacije potrebпo povecati temperatиrи zопе zive za 0.5 °С, јег иpravo toliko iznosi i razlika temperatиra kojima se obezbedиje ravпotezпi пароп pare za dati rastvor па temperaturi homoge- пizacije, da bi se dobio epitaksijalni sloj sa пizim sadr:Z.ajem CdTe. Iz ovih tabela se иосаvа da је potrebпo da temperatura zопе zive Ьиdе za -7 °С visa od proracипate ravпotezпe za dati rastvor. Ovaj rezиltat se slaze sa teorijski predvideпim и poglavljи 4. 2. Iz Т. б. 3. se vidi da i pored па izgled dobro odredeпog паропа pare u sistemu, i dalje postoji izvesno odstupaпje izmedи ocekivaпog i ostvareпog sastava epitaksijalпih slojeva. Na је­ dап od mogиcih иzroka је иkаzапо и radи [169] i sastoji se и promeпi sastava rastvora иsled gu- bitka Те. U svim proracиnima и ovom radи је pretpostavljeпo da је kolicina Те и rastvoru ko- nstaпtпa jer је i пjegov пароn pare па temperatиri epitaksijalпog rasta relativno пizak: -6-1Q-4 bar па 480 °С, оdпоsпо parcijalпi pritisak Те izпad rastvora је jos пizi. U пasim eksperimentima 114 na zidu kvarcne arnpule izrnedu zone rasta i zone slobodne Hg se pojavljivao tarnan natalozen sloj. Ovaj sloj verovatno nastaje kondenzacijorn HgTe jer је napon pare Cd na ovirn ternperatu- rarna za nekoliko redova velicine nizi od napona pare Те. Stoga је vrlo rnoguce da celokupna kolicina Те u ovorn zatvorenorn sisternu rnornentalno proreaguje sa parorn Hg i ovaj proces se odvija za sve vrerne hornogenizacije i rasta epitaksijalnog sloja. U sisternu na Sl. 5. 3, priЬlizno rastojanje izrnedu zone rasta i zone sa elernentarnorn zivorn је 10 crn. Koeficijent difuzije Те u gasovitoj fazi је [255]: Dте = ( 2.17·10-4 Т312 ) 1 ( 1.66 Рнg + 0.131 Рн ), 2 (6. 1) gde su parcijalni pritisci Hg i Н2 iskazani u Ра. Pod ovim uslovima Dте se izracunava u cm2s- 1. Proracunava se da pod ovim uslovirna rastvor gubi -1 О rng Те na cas usled isparavanja iz rastvo- ra za epitaksijalni rast i kasnije reakcije sa Hg. Ovo је vrlo priЬlizna procena za rastvore i us1ove rasta s1icne onima prikazanirn u Т. 6. 3. Gubitak Те iz rastvora izaziva obogaCivanje rastvora zivorn i povecanje parcijalnog pritiska Hg nad rastvorom. S obzirorn da ternperatura zone zive ostaje nepromenjena za vrerne procesa, Hg naknadno isparava iz rastvora i prenosi se ро citavom sistemu da Ьi se pritisci izjednaci1i. U krajnjoj konsekvenci ovaj proces dovodi do smanjenja sadrzaja zive u rastvoru i do pomeranja sastava epitaksijalnih slojeva ka visim vrednostima х. Iz ovog razmatranja proizlazi da је potrebno da ternperatura zone zive bude visa od one }соја Ьi se proracunala za 1-avnotezne uslove. Proracunata vrednost је sarno putokaz, а eksperime- ntalno se odreduju optirnalne ternperatura zone zive tako da prornena rnase rastvora za vreme homogenizacije i rasta epitaksijalnog sloja bude zanernarljiva (gubitak Hg<0.09 mg Hg u mi- nuti, pri cemu celokupan proces epitaksijalnog rasta, ukljucujuCi i vreme zagrevanja i hladenja sistema iznosi -120 rnin). 6. 2. 2. Zavisnost deЬijine epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te od vremena rasta Da Ьi se proverila pretpostavka о spororn stupnju procesa rasta epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te eksperimentalno је odredena zavisnost deЬljine naraslog epitaksijalnog sloja od vremena rasta za metod ravnoteznog rasta i rnetod rasta iz pothladenog rasrvora. Као sto је obradeno za Ьiname sisterne, poglavlje 4. 1, slicne zavisnosti se rnogu primeniti i па ternerni sistem koji ispu- njava postavljene uslove. U slucaju ternernog sisterna, konstanta materijala, к, koja је defmisana jed. ( 4. 15) za Ьinami sistern, irna isti oЫik, s tirn sto је koeficijent difuzije jednak koeficijentu difuzije Cd, vrste koja najsporije difunduje u rastvoru, а nagiЬ likvidusa је funkcija koncentra- cije оЬа rastvorka, odnosno velicina z i у za rastvor Hg(l-z)(I-yJCdZ{!-y)Tey, posto је i TL =f (z, у). Totalni diferencijal Т L је; (6. 2) gde su sa mz i rny obelezeni parcijalni nagiЬi likvidusa u ovorn trokomponentnom sisternu, koji se па osnovu (3. 34) rnogu izraziti kao: Пlz = 420z - 785 i rny = 250 + 420у. (6. 3) 115 Sa druge strane, u radu (173] је pokazano da је nagib likvidusa izrazen preko Cd koncentracije (с) u rastvoru dat kao: дТ m z(k-1)-m (2у-1)(1-у) m --- z у - - дс (1-y)(k=2y-2)z (б. 4) gde је k koeficijent raspodele Cd, k=xlz, odnosno na osnovu (3. 33. а): k =х 1 z = 4.545 - 3.545 z. 1.4 ~ 3. 1.2 ;:::! "С '-" "С 1.0 bl) .2 0.8 0.6 metod ravnoteznog h1adenja • 1.0 1.2 1.4 • • х= 0.230 eL = 482 ос ~ = 0.25 °C/min 1 1 1.6 1.8 2.0 2.2 log t (t и min) (б. 5) Poznavanje Dcd' nagiba likvidusa i eks- perimentalno odredenog sastava epitaksijalnog sloja pruza mogucnost da se za ovaj epitaksijalni sistem proceni vrednost konstante materijala к, jed. (4. 15). Na-Sl. б. б. prikazani su eksperimentalni rezultati zavisnosti logaritma debljine epitaksi- alnog sloja od logaritma vremena rasta. Prime- njen је metod ravnoteznog hladenja. Podaci relevantni za proces rasta su naznaceni na dija- gramu. Slojevi su rasli na monokristalnim podlo- gama CdTe <111> orijentacije. Ova pravolini- jska zavisnost sa nagiЬom od 1.5 ukazuje da је pretpostavka о sporom stupnju reakcije ispravna. Iz vrednosti odsecka prave (log d)-(log t), cija је vrednost u ovom slucaju log (4к~/3)=-l.ll, то-Sl. 6. 6 .Zavisnost (log d)-(log t), gde је d ekspeгi­ mentalno odredena deЬljina epitaksijalnog sloja а t је guce је izracunati vrednost konstante materijala, Sl · · · d hl d к--0.233 ltffi(°C)- 1ml·n- 112. vreme rasta. ОЈ Је rastao pпmenom meto а а е- r- nja ravnoteznog ra:stvora. Izracunati nagib ove ргаvе је 1.5, а vrednost odsecka na (log d) osije 1.11. Kada se za Hgo_1475Cdo.o1os Тео.8418 ra- stvor koji је na likvidus temperaturi u ravnotezi sa cvrstom fazom sastava х0=0.248, k=3 .7, а sre- dnji sastav naraslog sloja xs-0.230, primeni napred opisana procedura za procenu vrednosti nagiЬa likvidusa, jed. (б. 4), odnosno proceni vrednost konstante materijala, jed. (4. 15), odre- duje se vrednost od к=0.32 ~mCC)' 1 min- 112 . S obzirom da vrednost к direktno utice na proracu- natu deЬljinu epitaksijalnog sloja, proizlazi da se dobijaju slojevi manje deЬljine od teorijski proracunate. Razlog za ovo је u nedovoljno preciznom poznavanju vrednosti nekih parametara epitaksijalnog rasta, а prvenstveno koeficijenta difuzije Cd u rastvoru i temperature likvidusa. U tabeli Т. б. 4. su prikazani rezultati odredivanja vrednosti konstante materijala koje su skupljene iz literature. Razmatrani su samo podaci za slucajeve epitaksijalnog rasta iz Те ra- stvora pri kojima nije bilo gubitaka Hg i za koje је i za najduze vreme epitaksijalnog rasta ispun- jen uslov rasta iz polubeskonacnog rastvora. Vidi se da se vrednost konstante materijala, koja је eksperimentalno odredena za epitaksijalne slojeve koji su rasli primenom metode uniformcnog hladenja ravnoteznog rastvora, relativno dobro uklapa u vrednosti iz literature. Na Sl. б. 7. је prikazana zavisnost log d (d је eksperimentalno odredena deЬljina epita- ksijalnog sloja) od log t (t је vreme rasta epitaksijalnih slojeva) za primenjen metod hladenja po- thladenog rastvora. Ovi slojevi su rasli prakticno u izotermskim uslovima na temperaturi od 116 455 °С а i za najduze vreme rasta (tg~бO min), bio је ispunjen uslov rasta iz polubeskonacnog rastvora (Dcct Џ112<со , gde је deЫjina rastvora iz koga sloj raste со=5 mm. Na osnovu sastava ra- stvora koji su korisceni (х0нg=0. 12 i x0cct=0.011), izracunataje 8L=470 °С , odnosno pothladenje rastvora u momentu kontakta sa podlogom је bilo .6.8,=15 °С. Sastav cvrste faze, koja kristalise pod ovim uslovima је Ьiо х-0.240. 1.2 .6.85 = 15 °С 8L= 8G - .6.85 = 455 °С х= 0.24 1.4 metod epitaksijalnog rasta iz pothladenog rastvora 1.6 1.8 2.0 log t (t u min) Kada se kroz eksperime- ntalne tacke, metodom najmanjih kvadrata provuce prava linija njen nagiЬ је jednak 0.505~ 1/2, а vred- nost odsecka је 0.25=log(2.6.T5K). Vrednost eksperimentalno odrede- nog nagiba ove pravolinijske zavi- snosti ukazuje na ispravnost pret- postavke о sporom stupnju krista- lizacije, koja cini osnovu za izvo- . denje analiticke zavisnosti deblji- ne epitaksijalnog sloja od vre- mena rasta, jed. (4. 18). Vrednost konstante mat~­ rijala odredena iz vrednosti odse- vk . 0 Об (0С)- 1 . - 1!2 с а Је к= . ~m mш . Kada se к izracuna na osnovu jed. SI. 6. 7. Zavisnost (log d)-(log t) , gdeja d eksperimentalпo odredena (4.15), pri cemu se nagiЬ likvidu- deЬljina epitaksijalпog sloja а t је vreme rasta. Slojevi su rasli u izoter- sa racuna ро (б. 4) za rastvor po- mskim uslovima na temperaturi od 455 °С (primenjen је metod гasta iz v cetnog sastava, doЬija se vrednost pothladenog rastvora) . Izracuпati пagib ove prave је 0.505-l/2. а vre- 1 112 к=О.lб Jtffi(°C)" min· . Kada se dnost odsecka na (log d) osi је 0.25 . ~"" ovako eksperimentalno odredena vrednost к uporedi sa vrednostima iz literature u Т. б. 4. zaista izgleda da је eksperimentalna vrednost mnoga niza, odnosno da su doЬijeni epitaksijalni slojevi narastani metodom hladenja pothladenog rastvora tanji od ocekivanih ро ovoj teoriji. Ovo је Ьila redovna pojava za epi- taksijalne slojeve koji su rasli primenom metoda hladenja pothladenog rastvora. Najverovatniji razlog ove pojave је u cinjenici da је stvarno pothladenje rastvora ni:Ze od ocekivanog (15 °С u ovom slucaju). Ovome u prilog govori i cinjenica da se ponekada rastom iz rastvora sa manjim pothladenjem nisu doЬijali kontinualni slojevi ра cak da se i podloga delimicno rastvarala. Na osnovu eksperimentalno odredenih deЫjina epitaksijalnih slojeva koji su rasli meto- dom hladenja pothladenog rastvora moguce је proceniti i vrednost stvarnog pothladenja rastvora u momentu kontakta podloge i rastvora za гast [252, 292]. Relacija izmedu pothladenja rastvora (.6. Т5) i njegove temperature likvidusa (Т L) је data jednacinom: (6. б) gde је Т 0 temperatura otpocinjanja epitaksijalnog rasta, odnosno temperatura na kojoj se rastvor i podloga dovode u kontakt. 117 Т. 6. 4. Pregled vrednosti konstante materijala (к) iz literature za epitaksijalni rast Hg1_xCdxTe iz rastvora Cd i Hg u teluru. U slovi epitaksijalnog rasta К, literatura ~m(°C)" 1 min -112 Rast iz pothladenog rastvora, nurnericka sirnulacija. eL = 470.4 °С, х0 = 0.204 ( prerna [203]) [239] t.e, = 15 °С 0.587 t. е,= 5 °С 0.550 Rast iz pothladenog.rastvora, nurnericka sirnulacija. eL = 504.1 °с, х о = 0.207 (prerna [ 199]) [238] t. е,= 8 °С, х= о.184 0.44 t. е, = 1 °С, х = о.204 0.45 Кlizni sistern, noseCi gas Н2, potreban pritisak Hg iz HgTe. Unifoпnno bladenje potbladenog rastvora. [168] eL = 450 °С, t. е,= 3.8 °С, ~ = 0.05 °С rnin· 1 0.236 Кlizni sistern, dvoternper-aturski, пoseci gas Н2, гezeгvoar· sa Hg. Unifoпnno hladenje pothladeпog rastvora. eG = 496 °С, t. е, = 2 С, ~ = 0.28 °С rniп• 1 ' х - 0.20 0.35 Rast iz potbladeпog rastvщa. [204] eG = 496 °С, t. е, = 2 °С, х- о.2о 0.35 eG = 496 °С, t. е, = 14 °С, х- 0.20 0.35 Zatopljene arnpule, prelivajuCi sistern. Нladenje ravnoteznog rastvщa . eG = 502 °С, ~ = 0.15 °С miп· 1 • tg ~ = 4.8 °С , х- 0.2 .. 0.66 [251] eG= 502 °С, ~ = 0.25 °С rnin· 1, tg ~ = 5.7 °С , х- 0.2 0.59 eG = 450 °С , ~ = 0.52 °С rniп· 1 , tg ~ = 7 . З 0С, х - 0.2 0.58 eG= 450 °С, ~ = 1.32 °С rniп· 1 , tg ~ = 10 °С , х- 0.2 0.54 Кlizni sistem, noseci gas Н, rezervoar sa HgTe. Uniformno bladenje pothladenog rastvora. eL = 462 °С, t. е , = 12 °С, ~ = 0.53 °С rnin· 1, tg ~ = 10.6 °С, х= 0.7 0.082 [252] х° Cd = 0.014, х0 Hg = 0.050 Pre1ivajuci zatvщen (zatopljen) sistern. Нladenje ravnoteznog rastvora. [291] Т L =480 °С, ~=0.05 °С rnin· l, tg=200rniп, tg ~= 10 °С , х=О.ЗО, d=40 ).Ј.Ш 0.2 11 Kada se (6. 7) zameni u jednacinu za zavisnost debljine epitaksijalnih slojeva od vremena rasta za metod rasta iz pothladenog rastvora, ( 4. 18. а) , dobije se: 118 ili posle malog preuredivanja: 50 40 "7 Е 30 .... ...... ~ :::: 20 ·-Е u 10 о .._, "7 о ~ -10 - 20 470 480 490 500 е ( 0С) (6. 7. а) (6. 7. Ь) Zavisnost opisana jedna- cinom (б. 7. Ь) pruza mogucnost da se odredi Т L grafickim meto- dom iz podataka za bar dva eks- perimenta u kojima su slojevi ra- sli iz rastvora identicnog sastava sa razlicitim Т 0 , d ili t. Zavisnost к- 1 od Т L је pravolinijska sa na- giЬom jednakim (2t112d- 1) i odse- ckom od (-2 ph. T0 d-1). NagiЬ i odsecak prave cija је jednacina (б. 7. Ь), su za svaki eksperiment jednoznacno odredeni, jer su Т0, d i t=ta (vreme rasta epitaksija- oo lnog sloja) parametri koji su poznati. Sl. 6. 8. Reprezentativne pravolinijske zavisпosti koje odgovaraju tri- Na Sl. б. 8. su prikazane ma epitaksijalnim slojevima koji su rasli primeнom metoda ћlаdепја potWadenog rastvora. Parametr·i rasta i rastvora iz koga sloj rasre su пa­ vedeпi и Т. 6. 5. Stvama ternperatura likvidusa za ovaj t-astvor. odгede­ na grafickim metodomje 474 °С. konstruisane pravolinijske zavi- snosti tipa (б. 7. Ь) za tri ekspe- rimenta iz rastvora ciji је sastav Hgo.1 бl2Cdo.ooss Тео.sзоо · Za ovaj rastvor proracunata likvidus temperatura је eL =481.5 °С, jed. (3. 34). Iz preseka ovih pravih је moguce odrediti stvarnu temperaturu likvidusa za navedeni rastvor koja је u prikazanom slucaju 474 ос. U Т. б. 5. su prikazani eksperimentalni podaci za tri паvеdепа slucaja па osпovu kojih su koпstruisaпe prave sa Sl. б. 7. Т. 6. 5. Parametri epitaksijalnog rasta za tri eksperimenta prikazaпa па Sl. б. 7. Slojevi su rasli iz rastvora za koji је z0=0.0518 i /=0.8300, proracuпata temperatura likvidusa, jed. (3. 34), је 481.5 °С, а graficki odredeпa iz rezultata ova tri eksperimeпta је 474 °С. eksp. br. t, miп d, Jlffi 118 470.0 40 2.0 121 471.5 60 6.0 124 466.0 45 18.6 119 Ovako veliko odstupanje proracunate ternperature likvidusa i stvarne, odnosno nedovo- ljna pouzdanost u odredivanju pocetnog pothladenja rastvora ukazuje da za realizaciju epitaksi- jalnih slojeva па kojirna се se realizovati fotodiode, treba izabrati rnetod hladenja za koji д85 nе­ та u toj rneri izra.Zen uticaj kao u navedenorn slucaju prirnene rnetoda hladenja pothladenog ra- stvora. Epitaksijalni slojevi, па kojirna su realizovani detektori IC zracenja, za koje је vrlo va- zno da se deЬljina sloja tacno predvidi, su realizovani najcesce prirnenorn rnetoda uniforrnnog hladenja pothladenog rastvora. 6. 2. З. Profil sastava epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te u pravcu rasta Prerna postupku opisanorn u poglavlju 4. 2. 5. i radovirna [253, 293-295] nurnericki је za izabrane uslove rasta proracunat profil sastava za dva epitaksijalna sloja (Sl. б. 9). 1.0 о.в х ;> "' 0.6 v; "' Џ) 0.4 0.2 0.0 о 5 10 15 20 25 30 polozaj, ~-tm SI. 6. 9. Numericki proracunati profili sastava u pra- vcu rasta za dva (Нg, Cd)Te epitaksijalna sloja. Kгu­ govi oznacavaju eksperimentalno odreden sastav па po- vrsin.i, а isprekidane linije oznacavaju izmerene de- Ьljine epitaksijalnih slojeva. Epitaksijalni sloj obelezen sa 255 је rastao prirnenorn rnetode uniforrnnog hladenja pothladen<~g rastvora u intervalu ternperature od 474.5 do 459.5 °С. Sastav rastvora је у0=0.841 i z0=0.061 , а ternperatura likvidusa za ovaj rastvor је eL =484.5 °С. Na ternperaturi li- kvidusa cvrsta faza koja је u ravnotezi sa ovim rastvorom је х0=0.228 CdTe. Brzina hladenja sisterna u toku rasta epitaksijalnog sloja је ~=0.27 °С min· 1, а ukupno vreme rasta sloja је tcr=55 min. S obzirorn da је deЬljina rastvora о со = 5 mm, cak i za ovako dugo vreme rasta ispunjen је uslov da se rast odvija iz polube- skonacnog rastvora, zato sto је СDссtЏш<5 mrn. DeЬljina epitaksijalnog sloja је odredena eksperimentalno i iznosi 25 ~tm, srednji sastav sloja, odreden kao sto је opisano u poglavlju 5.4. 2, је х=0.184. Proracunata koncenrracija na povrsini ovog epitaksijalnog sloja је 0. 179. Vrednosti koeficijenata А, В i С iz jed. (4. 40) su izracunate numericki: А=-5.57-10-5 crn!rnin, В=2.22-1 0-5 crn!rnin312, С=3.22-10·4 crn!min 112 , а -8-=0.01 min. Iz В=2~к, odredena је vrednost konstante materijala к=4.07·10-5 џm(°C)- 1 rnin· 112 • Kada se ovako odredena konstanta materijala, uvrsti zajedno sa ostalim eksperimentalnirn pararnetrima u jed. (4. 20. а), izracunava se da је deЬljina epitaksijalnog sloja mnogo veca od eksperirnentalno dobijene. Stoga se za sve buduce proracune uvodi tzv . koeficijent efikasnosti depozicije, Q, koji predstavlja odnos eksperi- mentalno izrnerene i proracunate deЫjine epitaksijalnog sloja i uvek је manji od 1. Za ovaj slucaj Q=0.3. Koeficijentom efikasnosti depozicije se koriguje teorijska brzina rasta, jed. (4. 41). О razlozima za odstupanje vrednosti eksperimentalne deЬljine epitaksijalnog sloja od teorijski proracunate vec је govoreno u prethodnom poglavlju i naglaseno da su dva glavna ra- zloga nedovoljna tacnost sa kojorn se zna koeficijent difuzije komponente koja najsporije difu- nduje u rastvoru (Dcct) i nedovoljno pouzdano odredivanje pothladenja rastvora u momentu kontakta sa podlogom (д85). Као sto је vec naglaseno, ovaj teorijski model pruza i mogucnost da se odredi promena sastava cvrste faze sa ternperaturom, ср u jed. (4. 44), koja nastaje kao posledica kristalizacije u 120 neizoterrnskim иslovima. U ovom konkretnom slиcaju se pokazuje da se х smanjиje sa svakim stepenom pothladenja za 0.25 mol % CdTe. Pokazиje se da se ovaj rezиltat dobro sla.Ze sa vrednostima objavljenim и literatиri [174, 238, 239]. 0.0 l__._,__l_....____J__....___.L__._...I......J=-L-....J 400 600 800 1000 1200 1400 talasni broj, 1/cm Pokazиje se, а i SL. б. 9. to jasno i- stice, da u slojи 255. postoje dve oЫasti sa drasticno razlicitim gradijentima koncentraci- je. Prva oЫast је mnogo sira i proteze se do 19 џm u dubinи sloja. U ovoj oЬlasti gradi- jent koncentracioni је relativno nizak: 0.2 mol % CdTe ро џm. Postojanje ovog gradije- nta koncentracije је posledica mehanizma kri- stalizacije i povezan је sa cinjenicom da se rast trokomponentnog cvrstog rastvora odvija u neizotermskim иslovima. Ovo је oЬlast epi- taksijalnog sloja и kojoj mora biti lociran p-n SI. 6. 10. Eksperimentalna (•) i numericki proracunata spoj da bi se realizovao uspesan detektor IC (-) transmisiona kriva и IC talasnom podrucju na 300 К zracenja. Rezиltat koji је ovde prikazan se za epitaksija!ni sloj Br. 255 , ciji је profil sastava pl'ika- dobro slaze i sa eksperimentalnim radovima zan na Sl. 6. 9. drugih aиtora [2б8 , 29б]. Drиga oblast sa izra.Zenim gradije- ntom sastava је na granici podloga/sloj. U ovom slиcaju ova oblast se proteze na dиzini oko 1/5 иkирnе debljine epitaksijalnog sloja. Postojanje ove oblasti sa velikom vrednoscu gradijenta sastava је posledica procesa interdifuzije па graпici podloga sloj. Na siriпи ove oblasti najveCi uticaj ima temperatura rasta i trajanje samog procesa rasta. Ovo је oblast sa пajvecom koпce­ пtracijom dislokacija u epitaksijalпom sloju [119, 233, 291, 297] i u realizaciji fotoпaponskih detektora пјеп иticaj se mora u пајvесој meri elimiпisati [120, 298]. Kada је poznat profil sastava epitaksijalnog sloja, ро metodologiji izlozenoj u poglavljи 5. 4. 2, moguce је numericki proracuпati izgled traпsmisioпe krive u IC talasnom podrucjи na sоЬпој temperatиri za ovaj epitaksijalпi sloj. Na Sl. б. 10. puпom liпijom је prikazaп teorijski izgled transmisione krive za eksperimeпt 255. Na istoj slici tackama su prikazaпe eksperimenta- lno odredeпe vrednosti. Ako se za ovaj epitaksijalni sloj za а=500 cm· 1 па 300 К odredi sa traпsmisione krive vrednost eпergetskog procepa i poveze sa sastavom sloja [б5] , odredиje se neki sredпji sastav sloja od х=0.184. Vidi se da је slagaпje izmedu teorijske i eksperimentalпe krive odlicпo, sto је vrlo va.Zno jer traпsmisioпa kriva, koja se odredиje relativпo jedпostavпo, pruza mogиcnost brze kontrole sastava epitaksijalnih slojeva i prelimiпarnog odaЬiraпja pogodnih za izradи fotoпapo­ nskih detektora. Osim toga, dobro slagaпje izmedu teorijske i eksperimeпtalno odredene zavi- snosti иkаzије i па ispravпost primeпjenog postupka za odredivaпje profila sastava u epita- ksijalnom slojи . Na Sl. б . 9. је prikazaп i profil sastava za epitaksijalпi sloj 217 koji је rastao primenom metode rasta iz pothladenog rastvora, оdпоsпо sloj је rastao u izoterrnskim иslovima па 4бб 0С. Sastav pocetпog rastvora је: у0=0.855 i z0=0.071, proracипata temperatura likvidиsa је 8L =485 0С i sastav cvrste faze koja је na 8L u ravnotezi sa ovim rastvorom је хО=О.258. Vreme rasta ovog sloja је Ьilo бО miп, а debljiпa naraslog sloja је 15.4 џm. Sredпji sastav sloja, odreden iz IC transmisionog spektra па 300 К је 0.239. 121 Nиmericki proracиn za иslove rasta ovog sloja pokazиje da је sastav sloja na povrsini х=0.235 . Као sto se i ocekivalo, sastav sloja је konstantan ро dиbini sloja, а prelazna oЬlast podloga/sloj је иzа nego и prethodnom slисаји . Ovo је posledica cinjenice da 0.2 0.0 ,.-., с Е -0.2 ....... Е ::t. ~ -0.4 ,.-., ...... '-' р::: о '-' -0.6 ,.-., ...... '-' р::: о -0.8 ОЈ) .Q -1.0 -1.2 -1.4 о З. 3. metod uniformnog hladenja ·············· ...... ~oth!adenog rastvora (eksp. 255) 1. ... ··'· _,. ... · , .... ·· ... ·· ··· ·· · ···;~· '-::~: ·· ·· "' _.. -·· ············· .. • 2. metod rasta iz poth!adenog rastvora ( eksp. 217) / _,..' _./ 1. metod ravnoteznog h!adenja f (eksp. HE1/Il) 10 20 30 40 50 t (min) 60 2. SJ. 6. 11. Zavisnost brzine rasta epitaksija!nog s!oja od vreme- na. Dijagrami su proracunati za sva tгi metoda bladeпja. Na s!ici је nazna~eno, za svaki metod h!adenja, na osnovu koji\1 eksperi- menata је racunata stvarna brzina rasta. se sa povecanjem molskog иdela CdTe, brzina interdifиzije и (Hg, Cd)Te cvr- stom rastvoru smanjиje. Na Sl. б. 11. prikazane sи nи­ mericki proracиnate brzine rasta za tri primenjena metoda hladenja. Na ordi- nati sи stvarne brzine rasta, QR(t). Nиmericki proracиnata brzina rasta na osnovи jed. ( 4. 40) је korigovana mno- zenjem sa odredenim koeficijentom efi- kasnosti depozicije Q. Brzinи rasta ima smisla pratiti na ovom dijagramи samo za -vremena rasta koja sи dovoljno kra- tka da је ispиnjen иslov rasta iz polиbe­ skonacnog rastvora. U poslednjem pri- merи najdиze vreme rasta za koje ovaj dijagram ima smisla је 83 min, (Dcctto} l/2 < "' -Ф. Кrive oznacene sa (2) i (З) se odnose na metod rasta iz pothladenog rastvora i metod uniformnog hladenja pothladenog гastvora, respektivno, odn- osno na eksperimente 217 i 255, koji sи vec opisani. Brzina rasta za metod ra- vnoteznog hladenja је proracunata za e- ksperiment oznacen sa HE1/II. Sastav rastvora и ovom slucaju је: /=0.868, z0=0.089, 81 =475 0С, а sastav cvr§te faze koja bi na temperatиri likvidusa bila u ravnotezi sa ovim rastvorom је 0.8 >< 0.6 > з UJ <": 0.4 (/) 0.2 0.0 о 10 о 20 за 40 polozaj, J..Lm 50 х0=0.307. Brzina hladenjaje ~=0.27 °С min-1. U slисаји kada sloj raste и izotermskim uslovima, primenom metoda hladenja pothlade- nog rastvora, brzina rasta је najveca и pocetnim fazama rasta, da bi se u toku rasta smanjivala pro- porcionalno sa ( 112• Pri rastи sloja metodom rav- noteznog hladenja brzina rasta sloja и pocetku је najmanja, jer је i vиcna sila procesa и momentu kontakta podloge i rastvora prakticno jednaka nuli: za t=O rastvor је и ravnotezi. Kako vreme rasta odmice, povecava se i pothladenje и rastvo- SI. 6. 12. Numericki proracuпat profil sastava za е- ги ра i brzina rasta raste proporcionalno t112• Me- pitaksijalni sloj (Нg, Cd)Te, koji је rastao metodom tod uniformnog hladenja pothladenog rastvora је bladenja ravnoteznog rastvora (-) . Кruzici oznaca- и sиstini kombinacija ova dva metoda rasta, sto se vaju eksperimentalno odredene vrednosti metodom ХМА r291]. odrazava i na izgled zavisnosti brzine rasta od 122 vremeпa. Brziпa rasta sloja u ovom slucaju је пајvеса u pocetпim treпиcima rasta, opade sa vremeпom rasta, prolazi kroz miпimum i ponovo росiпје da raste, ali mпogo sporije пеgо и slиcaju kada sloj raste primeпom metoda ravnotezпog hladenja. U razmatraпom eksperimeпtu, sa пumericki odredeпim vredпostima parametara А, В i С iz jed. ( 4. 40) i sa koeficijeпtom efika- sпosti depozicije od Q=О.ЗО, sledi jedпacina: 1!2 .Jf2 ~rvarno ( t) = QR( t) =- 0.1б7 + О.Об7( t) + 0.9бб( t + 0.01 ) , (б . 8) pn сети, ako se vreme rasta t, izrazi u min, stvarna brziпa rasta se odreduje и ~rnlmiп. 18.0 "' 17.5 ·е <Ј ::::: о.. "-' ~ 17.0 з 16.5 16.0 +. • • + +: ++ • + • • + ••• • + • + • + • • • + • 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 sastav х Da bi se u potpuпosti proverila va- ljanost postavljenog modela za izracипava­ nje raspodele koncentracije CdTe и epita- ksijalnom sloju (Hg, Cd)Te u pravcu rasta, opisaпa procedura је primeпjena па ciklus epitaksijalnog rasta za koji и literatиri po- stoje i podaci о parametrima rasta i odrede- nom profilu raspodele konceпtracije [291]. Epitaksijalni sloj Hg0.7Cd0.3 Те је rastao и intervalu temperature od 480 °С do 470 °С metodom hladenja ravпotezпog rastvora (118 5=0). Trajanje procesa rasta је bilo 200 min, deЬljina epitaksijalпog sloja 40 ~m, а profil sastava, sa koga su pojediпe vredпosti prikazane tackama па Sl. б . 12, је odredeп metodom ХМА (X-ray microprobe aпa­ lysis). U ovom slucaju јеdпасiпа za brziпи rasta epitaksijalnog sloja је: R( t) = 2.07·10-6 tlf2, SI. 6. 13. Zavisnost logaritma konceпtracije supljiпa (р) (б. 9) (па 77 К) od sastava (х) epitaksijalnill s\ojeva Hg 1_,Cd, Те koji su rasli iz Те rastvora. Tackama su oznaceпi podaci iz literature (puna linija oznacava пjilюvu srednju vredпost). а rezultati iz ovoga rada su oznaceni krsticima. gde se vreme rasta izraiava u miпutima а teorijska brziпa rasta и (crnlmiп). Konstaпta materijala је к=2.07·10 ~m(°C)- 1 miп-lf2, te- orijski proracunat sastav na povrsiпi epita- ksijalпog sloja је 29 . б mol о/о CdTe. Promeпa sastava epitaksijalnog sloja izazvaпa kristaliza- cijom u пeizotermskim uslovima је 0.27 mol о/о CdTe ро 0С. Na пavedenoj slici је puпom liпijom prikazan izracunar profil sastava za ovaj epitaksi- jalni sloj, а tacke su, kao sto је vec пaglaseno, podaci za eksperimentalпo odredeп sastav. S obzi- rom da је za datи metodu odredivanja sastava (ХМА), relativna tacпost odredivaпja vredпosti х za ovaj cvrst rastvor 0.2 mol о/о CdTe, dubina materijala iz koje dolaze Х- zraci koji se aпalizi­ raju је 0.5 do 2.0 ~m i prostoma rezolucija oko 1 ~m, vidi se da је slagaпje izmedи рrоrасипа i eksperimeпtalпih vredпosti dobro. Moze se smatrati da је ovo i potvrda postavljeпog modela za odredivaпje profila sastava epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te i valjaпosti uvedeпih pretpostavki. 123 6. 2. 4. Elektricne karakteristike epitaksijalnog sloja i konverzija tipa provodljivosti Neposredno ро okoncanom procesu rasta, epitaksijalni slojevi su bili p-tipa provodnosti kao sto se i ocekuje usled postojanja viska elektricno aktivnih vakansija Hg, а narasli slojevi su zasiceni Те. Metodologija merenja koncentracije nosilaca naelektrisanja i njihove pokretljivosti је opisana u poglavlju 5. 4. З. Elektricпi koпtakti za mereпje su formirani lemljenjem zlatпe zice deЬljine 25 !Ј.Ш indijumskim lemom. Formiraпi kontakti su bili omskog karaktera i pri njihovom obrazovanju koriscena је posebna tehпika kako bi se izbeglo prekomerno zagrevanje uzorka, ko- je bi moglo da dovede do promeпe elektricnih karakteristika. Na Sl. б. 13. је prikazana zavisпost logaritma koncentracije supljiпa u slojevima (Hg, Cd)Te, koji su rasli iz Те rastvora, od пjihovog sastava (х). Merenja se odпose па temperaturu od 77 К. Tacke predstavljaju rezultate skupljeпe iz literature [1б2, 1б9 , 211, 21б, 231]. Rezultati iz ovog rada su pl}kazani krsticima. Primecuje se opsta teпdeпcija za ovaj materijal: sa poveca- пjem molskog udela CdTe u epitaksijalпom sloju, s maпjuje se koncentracija supljina. 50 300 к ~ 40 с:Ј- 173 . ...., з · и Е 30 и с: с:Ј 173 2 .... - 20 2000 1500 1000 500 talasni broj, llcm Sl. 6. 14. Sa 173 1 је оЬе1еzепа traпsmisioпa kriva па 300 К za epitaksijalпi sloj sastava 0.20 izmerena na sloju kao sto је narastao. Sloj је rastao primeпom meюda uпifoпruюg 11ladeпja potl1ladeпog rastvora sa potblademnjem od t.8,=10 °С i brzinom hladenja od 0.28 °С miп· 1 . Rastvor је bio sastava у0=0.823 i z0=0.058 а 8L=491°C. Sa 1732 i 1733 su obelezene transmisione krive za ovaj sloj posle prvog, odпosno drugog izotermskog odgrevanja u parama Hg na 280 °С ро 8 sati. S obzirom da је za realizaciju fotodioda potrebno imati slojeve п-tipa, epitaksijalпi slo- jevi su izotermski odgrevaпi u pari Hg. Na Sl. б. 14. sa 173 1 је obelezena transmisiona kriva u IC talasпom podrucju, па sоЬпој temperaturi, za epitaksijalпi sloj пeposredno ро оkопсапоm pr- ocesu rasta. Sloj ima sastav х=0.20 i deЬljiпu od 20 Jlm. Pre odredivanja vrednosti Hall-ovog koeficijeпta i specificne otpornosti Van der Pauw-ovom tehnikom, sloj је kratkotrajno nagrizan u rastvoru Br2 u metanolu kako bi se odstranio sloj iпverzпe provodпosti sa povrsiпe [232]. De- 124 Ьljina nagrizenog sloja ovom prilikom пiје veca od 1 do 2 !J.m. Sloj је bio p-tipa provodnosti sa konceпtracijom пosilaca od 1.5·1017 cm-3 i pokretljivoscu od 4.0·102 cm2Y1 s- 1 пa 77 К. Izg1ed traпsmisione krive pos1e izotermskog odgrevanja u parama Hg па 280 °С , је оЬе1еzеп sa 1732 па vec spomenutoj s1ici. S1oj је pokazivao п-tip provodпosti sa koncentracijom nosilaca nae1e- ktrisanja od 2.2·1016 cm-3 i pokretljivoscu od 1.0·104 cm2V-1s- 1, mereпo na 77 К. Koпceпtracija sopstveпih пosilaca пae1ektrisaпja u Hg0_8Cd0_2Te na 77 К је 1.5-1015 cm-3 [266] i пjihova po- kretljivost bi trebalo da bude reda 105 cm2(Vs)- 1• S1ojevi па kojima se realizuju fotodiode bi trebalo da imaju karakteristike sto Ьlize sopstveпim. Stoga је s1oj od.grevaп jos jedпom izote- rmski u pari Hg na 280 ос u trajaпju od 8 sati. Traпsmisioпa karakteristika sloja odgrejaпog ро treCi put је па S1. 6. 14. оЬе1еzепа sa 173 3. U sva tri slucaja sastav sloja, odredeп iz vrednosti energetskog procepa па poloviпi maksimalпe traпsmisije, је prakticпo isti: 20.0 mo1 % CdTe. I posle treceg izotermskog odgrevaпja sloj је па 77 К п-tipa provodпosti, a1i sa povecaпom koпce­ пtracijom пosilaca u odпosu па rezultate posle drugog izotermskog odgrevanja, od 9.9·1016 cm-3 i njihovom pokretljivoscu od 5.3 ·103 cm2V- 1s- 1• Ova pojava, da se sa svakim naredпim ciklusom odgrevanja povecava koпceпtracija пosilaca пaelektrisaпja u epitaksija1пom s1oju је bila opsteg karaktera. S obzirom da su omski koпtakti za elektricпa merenja formirani iпdijumskim lemom, koji је primesa п-tipa u (Hg, Cd)Te, zakljuceпo је da паm posle merenja i pripreme uzorka za naredno odgrevanje ne uspeva da u potpunosti uklonimo koпtaktni materijal sa epitaksijalnog sloja i da In u fazi termickog ciklusa odgrevaпja svojom preraspodelom difuzijom u stvari uvodi dodatna zaprljaпja u epitaksijalni sloj. U celini gledano, nije uspelo da se realizuju epitaksijalni slojevi (Hg, Cd)Te koji su do- voljпog stepeпa cistoce da su па nivou sopstvene provodljivosti. Izvori zaprljaпja epitaksijalnih slojeva su brojпi, pogotovo kada se ima na umu da se rastvor iz koga се rasti epitaksijalni sloj priprema u posebnom termickom ciklusu i u toku te pripreme mogucnosti za пekontrolisano za- gadeпje su velike, прr. sam proces zatapanja kvarcnih ampula ili priprema grafitпih ladica posle izrade. Nedovoljna cistoca epitaksijalnih slojeva се, kao sto се biti prikazano, Ьiti i glavпi uzrok da fotodiode izradene ро tehnologiji koju smo predlozili, а koja је prvenstveпo diktirana tehni- ckim mogucnostima u ovoj fazi rada, пisu tako kvalitetпe kao fotodiode realizovane na IпSb. 6. 2. 5. Morfoloske odlike epitaksijalnog sloja (Hg, Cd)Te Potrebпo је da u idealnom slucaju epitaksijalпi slojevi, па kojima se daljпjirn procesira- пjem izraduju optoelektroпske komponente, budu uniformпe deЬljine, bez zaostataka rastvora, koji pri hladeпju do sоЬпе temperature ocvrscava, i da budu ogledalasto glatki bez ikakve tekstu- re kako Ьi se na пjima odmah mogli raditi fotolitografski postupci. Sve ove zahteve је vrlo tesko ostvariti za slojeve koji su rasli metodom epitaksijalnog rasta iz rastvora. Na morfoloske odlike sloja najveceg uticaja ima kvalitet i orijeпtacija podloge. Na S1. 6. 15. su fotografije sa metalografskog mikroskopa, sпimljene u tehnici interfereпcionog faznog kontrasta, tipicпog izgleda povrsine epitaksijalnih slojeva koj i su rasli pod istim uslovima na po- dlogama CdTe i to па ravпi Cd (111), па Sl. 16. 15. а , i Те (111) orijentacije, Sl. 6. 15. Ь. Sloje- vi su rasli primeпom metoda uпiformпog hladeпja pothladenog rastvora СS=О.ЗО 0С min-\ Po- thladeпje rastvora је Ьilo L\8 5= 1 О 0С, а temperatura pocetka epitaksijalnog rasta 8а=469 °С. De- Ьljina slojeva је Ьila oko 20 !J.ffi, а njihov sredпji sastav х=0.183. Na Sl. б. 16. је fotografija sa metalografskog mikroskopa poprecnog preseka kroz epitaksijalпu strukturu za koju је sloj rastao па Cd(111) ravпi. Sa slike se vidi da је graпica podlogalsloj ravпa i bez ukljucaka. 125 Sl. 6. 15. Morfologija epitaksijalnog sloja Hg0 817Ccfo 183 Те koji је rastao na moпokristalnoj podlozi CdTe orije- ntacije Cd (111), prikazano pod а, i podlozi orijentacije Те (111). prikazano pod Ь . Fotografije su sa metalogra- fskog mikroskopa i snimljene su u iпterfereпcionom fazпom koпtтastu. Razlika u izgledu slojeva koji su rasli па ravпima razliCite orijeпtacije је ocigledпa. Slo- jevi па Cd (111) ravпi sadrie mпogo veCi broj lauzпih uduЬljeпja, koja svojim prisustvom reme- te pravilaп izgled talasпog froпta. Aпaliza sastava sloja u ovim lauzпim uduЬljeппjima pokazuje Sl. 6. 16. Fotografija sa metalografskog mikroskopa popre- da је sastav sloja и пjima ideпticaп опоm па ravпim platoima [251] . Veruje se da se ova lauzпa uduЬljeпja javljaju па me- stima gde dolazi do пagomilavaпja pri- mesa, sto dovodi do krivljeпja ivice ter- asa. Sa druge strane, morfologija slojeva koji su гasli na podlogama Те (111) ori- jentacije је гazlicita, sto verovatno uka- zuje па razliCit mehanizam nukleacije na laistalografskim гavnima ove dve orije- ntacije, sto se u kasnijim fazama гasta manifestuje kao razlicitost morfologije. Sa· staпovista primene epitaksija- lnih slojeva za izradu fotodetektora, slo- jevi koji su rasli па ravnima Те(111) ori- jeпtacije su prihvatljiviji јег od povrsi- cnog preseka epitaksijalnog sloja Hg0.817Cd0.183 Те koji је rastao na podlozi CdTe, orijentacije Cd ( 111). nskih defekata sadrie samo talase i terase, odlike epitaksijalпih slojeva koje su, kao sto је vec objasnjeno u poglavlju 2. 3, prakticno neizbezпe pri epitaksijalnom rastu iz rastvora. Interesaпtno је da se vidljiva lauzпa uduЬljenja na slojevima Cd (111) orijentacije ne protezu ро dubini epitaksijalnog sloja, sto se vidi sa poprecпog preseka laoz strukturu ove orijentacije. Sledeca serija fotografija (Sl. 6. 17) prikazuje povrsiпsku morfologiju epitaksijalnih slojeva Hg1.xCdxTe sastava х-0.230 koji su rasli na podlogama CdTe, orijentacije Те (111). Slo- jevi su rasli primenom metoda uniformпog hladenja pothladenog rastvora pri cemu је pocetno pothladenje rastvora u svim slucajevima bilo identicno: д85= 10 ос. DeЬljine naraslih slojeva su se bile и rasponu od 15 do 25 ~т u zavisпosti od vremena rasta slojeva. Brzina hladenja za sloj prikazan па fotografiji pod (а) је Ьila 0.25 °Cmiп· 1 , za sloj pod (Ь) 0.60 °Cmin· 1 i za sloj na foto- 126 grafiji oznacenoj sa (с) је 2 °Cmin· 1• Sve fotografije sи snimljene primenom tehnike interfere- ncionog faznog kontrasta, kojom se postize izvanredna vizиalizacija reljefa povrsine i mogиcnost иocavanja mnogo sitnijih detalja nego sto је to mogиce и beloj, reflektovanoj svetlosti. Uocava se da se sirina platoa na ter- asama smanjиje sa povecanjem brzine hlade- nja. Za epitaksijalni rast IП-V jedinjenja iz tecne faze је pokazano da se sirina terasa smanjиje sa povecanjem brzine rasta epita- ksijalnog sloja [251] . Ovaj fenomen prikazan na navedenoj slici se moze objasniti na slican nacin. Осеkије se da brzina hladenja i brzina rasta Ьиdи priЬlizno proporcionalne stepenи pothladenja rastvora iz koga raste epitaksi- jalni sloj. Za isto vreme rasta, pri vecoj brzi- ni hladenja, vece је i pothladenje и rastvorи, odnosno gиstina nastalih nиkleusa је veca, sto sve иtice da sirina platoa na terasama Ьиdе иzа. Ista pojava је opazena i za terase na epitaksijalnim slojevima koji sи гasli na CdTe pod1ogama orijentacije Cd (111). Ovo је ilиstrovano na Sl. 6. 18, gde sи prikazane fotografije epitaksijalnih slojeva Hg l-xCdx Те sastava х-0. 19 koji sи rasli primenom me- toda иniforrnnog hladenja pothladenog rastv- ora pri istom pothladenju Ll85= 1 О 0С, ali sa razlicitim brzinama hladenja. Za epitaksijalni sloj, na S1. 6. 18. а, brzina h1adenja је bi1a 0.28 °Cmin·', а za epitaksijalni sloj na Sl. 6. 18. Ь , brzina hladenja је bi1a 1.5 °Cmin-1. Sli- can fenomen zavisnosti sirine terasa od brzi- Sl. 6. 17. Morfologije povrsine epitaksijalnih slojeva ne hladenja је vidljiv i и ovom slиcaju, s tim (Hg, Cd)Te sastava х-0.230 koji su rasli metodom unifo- sto је ovde donekle otezano иocavanje sirine пnnog hladenja pothladenog rastvora prirnenom razlici- tih brzina hladenja: а. 0.25 °C/min, ь. 0.60 °C/min i с. 2 platoa, posto је talasni front jako deformisan °C/min. Slojevi su гasli па podlogaama CdTe, orijenta- kruznim иdиЬljenjima. Na fotografiji pod Ь, cije Cd ( lll). brzina hladenja је bi1a dovoljno velika i ra- stvor se pothladio и dovoljnoj meri da је na slojи nastala figura rasta и vidи jednakostranicnog troиgla sa vrlo glatkom povrsinom. Stranice trougla sи orijentisane и <111> pravcи. Usled veli- kog pothladenja и rastvorи је doslo do pojave homogene nukleacije. Nastali kristalic је рао na povrsinи epitaksijalnog sloja i nastavio da raste, prateCi simetriju ravni sa kojom је srastao. 127 Sl. 6. 18. Morfologija epitaksijalnih slojeva (Нg, Cd)Te sastava х-0.19, koji su rasli па podlogama CdTe orije- пtacije Cd (111). Prim"eпjen је metod uпiformnog hladeпja pothladeпog rastvora pri сети su brzine bladenja bile: а. 0.28 °C/min i Ь. 1.5 °C/min. · Nesaglasnost pararnetara resetka za OVU kombinaciju је 0.25 о/о i ocigledno је da se ova nesaglasnost u potpunosti kornpenzuje stvaranjern dislokacija nepodudaranja. Te- mperatura rasta ovog sloja је bila 465 °С i sematski prikaz disl0kacija nepodudaranja и skokovitoj strukturi ovog tipa је dat na Sl. 6. 20. Sastav sloja је zbog prirnenjenog rnetoda hladenja uniforrnan i gradijent sastava na- staje samo usled interdifuzije na granici po- sl 6 19 dloga 1 sloj u tokи sarnog rasta (30 min) i ka-• • • Fotografija povrsine epitaksijalпog sloja sastava х=0.263 koji је rastao па podlozi orijentacije Cd snijeg hladenja do sobne ternperature. Traja- (111). nje hladenja se rnoze zanernariti, jer је eksp- erimerirnent tako koncipiran da se ornogиci sto br:le hladenje. S obzirorn da је u ovom slucaju parametar kristalne resetke sloja rnanji od pa- rarnetra resetke podloge, sloj је napregnut na istezanje. Jedan od naCina da se ovo naprezanje и­ kloni iz sloja је da sloj dozivi plasticnu deforrnaciju cija је posledica upravo nastajanje ovakve rnreze dislokacija nepodudaranja. Interesantna је i pojava terrnicke razgradnje epitaksijalnog sloja usled neadekvatne ko- ntrole napona pare Hg u zoni epitaksijalnog sloja. Na Sl. б. 21. је fotografija epitaksijalnog sloja sastava х=0.180 i deЬljine -15 !Ј.Ш. Sloj је bio podvrgnut terrnickorn odgrevanju u pari Hg. Te- rnperatura и zoni sloja је bila 280 °С, а ternperatura zone zive је greskorn bila niza od potrebne 100 °С. Posle 4 sata odgrevanja pod ovirn uslovirna na povrsini sloja se vidi rezultat terrnicke razgradnje. Sloj је rastao na podlozi (Zn, Cd)Te koja nije bila monokristalna. То se vidi i na slo- ju: terrnicka razgradnja је najintezivnija duz granica zrna. Struktura epitaksijalnog sloja је pratila struktиru podloge i stoga је posle terrnicke razgradnje ova strиktura u potpunosti ocrtana. 128 -<101> <110> / - <011> <) dislokacione linije · · ··· · · ·· ······ · · ·· ·· ·· · ~ ···· ········· ··· · ·· / а. (110) ravan B(l11) povrsina • Те о Hg ili Cd A(lll) povrsina Sl.6. 20. а. Sematski dijagr-am liпijskill dislokacija пepodиdaranja и (111) ravпi skokovitog Hg1.,Cd, Te/CdTe spoja. Ь. Se~atski prikaz dislokacije пероdиdаrалја tipa 60° и strukturi sfalerita za kоји је Bиrgers-ov vektor pa- ralelanravni и kojoj leii heterospoj . Sl. 6. 21. Povrsiпa epitaksijalпog sloja sastava х=0 . 180 koji је rastao na polikristalnoj podlozi (Zn. Cd)Te. Na povrsini sloja su vidljivi tragovi te1miёke razgradпje. 6. 3. Karakteristike dobljenih InSb fotodioda U poglavlju 5. 4. 4. је ukazano na znacaj proucavanja strujno-naponskih karakteristika infracrvenih fotodetektora s obzirom da one odreduju najvaznije parametre ovih detektora. Na Sl. 6. 22. је fotografija InSb fotonaponskog detektora n+ -р strukture, realizovanog u meza konfiguraciji, па sloju dobijenom procesom epitaksijalnog rasta iz tecne faze. Na narednoj slici Sl. б. 23. је prikazana karekteristika ove fotodiode. Karakteristike dioda su merene па tra- seru tranzistorskih karakteristika i па 77 К, najcesce potapanjem fotodetektora u tecni azot (ka- rakteristika diode и mraku). Ohladena fotodioda је vadena iz tecnog azota i u kratkorn vrernenskom periodu, pre nego sto распе da se greje, snirnana је karakteristika fotodetektorskih dioda koje su osvetljene zracenjem pozadine temperature od 300 К. Za prikazanu diodu aktivne povrsine А=О. 64 mrn 2, RoA=6.4·1 03 .Qcm 2. 129 Za neke fotodiode је odredena i zavisno- st (А/С)2 , gde је С niskosignalna kapacitivnost n+ -р spoja па frekvenciji od 1 MHz, u funkciji prikljucenog inverznog napona. Na Sl. б. 24. su prikazani rezultati ovih odredivanja za cetiri foto- diode za koje је aktivna povrsina А=1 mm2• Sa o- vih dijagrama jasno proizlazi da је formirani n+-p spoj skokovit [18] sto se i ocekuje obzirom da је spoj formiran procesom epitaksijalnog rasta iz tecne faze а telur, aktivna primesa u epitaksija- lnom sloju, ima malu vrednost koeficijenta difu- zije па temperaturi epitaksijalnog rasta. Za konta- SI. 6. 22. Snimak fotonapoпskog IпSb detektora IC ktnu razlikи potencijala је doЬijena vrednost zracenja realizovanog па epitaksijalпom sloju. izmedи 0.18 V i 0.20 V, sto se slaie i sa pиЬliko- vanim rezultatima [ 42, 44]. Koncentracija pri- mesa и podlozi, odredena iz ove zavisnosti, је izmedи 2·10!4 cm·3 i 4.5·1014 cm·3 , sto se slaie sa rezиltatima Hall-ovih merenja, koji su nezavisno koriscerii za karakterizaciju podloga za epita- ksijalni rast. Т= 77К а. Ь. u Sl. 6. 23. Diodпa kaтakteristika InSb fotodiode precrtana sa tt-aseгa traпzistorskill kaгakteristika. Podela ро vertikali 5 ~pod. а ро lюгizoпtali 50 m V /pod. а. Neosvetljena foto- dioda. Ь. Fotodioda osvetljeпa zraceпjem pozadine (300 К). Proucavanju U-I karakteristike InSb foto- dioda posvecen је veliki broj radova, ali se oni иgla­ vnom odnose па fotodetektore doЬijene legiranjem [111, 300], difиzijom akceptorkih primesa и podlo- gи n-tipa (p+-n struktura) [8, 159, 301] i u novije vreme epitaksijalnim rastom iz molekulskog snopa [299]. Za U-I karakteristike diode doЬijene epitaksi- jalnim rastom iz rastvora prakticno је poznat samo jedan rad [ 44] . Na Sl. б. 25. i Sl. б. 2б. su U-I karakteristike za cetiri fotodiode polarisane u direktnom i inverzionom smeru. Simboli predstavljaju eksperimentalne vrednosti, а pune linije su teorijske zavisnosti doЬijene fitovanjem odgovarajuCih izraza za struju diode u direktnom i inverznom smeru. Aktivna povrsina diodaje А=1 mm2. AnalizirajuCi karakteristike realizovanih fotodioda u direktnom smeru (Sl. б. 25) zapaia se da se ispitivane diode mogu podeliti u dve grupe. Jednoj grиpi pripadaju diode (па dijagramu su oznacene brojem eksperimenta 457 i 34б) koje u ispitivanoj sirokoj oЬlasti napona imaju skoro idealnu karakteristiku koja prati zavisnost datu jednacinom [18 , 47, 301, 302]: Id = А ј0 { ехр( q V 1 (f3kв Т)] - 1 } , (б. 10) gde је sa Id oznacena difuziona struja, ј0 је gustina struje zasicenja а V=U-R5 I. Rs је serijska otpornost fotodiode, а U је primenjena polarizacija u direktnom smeru. f3 је koeficijenat kojim se uracunava uticaj rekombinacionih procesa u osiromasenom sloju fotodiode. Za fotodiode iz 130 ove grupe vrednost ~ = 1. 5 4 3 ' о 2 • 457-3 ... 346-4 • 360-3 • 396-5 -0.2 о 0.2 0.6 U, (mV) т= 77 к f = 1 MHz 1.0 SI. 6. 24. Zavisnost (А/С)2 u funkciji prikljucenog inve- rznog napona (U) za niz fotodioda. Uzorci su bili na tem- peraturi od 77 К, а primenjena frekvencija је bila 1 МНz. Druga grupa fotodioda (iz eksperimenata 360 i 396) su diode koje pri strujama veCim od - 10-7 А imaju U-I zavisnost koja se moze opisati Shockley-evom jednacinom (6. 10) sa ~=1 , а pri manjim vrednostima struje koeficijenat ~ ima vrednost izmedu 1 i 2. Vrednost I0 (struja zasice- nja) varira izmedu 1.7-10-7 А i 3.8-10-11 А. Za str- uje ispod 10·7 А verovatno је da velikog uticaja ima i struja curenja. Diode iz prve grupe su dopirane iz ra- stvora sa In2 Те3 , а diode iz druge grupe iz rastvo- ra koji su sadГZali cist Те. Iz recenog proizlazi da se epitaksijalnim rastom InSb mogu realizovati fotodiode sa direktnom I-U karakteristikom koja u velikom opse- gu napona prati idealnu Schokley-evu zavisnost (~= 1). Na jos jednu potvrdu ove cinjenice uka- zuje i vrednost napona otvorenog kola za ove fotodiode. Naime, napon otvorenog kola fotodiode U0 dat је sledecom jednacinom: (6. 11) gde је sa IL oznacena struja fotodiode koja nastaje kao posledica generisanja nosilaca naelektri- sanja svetloscu. Ova struja је odredena jednacinom IL =qА11Ф80 , gde је pretpostavljeno da kvantna efikasnost diode ('11) ne zavisi od talasne duzine upadne svetlosti. Ф80 је fluks zracenja sredine koja okruzuje fotodiodu. U slucaju ispitivanih fotodioda napon otvorenog kola za spoljasnji osvetljaj koji odgovara zracenju pozadine temperature 300 К, је bio od 80 do 90 mV, sto odgovara vrednostima ро jednacini (6. 11) za ~=1. Iz kataloga svetskih proizvodaca InSb fotodetektora koji se rade ili tehnologijom termi- cke difuzije ili jonske implantacije [38], se vidi da napon otvorenog kola za ove diode pri istim uslovima dostize vrednosti i do 150 mV, sto је posledica Cinjenice da је za ove diode ~>1. Na Sl. 6. 26. su prikazane fitovane krive (puna linija) i eksperimentalno odredene vre- dnosti (prikazane tackama) za odabrane fotodiode polarisane u inverznom smeru. Zapazeno је da se struja и inverzno polarisanoj fotodiodi u sirokom intervalu primenjenih napona moze opisati jednacinom: I = ( V 1 ~)+В V (V + Уь )ш ехр [- D ( V + Уь )" 112 ] , (6.12) gde su В i D konstante koje ne zavise od napona, а Уь је kontaktna razlika potencijala. Iako se inverzna karakteristika realizovanih fotodioda dobro opisuje navedenom jednacinom, kada se vrednosti parametara В i D uporede sa teorijskim vrednostima [301], onda se uocavaju velike ra- zlike. Najverovatnije da mehanizam tunelovanja nije jednostavan zona-zona kao sto је pri izvo- 131 denju jed. (6. 12) pretpostavljeno. -4.0 -5.0 -6.0 ----- --< ::Ј ........ '-" ........ -7.0 bl} .з -8.0 Т=77 К -9.0- ~~--~--~--~--~--L-~----1 о 20 60 100 140 U (mV) Sl. 6. 25. Zavisnost U-log I ргi polarizaciji fotodioda u direktnom smeru, za cetiii fotodiode па 77 К. Objasnjenje u tekstu. 120~ 100 ~ '-" и 80 о > = i3 60 и о "' с:: > о 3.2 3.6 4.0 talasna duzina ().lm) • 475-3 400 360-3 I,mA 300 т= 77 к 200 100 о 200 400 600 800 U,mV SI. 6. 26. U-I kaгakteristika u inverznom smeru, za cetiгi fotodiode па 77 К. Objasnjenje u tekstu. 6.0 Na Sl. 6. 27. је prikazan rezu- ltat merenja relativne osetljivosti, u funkciji talasne duzine tipicnog foto- detektora. Epitaksijalni sloj InSb је ra- stao primenom metoda hladenja po- thladenog rastvora, eL =450 °С, pre po- cetka epitaksijalnog rasta podloga је kratkotrajno nagrizana u posebnom ra- stvoru. Sloj је rastao na monokrista- lnoj podlozi InSb-a, Sb(111) orijenta- cije, p-tipa (koncentracija nosilaca -5-1014 cm·3 na 77 К). Rastvor је Ьiо dopiran In2 Те3 а rezultujuca koncentr- SI. 6. 27. Zavisnost relativne osetljivosti IпSb fotodiode (п+-р acija nosilaca naelektrisanja u epita- struktura, realizovaпa epitaksijalнim rastom iz tеспе faze) od tala- ksijalnom sloju је Ьila: ( 4-8)-1 018 cm·3 sne duiine upadne svetlosti. na 77 к. DeЬljina epitaksijalnog sloja је ~ 20 ~tm. Detektor је realizovan u "meza" konfiguraciji а sematski prik:az tehnoloskog ciklusa izrade је dat u poglavlju 5. З. 1. Као sto se i ocekuje, detektor гealizovan na ovaj nacin ima konstantnu osetljivost u sirokom talasnom 132 podrucju: relativпa osetljivost ovog detektora se mепја za ±10 о/о u talasпom podrucju od 2.7 do 5 џm, u kome је detektor prakticno "aktivan ". Kvaпtna efikasпost (11) za ovaj detektor u ovom talasnom podrucju opada skoro linearno od -0.9 (na 2.7 џm) do -0.7 (na 5 џm) [45]. Na istoj slici otvorenim kruznim simbolima su prikazaпe proracunate vredпosti iz rada [ 45] za ovaj dete- ktor. (С) о р !Ы ( о)~ 0 • 3.00џm !Ы~ . • 2.46 џm lcH 0 • 2.1Вџm l. omski kontakt (polozaj minimuma) 2. polozaj maksimшna polozaj svetlosne tacke (proizv. jed.) Sl. 6. 28. Relativna osetljivost InSb fotodetektora и funkciji polo- zaja svetlosnog snopa za tri izabrane talasпe duziпe . u goшjem uglu је sematski prikaz pгeseka fotodiode "meza" koпfiguгacije. U nekim slucajevima је opa- zeno da relativпa osetljivost detekto- ra nije jednaka nuli u oЬlastima nizih talasпih duzina upadnog zracenja, sto ne bi trebalo da se opaza jer koefi- cijent apsorpcije u tom podrucju ima visoke vredпosti, difuziona duzina је mala, а deЬljiпa n+ emiterske oЬlasti је dovoljпo velika da se pobudeпi пosioci пе registruju. Ispitivanje upo- trebom· sv~tlosпog sпора, koji је fo- kusiran na malu povrsinu (precnik -100 ~tm), pokazuje da u ovom slu- caju odgovor dolazi iz oЬlasti fotodi- ode gde n+ -р spoj izlazi na povrsinu. Sl. б. 28. prikazuje merenja relativпe osetljivosti ovakve fotodio- de za tri izabrane talasne duzine (/...=2.18, 2.4б i 3.0 џm) koji је do- bijen pravoliпijskim skanovanjem svetlosпog sпора duz precпika akti- vпe povrsine detektora. Na istoj slici sematski је prikazan i poprecni pre- sek detektora sa koga se vidi tacan oЫik realizovane meza strukture, po- lozaj omskog kontakta i pravac kre- tanja svetlosnog s.nopa. Vidi se da odziv za talasnu duziпu Л=2.18 ~tm u potpш1osti dolazi sa mesta i:zlaska n+ -р spoja na povrsinu, gde је n+ emiterska oЫast vrlo tanka. Ovaka v oЫik meza strukture је neizbezan u slucaju kada se опа izvodi hemijskim nagrizaпjem iz rastvora. Na sledecoj Sl. б. 29. је prikazaпa uпiformпost relativпog odziva fotodiode ро aktivпoj povrsiпi . Slika је dobijeпa skaпovaпjem fokusiraпog svetlosпog sпора ро povrsini detektora. Uпiformnost odziva fotodetektora ukazuje i па kvalitet realizovaпih epitaksijalпih slojeva. Parametri fotodetektora, cija је spektralпa karakteristika prikazaпa па Sl. б. 27. su: • Dinamicka otpomost, Ro: ббО kQ, • Nароп otvorenog kola, V0 c: 82 mV, • Struja kratkog spoja (fotostruja), Isc: б . 9А ~tA, • Odпos sigпallsum: 533, • Specificпa detektivпost detektora па talasпoj duzini pika osetljivosti, D*c~): 1.12·1011 cm(Hz) 112W 1. 133 ~ VJ о > :.::" u VJ о <:! "' "' > rastojanje (proizv. jed.) Uslovi merenja su: vidni uga fotodetektora је 180°, tempera- tura crnog tela је Ьila 500 К, rne- rna frekvencija lkНz а propusni opseg frekvencije lHz. Као sto se iz prikazanog vidi, metodom epitaksijalnog ra- sta iz tecne faze uspelo је da se dobiju slojevi InSb na kojirna su realizovani fotodetektori IC zra- cenja u talasnom podrucju od з do 5 !J.m, Cija је detektivnost ogr- anicena zracenjem pozadine (ra- Sl. 6. 29. Unifomшost osetljivosti IпSb fotodetektora ро aktivпoj ро- de u BLIP rezimu). vrsini. Na apscisi su пanete proizvoljne jediпice za duziпu. ћеёпik akti- vne povrsine је 1 rnm. 6. 4. Karakteristike dobljenih (Hg, Cd)Te fotodioda О difuziji zlata u cvrstom rastvoru (Hg, Cd)Te пе postoji mnogo podataka [180, ЗОЗ], а i dostupni podaci su medusobno пekoпzistentni, kako u pogledu oЬlika difuzionog profila Au u (Hg, Cd)Te tako i u pogledu velicine koeficijeпta difuzije. Izvesno је da је Au slabo aktivna pri- mesa (ugradi se mnogo vise пеgо sto postaje elektricпo aktivno), akceptorskog tipa. Osim toga, za striktno postovanje uslova difuzije moraju se tacno znati i uslovi sto se posebno odnosi na atmosferu (napon pare Hg u sistemu) u kojoj se proces difuzije odvija. Као sto је opisano u pri- kazu tehnoloske seme izrade (Hg, Cd)Te fotodioda р-п tipa sa prosvetljavanjem kroz podlogu (poglavlje 5. З. 2), difuzija Au u epitaksijalni sloj se odvijala u ovom radu u vakuumu. Stoga se za zadate uslove difuzije prvo odredi visiпa meza strukture. U nizu eksperimenata је za razlicite visine meza struktura odredivana U-I karakteristika diode. Ka-da је utvrdeпb da se sa narednim povecanjem visine meza strukture U-I karakteristika realizovane fotodiode ne popravlja, smatra se da је p-n spoj "progrizeп" i da је meza struktura kompletirana. U ovom slucaju optimalna ka- rakteristika diode se doЬijala za meza strukture visine desetak IJ.ffi. Na Sl. б. 30. је prikazana U-I karakteristika za fotodiodu realizovanu па epitaksijalnom sloju sastava х=0.2З, deЬljine 20 ~tm. Prema vredпosti eпergetskog procepa za ovaj sastav (Hg, Cd)Te [65], ocekivalo Ьi se da fotodetektor na 77 К ima prag osetljivosti па 9.4 IJ.ffi. Ovo је sa- mo procena praga osetljivosti fotodetektora јег se prag osetljivosti odreduje eksperimeпtalno iz spektralne zavisnosti osetljivosti fotodetektora [269]. Ovaj epitaksijalni sloj је пeposredno ро okoncaпom rastu Ьiо p-tipa sa koпceпtracijom пosilaca пaelektrisaпja od 2·1017 cm-3 па 77 К i пjihovom pokretljivoscu od З . О·102 cm2/(Vs). Posle пiskotemperaturnog izotermskog odgrevanja u pari Hg na 280 °С u toku 10 casova sloj је pokazivao provodljivost п-tipa sa koпcentracijom nosilaca пaelektrisanja od 8.5·1016 cm-3 па 77 К. Izmereпa pokretljivost је Ьila oko 4.2·104 cm 2/(Vs). Kada se ove vredпosti uporede sa ocekivaпim vredпostima iz literature za epitaksi- jalne slojeve ovog sastava [266, 269] (с.с. 5·1015 cm-3 i IJ.n=1.7·105 cm2V' 1s-\ pokazuje se da su 134 odstupanja znatna. Ovako пiska pokretljivost пosilaca пaelektrisaпja bi se eveпtualпo mogla objasпiti pojavom пероtрuпе koпverzije tipa provodljivosti u epitaksijalnim slojevima, odпosno pojavom mesovite provodljivosti sto Ьi se moglo utvrditi mereпjem zavisпosti Hall-ovog koefi- cijenta od temperature [270] а sto ovom pri1ikom пiје uсiпјепо. Sa druge straпe, produzenim odgrevanjem, kao sto је оЬјаsпјепо u poglavlju б. 2. 4, koпcentracija пosilaca se ne smanjuje, а i njihova pokretljivost se ne povecava. Stoga је zakljucili da је potrebпo pobo1jsati cistocu, odnosno spreciti nekoпtrolisaпo uпosenje пecistoca u toku procesa epitaksijalnog rasta. I,mA -200 -150 -100 100 U,mV Diпamicka otpornost ovog detektora pri U=O је ~=128 .Q, оdпоsпо proizvod RoA-=0.20 .Qcm2, gde је А aktivna povrsina. Na Sl. б. 31. је graficki prikaz RoA proizvoda za fotodiode na Hg 1.xCdx Те materijalu razlicitog sastava (0.35<х <0.20). p-n spojevi su realizovani razlicitim te- hпologijama: difuzijom Hg [305], joпskom im- plantacijom [302], difuzijom primesa [304] i rastom epitaksijalпih heterostruktura [81 ]. Zve- zdicom је оzпасеп rezultat ovog rada. Vidi se da Sl. 6. 30. U-I karakteristika fotodiode realizovaпe su realizovaпe diode па пivou oпih koje se па epitaksijalпom sloju Hg0.пCd0.13Te odredena 113 dobijaju difuzijom Hg. Cini se da izbor Au kao 77 К. p-n spoj је ostvaren teпnickom difuzijom Au. а primese za difuziju пiје пajsrecпiji, ali је u prosvetljavanje је sa straпe podloge (CdTe). ovom radu Ьiо diktiraп prveпstveпo tehnicko- tehпoloskim mogucпostima. Najkvalitetпije fotodiode se daпas, kao sto se vidi iz prilozeпog grafika, па ovom mate- rijalu realizuju metodima heteroepitaksijalпog rasta. Оо daпas пajkvalitetпije heterostrukture su realizovane epitaksijalпim rastom iz tеспе faze i sastoje se od uskozoпalпog (Hg, Cd)Te (х-0.20) koji пarasta па moпokristalпoj podlozi CdTe прr, i sirokozoпalпog (Hg, Cd)Te (х-0.30) koji u ovakvoj strukturi sluzi kao spektralпi filter za upadпo zraceпje (prosvetljavanje је sa strane epitaksijalпih slojeva). Uskozonalпi epitaksijalпi sloj оЬiспо пiје dopiraп, а siroko- zoпalпi sloj se dopira primesom dodatom u rastvor iz koga sloj raste. U toku rasta ovog drugog s1oja primese difuпduju tako da је р-п spoj pomereп u odnosu па graпicu rasta koja ima пajvecu gustiпu gresaka. Na taj naciп p-n spoj se pomera u dubiпu epitaksijalпog sloja sa malim gradije- пtom sastava i malom gustiпom rekomЬiпacionih centara. U tom smislu zпапја koja su stecena о epitaksijalnom rastu (Hg, Cd)Te iz Те rastvora su od пeproceпjivog zпасаја za buducu reali- zaciju fotodetektora sa heterospojevima, па kojima се postojati mogucпost realizacija mnogo kvalitetпijih fotodioda. Za fotodiodu Cija је U-I karakteristika prikazana па Sl. б. 30, odziv па iпtegralno zrace- пje crnog tela је 2б0 ~LA, pri cemu је Т вв=500 К, vidni ugao б0° i Т вв=300 К. Pri istim uslovi- ma specificпa detektivпost је о· =4.5·109 cm(Hz)112W 1• Za detektor cija Ьi detektivпost bi1a ogr- aniceпa samo zraceпjem pozadiпe, koji ima kvaпtпu efikasnost 11= 1 i FOV =2n sr proracunato је [30б] о* =5·1010 cm(Hz) 112W 1. 135 4.0 ..--, 3.0 ~ Е (.) с: 2.0 ~ < о 0::: 1.0 .___, < ~ ЬЈ) 0.0 о - -1 .0 - 2.0 9 10 ССЬо 1 11 12 о ~о о 13 14 о 15 о difuzija Hg .6. jonska implantacija О termicka difuzija stranih primesa О epitaksijalne heterostrukture + nas rezultat SI. 6. 31. Eksperimentalno odredena aavisпost log RoA -Л.со za Hg 1.,Cdx Те fotodiode realizovane razlicitim te- hnologijama (podaci iz literature) па 77 К. Nas rezultat је ozпacen zvezdicom. 136 IV Zakljucak IV Zakljucak U ovom radu је razmotreп epitaksijalпi rast iz tеспе faze uskozoпalпih poluprovodпika: jedinjeпja IпSb i cvrstog supstitucijskog rastvora Hg1_xCdx Те (х-0-20). Na osпovu eksperimeпtalпog i teorijskog rada u okviru sprovedeпog istraiivaпja doslo se do sledecih rezultata koji се u ovom poglavlju Ьiti ukratko sumiraпi. Epitaksijalni ,-ast InSb Epitaksijalпi slojevi IпSb su rasli па moпokristalпim podlogama InSb <111> orijeпta­ cije iz rastvora Sb u iпdijumu. Epitaksijalпi rast se odvijao u horizoпtalпom sistemu u grafitпoj ladici Paпish-evog tipa. U sistemu је, pored mogucпost zasicavaпja rastvora za rast па izabraпoj likvidus tempe- raturi, postojala i mogucпost kratkotrajпog пagrizaпja podloge u posebпom rastvoru пeposredпo pred sam epitaksijalni rast. - Za epitaksijalпi rast IпSb iz rastvora Sb u iпdijumu је utvrdeпo da је za temperature rasta od 400 °С i 450 °С па podlogama IпSb orijeпtacije Sb(ll1) i Iп(l11) spori stupaпj ove heterogeпe kristalizacije traпsport jediпica rasta u rastvoru. - Iz eksperimeпtalпo utvrdeпe zavisпosti deЬljiпe epitaksijalпog sloja od vremeпa rasta, odredeпa је vredпost efektivпog koeficijeпta difuzije Sb u rastvoru iпdijuma za ove dve tem- perature rasta: Dsь (450 °С)=3.3 ·10-5 cm2s· 1 i Dsь (400 °С)=3.0 ·10-5 cm2s- 1. - Nedopiraпi slojevi IпSb koji su rasli па podlozi p-tipa ( dopaпt Cd, koпceпtracija пosi­ laca пaelektrisaпja -1·1 015 cm-3 па 77 К) su bili п-tipa provodпosti sa koпceпtracijom пosilaca пaelektrisaпja od 1.75·1014 cm·3 i pokretljivoscu od 7.7·105 cm2V- 1s- 1 па 77 К. Ovaj rezultat ukazuje па visok kristalografski kvalitet slojeva i па zadovoljavajuCi пivo koпtrole rezidualпih primesa u epitaksijalпim slojevima IпSb .. - Slojevi IпSb su dopiraпi ili Те ili Iп2 Те3 . Utvrdeпo је da pri istoj koпceпtraciji, пosioci пaelektrisaпja u epitaksijalпim slojevima dopiraпim Iп2 Те3 imaju vise pokretljivosti. - Aпalizom spektralпe zavisпosti koeficijeпta refleksije odredeп је profil raspodele do- paпta (Те) u epitaksijalпom sloju IпSb koji је rastao primeпom metode hladeпja pothladeпog rastvora i primeпom metoda hladeпja ravпote:Zпog rastvora sa kratkotrajпim пagrizaпjem po- dloge u istom rastvoru iz koga се rasti i epitaksijalпi sloj. ОЬјаsпјепi su odredeпi profi1i raspo- de1e primesa i koпstatovaпo је da је raspodela Те ро dubiпi epitaksijalпog sloja IпSb koпstaпtпa. Epitaksijalni rast (Н g, Cd )Т е Epitaksijalпi slojevi Hg1_xCdx Те (х-0.20) su rasli iz rastvora Cd i Hg u teluru u dvozoпa­ lпom poluzatvoreпom sistemu u kome је moguce пezavisпo koпtrolisati temperature zопе u ko- joj raste epitaksijalпi sloj i zопе zive. U ovom sisteпш podloga i rastvor se dovode u koпtakt ko- mЬinovaпjem prelivaпja i urапјапја. Epitaksijalпi slojevi su rasli па moпokristalпim podlogama CdTe i Cd 1.zZпzTe (z-0.004) orijeпtacije <111>. - Za epitaksijalпe slojeve (Hg, Cd)Te је eksperimeпtalпo odredeпa zavisпost deЬljiпe epitaksijalnog sloja od vremena rasta za slojeve koji su rasli primenom metoda hladenja ravno- teznog rastvora i za slojeve koji su rasli iz pothladenih rastvora (rast u izotermskim uslovima na 455 °С) . Pokazalo se da је i u ovom slucaju spori stupanj difuzija u tecnoj fazi . - Prethodno odredivanje је omogucilo da se iz jednacina koje opisuju zavisnost pro- mene deЬljine sloja od vremena, izracuna vrednost tzv. konstante materijala za ovu epitaksijalnu kombinaciju. Izracunate vrednosti su uporedene sa dostupnim literaturnim podacima i konsta- tovano је da је slaganje dobro za slojeve koji su rasli primenom metoda hladenja pothladenog rastvora, а nesto losije za slojeve koji su rasli iz pothladenog rastvora. Pokazano је da је glavni razlog ovog odstupanja nedovoljno precizno poznavanje stepena pothladenja rastvora u mome- ntu kontakta sa podlogom sto је posebno izrazeno pri rastu epitaksijalnog sloja u izotermskim uslovima (metod rasta iz pothladenog rastvora). - Predlozen је metod za odredivanje stvarnog pothladenja u rastvoru na osnovu eksperi- mentalnih vrednosti deЬljina epitaksijalnih slojeva koji su rasli iz rastvora istog sastava za ra- zliCita vremena rasta, primenom metoda hladenja pothladenog rastvora. - Odreden је optimalan napon pare zive koji је potrebno obezbediti u sistemu da Ьi sa- stav rastvora ostao nepromenjen. Eksperimentalno је potvrdena teorijska pretpostavka da је po- trebno da napon pare Hg bude za 7 do 1 О 0С visi od teorijski proracunatog za rastvor ravnote- znog sastava da Ьi se sprecila promena sastava rastvora usled isparavanja zive u toku epitaksi- jalnog rasta. - Odredena је vrednost koeficijenta promene sastava cvrste faze (Hg, Cd)Te sa tempera- turom pri epitaksijalnom rastu u neizotermskim uslovima (metod rasta hladenjem ravnoteznog rastvora i metod rasta hladenjem pothladenog rastvora) . Utvrdeno је da se sastav cvrste faze me- nja za 0.25 mol о/о CdTe ро 0С primenjenog pothladenja za temperature rasta u opsegu od 450 0С do 490 °С. - Postavljen је teorijski model za odredivanje profila sastava epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te. Postavljeni model је primenlji v па sva tri metoda rasta epitaksijalnih slojeva: rast hlade- njem pothladenog rastvora, rast hladenjem ravnoteznog rastvora i rast u izotermskim uslovima (rast iz pothladenog rastvora). Pri odredivanju profila sastava u epitaksijalnim slojevima (Hg, Cd)Te, razmatrane su, kao uzroci koji dovode do gradijenta sastava u pravcu rasta, pojava pro- mene sastava cvrste faze koja kristalise u neizotermskim uslovima i interdifuzija na granici po- dloga (CdTe)/epitaksijalni sloj za vreme гаsш. Teorijski postavljen model је i eksperimentalno proveren na osnovu odredenog povrsinskog sastava epitaksijalnih slojeva i na osnovu poredenja eksperimentalne transmisione krive u IC talasnom podrucju i transmisione krive koja је za epita- ksijalni sloj sa poznatim profilom sastava (iz postavljenog modela) proracunata. Postavljeni mo- del је testiran i na profilima sastava epitaksijalnih slojeva za koje nam је uspelo da nademo po- datke u literaturi. Slaganja su u svim slucajevima Ьila dobra sto se moze smatrati potvrdom va- ljanosti postavljenog modela za izracunavanje gradijenta sastava u epitaksijalnim slojevima u pravcu rasta. -U okviru izucavanja epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te razmotrene su i elektricne kara- kteristike i morfologija naraslih epitaksijalnih slojeva. Iz pracenja koncentracija nosilaca nae- lektrisanja za slojeve koji su rasli razlicitim tehnikama i na razlicitim temperaturama zapa:l.eno је da postoji konstantno zaprljanje slojeva neidentifikovanim primesama. Nije nam uspelo da tacno utvrdimo fazu procesa epitaksije (sinteza rastvora, priprema podloge, itd) koja је glavni izvor unosenja nekontrolisanog zaprljanja. Utvrdeno је da se epitaksijalni slojevi bolje morfologije doЬijaju rastom na podlogama Te(lll) orijentacije. Opsti zakljucak ovog dela rada Ьi Ьiо da је u potpunosti ovladano epitaksijalnim rastom 140 visokokvalitetnih epitaksijalnih slojeva InSb па kojima је, kao sto је i pokazano, moguce uraditi veoma kvalitetne detektore IC zracenja. Neresen proЫem pri rastu epitaksijalnih slojeva (Hg, Cd)Te па kojima su izradivani fotonaponski IC detektora је pojava suvise visokih koncentracija nosilaca naelektrisanja. Ovo је posledica nemogucnosti kontrole vrste i izvora nezeljenih pri- rnesa u epitaksijalnim slojevima. Fotonapons/...7 detektori !С zracenja Na naraslim epitaksijalnim slojevima su uradeni fotonaponski detektori IC zracenja: • n+ -р detektorska struktura па InSb, pri сети је n+ sloj realizovan epitaksijalnim rastom na podlozi р tipa. Ovo је fotonaponski detektor za talasno podrucje od З do 5 IЈ.Ш. • р - n detektorska struktura na epitaksijalnom sloju Hg 1_xCdx Те (х-0.20) n tipa koji је rastao na izolacionoj podlozi CdTe ili Cd1_zZnzTe (z-0.004). p-n spoj је formiran termickom difu- zijom Au u epitaksijalnom sloju (Hg, Cd)Te. Ovo је fotonaponski IC detektor za talasno po- drucje od 8 do 14 IJ.m. - Na epitaksijalnim slojevima InSb su uradene vrlo kvalitetne InSb fotodiode cija је de- tektivnost u talasnom podrucju od З do 5 IЈ.Ш ogranicena zracenjem pozadine, odnosno rade u tzv. BLIP rezimu, o·(f .. p)=1.12*1011 cm(Hz) 112W 1, pri cemu је vidni ugao 180°. U radu su deta- ljno razmotrene i strujno-naponska karakteristika realizovanih fotodioda. Prikazana је i eksperi- mentalno odredena spektralna osetljivost ovih fotodioda iz koje se vidi da је diodna osetljiviost prakticno nezavisna od talasne duzine u talasnom podrucju od -2.4 ~Lm do -5.0 IJ.m za konce- ntraciju donora u epitaksijalnom sloju od 1.2 ·1019 cm-3 na 77 К. Ovakva zavisnost spektralne osetlji vosti od talasne duzine upadnog zracenja је karakteristicna za fotodiode sa efektom Moss- Burstein-a, kakve upravo i jesu uradene fotodiode na epitaksijalnim slojevima InSb. Metod epitaksijalnog rasta iz rastvora se pokazao kao optimalan za realizaciju fotodioda u IC talasnom podrucju od З do 5 IJ.m na InSb. Kvalitet realizovanih InSb epitaksijalnih slojeva i mogucnost kontrole njihovih osobina pruza mogucnost da se epitaksijalni slojevi iskoriste ne samo za pojedinacne detektore (koji su razmatrani u ovom radu) vec i za realizaciju detektorskih nizova i matrica. - Fotodiode realizovane na epitaksijalnim slojevima (Hg, Cd)Te za talasno podrucje od 8 do 14 IJ.m su imale za red velicine manju specificnu detektivnost od teorijske. Ovo је obja- snjeno cinjenicom da nam nije uspelo da realizujemo epitaksijalne slojeve sa dovoljno niskom koncentracijom primesa. U nasem slucaju elektricna provodnost epitaksijalnih slojeva је bila odredena koncentracijom slucajnih neCistoca, ciji izvor nismo uspeli da kontrolisemo. Drugi razlog nedovoljno dobrog kvaliteta fotodioda је ogranicenje postavljeno tehnoloskim mogucnostima realizacije p-n spoja (termicka difuzija Au). Mogucnost izrade kvalitetnijih fotodioda epitaksijalnim rastom iz tecne faze na ovom materijalu vidimo u rastu heterostruktura tipa: Hg1_x1 Cdx 1 Те 1 Hg1_x:z Cdx2 Те 1 CdTe, pri cemu је х 1 >х2 . Ostvaren nivo kontrole epitaksijalnog rasta (Hg, Cd)Te slojeva iz Те rastvora pruza mogucnost realizacije i kontrole osobina slojeva pogodnih za daljnju primenu u izradi IC detektora u dugotalasnom IC podrucju (8-14 IJ.m). Da bi se i na epitaksijalnim slojevima ovog materijala izradile kvalitetnije fotodiode potrebno је obezbediti uslove za rast dovoljno cistih epitaksijalnih slojeva. Osim toga, potrebno је formirati p-n spoj nekom drugom tehnologijorn, а ne termickom difuzijom Au. Pogodan izbor bi bio rast navedene heterostrukture u kojoj је jedan od slojeva namerno dopiran u toku epitaksijalnog rasta. 141 V Literatura V Literatura 1. Gossorg Zh: lnjrakrasnaya termogгajya: osnovy, tehnika , pгimenenie, perevod s francu- zskogo, Mir, Moskva (1988). 2. Handbook ој military injгared technology, editor W. L. Wolf, Ofice of Nava1 Research, Depa- rtment of the Navy, Washington, D. С. (1965). З . Jones W. В : lntгoduction to optical јiЬег communication systems, Halt, Rinehart and Winston, Inc, New У ork (1988). 4. Resso М. Ј, R. Е. Harris: А potpourri of infrared detector applications, Lasers and Optгonics, december (1988) рр. 235-237. 5. Morten F. D, R. Е. Ј . Кing: Photoconductive Indium Antimonide detectors, Applied Optics,4 (1960) рр. 659-663. 6. Miyao W: High dectectivity InSb infrared detectors, Toshiba Re11iew, No. 96, mar- apr, (1975) рр. 29-33. 7. Wei С. У, К. L. Wang, Е. А. Toft, Ј. М. Swab, М. D. Gibbons, W. Е. Davem, D. М. Brown: Techno1ody development for InSb infrared 1magers, IEEE Тгапs. Electron Devices, ED-27 (1980) рр. 170-175. 8. Thom R. D, Т. L. Koch, Ј. D. Langan, W. Ј. Parrish: А fully monolithic InSb infrared CCD array, IEEE Tгans . Electгon Devices, ED-27 (1980) рр. 160-170. 9. Davis R. М, М. Salcido, Ј. Т. Wimmers: Elevated Temperature operation of InSb linear arr- ays with low power integral mechanical coolers, SPIE 1юl. 977. !пјгагеd technology, XIV (1988) рр. 9-14. 10. Parrish W. Ј, Ј. D. Blackwell, G. Т. Kincaid, R. С. Paulson: Low-cost high performance InSb 256·256 infrared camera, SPIE 110!. 1540. !пјгшеd teclmology, XVII (1991) рр. 174-284. 11. Wimmers Ј. Т, R. М. Davis, С. А. NiЬlock, D. S. Smith: Indium Antimonide at Cincinnati Electronics Detectors & Microcircuit Devices Laboratories (1992). 12. Wollarb R, А. Bauer, М. Bruder, Ј. Wendler, Ј. Ziegler, Н. Maier: Photovoltaic Hg1.xCdxTe detectors for 12 IJ.ffi application, Pгoceedings ој Fouгtlz lntematioпal Сопјегепсе оп Advaпced !пјгагеd Detectors and Systems, 5-7. June 1990, London, рр. 30-35. 13. Boker I. М, G. Ј. Crimes, С. К. Ard, М. D. Jenner, Ј. Е. Parsons, R. А. Ballingall, С. Т. Elliot: Hybrid CdHgTe-silicon infrared focal plane arrays , Pгoceedings ој Fourth !ntemational Сопјеrепсе оп Advaпced !пјгагеd Detecroгs and Systems, 5-7. Ј une 1990, London, рр. 78-87. 14. Pultz G. N, W. Peter, Е. Е. Norton, М. В . Reine: Growth and characterization of p-on-n HgCdTe liquid-phase epitaxy heterojunction material for 11-8 !J.ffi applications, Ј. Vac. Sci. Technol, 139 (1991) рр. 1724-1730. 15. Kozlowski L. Ј, Р . В. Bailey, D. Е. Cooper, К. Varal, Е. R. Gertner, W. Е. Tennat: Large storing IRFPA's of HgCdTe on altemative substrates, SPIE vol. 1540. InJrared Techno/ogy , Х:VП (1991) рр. 250-261. 16. Smith L. М, С. F. Byme, D. Patel, Р. Кnowles, Ј Thompson, G. Т. Jenkin, Т. Ngyyen Day, А. Durand, М. Bourdillot: The growth of HgCdTe on GaAs and fabrication of high quality pho- todiodes, Ј. Vac. Sci. Technol, А8 (1990) рр. 1078-1096. 17. Destefanis G. L: HgCdTe infrared diode arrays, Semicon . Sci. Technol, б (1991) рр. С88- С91. • 18. Sze S. М: Physics оЈ Semiconductoг Devices, second edition, John Willey & Sons, New York (1981). 19. Wilson Ј, Ј. F. В . Hawkes: Optoelectronics-An intгoduction, Prentice-Hall Intemational Inc, New York (1983). 20. Rogalski А, Ј . Piotrovski: Intrinsic infrared detectors, Ргоg . Quant. Electr, 12 (1988) рр. 87- 289. 21. Charlton D. Е: Resent developments in cadmium mercury telluride infrared detectors, Ј. Cryst. Growth, 59, (1982) рр. 98-110. 22. Neudeck G. W: The PN junction diode , Modulaг seгies оп solid state devices, Neudeck G. W, R. F. Pieпet, editors, Addison-Weslley PuЬlishing Company, Inc. (1983). 23_. Scribner D. А, М. R. Кruer, Ј. М. Killiany: Infr~red focal plaoe array technology, Proceedi- ngs оЈ the IEEE, 79 (1991) рр, 66-85. 24. Rogalski А: Analysis of the RaA product in n+-p Hg 1_xCdx Те photodiodes, InJrared Physics, 28 (1988) рр. 139-153. 25. Fowler А. М: Infrared focal planes uncover hidden objects in outer space, Laser Focus Wo- гld, march (1992) рр. 123-130. 26. Balcerak R: Infrared material requirements for the next generation of systems, Semicond. Sci. Technol, 6 (1991) рр. С1-С5 . 27. Belcerak R, Ј. F. GiЬson, W. А. Gutieпez, Ј . Н. Pollard: Evolution of а пеw semiconductor product: Mercury cadmium telluride focal plane arrays, Optical Engineeгing, 26 (1987) рр. 191- 200. 146 27. Schmit Ј. L: Development of HgCdTe for LWIR imagers, Mat. Res. Soc. Symp. Proc, 90 (1987) рр. 27-37. 28. Schmit Ј. L: Growth, Properties and applications of HgCdTe, Ј. Cгyst. Growth, 65 (1983) рр. 249-261. 29. Jost S. R, V. F. Meikleham, Т. Н. Myers: InSb: А key material for IR detector applications, Mat. Res. Soc. Symp . Proc, 90 (1987) рр. 429-435 . 30. Nemirovsky У, G. Bakir: Passivation of mercury cadmium telluride surfaces, Ј. Vac. Sci. Te- chnol, 7 (1989) рр. 450-459. 31. Sharma В . L: Inorganic delectric films for III-V compounds, Solid State Technology , part 1, february (1978) рр. 53-78; part П, april (1978) рр . 122-126. 32. Кruse Р. W: Indiull) antimonide photoconductive and photoelectromagnetic detectors, Semi- conductors and Semimetals , ed. R. К. Wilardson and С. А. Beer, vol. 5, Academic Press, New York (1970). 33. Nishitani К, К. Nagahama, Т. Murotany: Experimentaly reproduciЬle zinc diffusion into InSb and its application to infrared detector апау, Ј. Electгon . Mataials, 12 (1983) рр . 125-141 . 34. Tu S. L, К. F. Huang, S. Ј. Yang: Anomalous diffusion of Cd in InSb, Јар. Ј. Appl. Physics, 29 (1990) рр. 463-467. 35. Tuck В : Mechanisms of atomic diffusion in the III-V semiconductors, Journal of Physics D (Applied Physics), 18 (1985) рр. 557-583. 36. Hurwitz С. Е, Ј. Р. Donnelley: Planar InSb photodiodes fabricated Ьу Ве and Mg ion imp1a- ntation, Solid St. Elect, 18 (1975) рр. 753-756. 37. Wei С-У, К. L. Wang, Е. А. Taft, Ј . М. Swab, М. D. Gibbons, W. Е. Dawern, D. М. Brown: Technology development for InSb infrared imagers, !ЕЕЕ Tans. Electr . Dev, ED-27 (1980) рр. 170-175. 38. Svetski proizvodaci fotonaponskih InSb IC detektora: • Cincinati Electronics, Mason, Ohio, USA. • Societe Anonyme de Telecomuunications, Paris , France. • Santa Barbara Research Center, Go1eta California, USA. • Belov Technology Со. , Inc. , New Brunswick, NJ, USA. • EDO Corporation ( Barnes Engineering Division), Shelton, СТ, USA. • Infrared Laboratories, Inc. , Tucson, Arizona, USA. • Hamamatsu Photonics К. К. , Hamamatsu City, Japan. 39. Moss Т. S: The interpretation of the properties of indium antimonide, Proc. Phys. Soc, В67 (1954) рр. 775-782. 147 40. Burstein Е: Anomalous optical absorption 1imit in InSb, Phys. Rev, 93 (1954) рр.632- 637. 41 . Kosogov О. V, М. А. Maramzina: Fotodiody sa ш'triruyushchim n sloem, FTP, З (1 969) ss. 1736-1739. 42. Kosogov О. V, L. S. Perevyazkin: Elektricheskie svoistva epitaksial'nykh n+ -р perekhodov v antimonide indiya, FTP , 4 (1970) ss.1611-1614. 43. Miyao W, М. Ohyama: High detectivity InSb infrared detectors, Toshiba Review, No. 96 (1975) рр. 29-33. 44. Kanzaki К, А. Yahata, W. Miyao: Properties of InSb photodiodes fabricated Ьу liquid phase epitaxy, Јар . Ј. Appl. Physics, 15 (1976) рр. 1329-1334. 45 . Djuric Z, В. Livada, V. Jovic, М. Smiljanic, М. Matic, Z. Lazic: Quantum efficiency and re- sponsivity of InSb photodiodes utilizing the Moss- Burstein effect, Infгared Phys, 29 (1989) рр. 1-7. 46. Duric Z, В . Livada, V. Jovic, М. Smiljanic, Z. Lazic: Kvantna efikasnost InSb fotodioda sa Moss-Bursteinovim efektom, Zbomik гаd011а sa jugos/mienske konfeгencije MIEL-86, Beograd, 14-16. maj (1986) ss. 104-115. 47. Duric Z, V. Jovic, М. Matic: Strujno-naponske karakteristike iпdijum-antimonidnih n+-p spojeva forrniranih procesom tecne epitaksije, Zbomik гadova sa jugoslovenske konfeгencije MIEL-86, Beograd, 14-16. maj (198) ss. 79-90. 48. Livada В: Uticaj Mos-Buгstajnovog efekta па neke рагатеtге InSb n+ -р fotodioda, magista- rski rad, Uпiverzitet u Beogradu, ЕТ Fakultet, Beograd (1990). 49. Livada В: Elektrofizicke karakteristike indijum antimonida: Upotreba za projektovanje dete- ktora па temperaturi tecnog azota, Infonnacija MIDEM, 21 (1991) ss. 3-10. 50. Livada В: Uticaj epitaksijalnog sloja i materijala podloge па karakteristike InSb n+ -р fotodioda, Naucno-tehnicki PREGLED, XLII (1992) ss. 12-19. 51. Volkov А. S, V. V. Galavanov, Z. А. Saimkulov: Rastvorimost' i koefficient raspredeleniya Те i Se v epitaksial'nikh sloyakh InSb, Neoгganicheskie тагегiа/у, VIII (1972) рр. 2033-2034. 52. Nemirovsky У, G. Bahir: Passivation of mercury cadmium telluride surfaces, Ј. Vac. Sci. Technol, А 7 (1989) рр. 450-459. 53. Yarbrough D. W: Status of diffusion data in binary compound semiconductors, Solid State Technology, nov. (1968) рр. 23-31. 54. Korwin-Pawlowski М. L: А study of indium antimonide device technology, Ph. Thesis, The university of Waterloo (1973) Canada. 148 55. Rekalova G. I. i dr: Diffuziya tellura v InSb, FTP, 5 (1971) рр. 158-160. 56. Rekalova G. I. i dr: Diffuziya selena v InSb, FTP, 2 (1968) рр . 1744-1747. 57. Handbook ој electroпic materials, vol. 2, ЈП-V Semiconductiпg compounds, editor. М. Neuberger, IFI 1 Plenum, New York (1971). 58. Fiziko- khemicheskie svoistva poluprovodnikovikh veshchestv, spravochnik, izdatel'stvo "Nauka" Moskva (1979). 59. Willardson R. К, А. С. Beer (eds.): Meгcury cadmium telluride, in Semiconductors and Semimetals, vol. 18 (1981) Academic Press, New York. 60. Dornhaus R, G. Nimitz: The pгoperties and applications ој tl1e Hg1.xCdxTe alloy system, in Narrow-Gap Semiconductoгs, рр. 119-286. (1983) Springer-Verlag, Berlin. 61 . Proceedings ој the И. S. Woгkshops оп the Physics and Chemistry ој Mercuгy Cadmium Telluride, objavljuje se u casopisu Ј. Vac . Sci. Tecfmol . Prvi је objavljen 1983. god, а od 1985. god. savetovanje se odriava i zbornik objavljuje svake godine. Proceedings ој the NATO woгkshop оп the Naпow Gap 11-VI Semiconductoгs, objavljen u Semicond. Sci. Techпol, 6 (1991). 62. Gertner Е. R: Epitaxial mercury cadmium telluride, Апп. Rev. Mater. Sci, 15 (1985) рр. 303- 328. 63 . Herman М. А, М. Pessa: Hg1.xCdxTe- Hg1.yCdyTe ( O:s:x, y:s:1 ) heterostrucures: Properties , epitaxy, and applications, Ј. Appl. Phys , 57 (1985) рр. 2671-2694. 64. Reynolds R. А: The П-VI compounds: 30 years of history and the potential for the next 30 years, Ј. Vac. Sci. Technol, А7 (1989) рр. 269-270. 65. Hansen G. L, Ј . L. Schmit, Т. N. Casselman: Energy gap versus alloy composition and temperature in Hg1_xCdx Те, Ј. Appl. Phys, 53 (1982) рр. 7099-7101. 66. Berchenko N. N, V. Е . Кrevs, V. G. Sredin: PoluprO\lodnikovye tverdye rastvory i ih primeпenie: spravochпye taЫicy, Voennoe izdatel'st\'O Ministerstva oborony SSSR, Moskva (1982). 67. Balcerak R: Infrared material reguirements for the next generation of systems, Semicod. Sci. Technol, 6 (1991) рр. С1-С5. 68. Esaki Leo: Semiconductor Superlattices and guantum wells, JCPS, (1984) рр.473- 483. 69. Kurtz S. R, R. М. Biefeld, Т. Е. Zipperian: MOCVD- grown strained- layer superlattice infr- ared detectors with photoresponse;::: 10~tm, Semicond. Sci. Technol, 5 (1990) рр. S24-S26. 149 70. Osbourn G. С: Design of III-V quanturn well structures for long-wavelength detector appli- cation, Semicond . Sci. Techпol, 5 (1990) рр . S5-S11. 71. O'Reily Е. Р: Valence band engineering in strained-layer structures , Semicond. Sci . Technol, 4 (1989) рр. 121-137. 72. Elliot С. Т: Future infrared detector technology, Proceediпgs ој Fourth Iпternatioпal Сопfе­ rепсе оп Advaпced Iпfrared Detectors and Systems, 5-7. June (1990) London, рр. 61-68. 73. Baker I. М, G. Ј. Crirnes, С. К. Ard, М. D. Jenner, Ј. Е. Parrsons: Hybrid CdHgTe-silicon infrared focal plane апауs , iЬid, рр. 78-87. 74. Bagai R. К, W. N. Borle: Asyrnrnetrical Bridgrnan growth technique for larger and better quality rnercury cadrniurn telluride crystals, Ј. Cгyst. Gгoи.'th , 94 (1989) рр. 561-564. 75. Capper Р, Ј.Ј. Gosney, С. L. Jones, I. Kenwoгthy: B~idgrnan growth of Hg 1.xCdxTe using ACRT, Ј. Electroп. Mater, 15 (1986) рр. 371-376. 76. Cu С-Н, G. L. Е. Peny, F. R. Szofran, S. L. Lehorky: Cornpositional redistribution during casting of Hg0_8Cd0_2 Те alloys, Ј. Cгyst. Gгov.;tit, 91 (1988) рр. 20-26. 77. Zanio К: Cadmium Telluгide, in Semiconductoгs and Semimetals, vol. 13, Acadernic Press, New York (1978) . 78. Chakraborty Р. К: А study of the effect of inteгband tunneling cuпent on the RoA product of Hg 1_xCdxTe photodiodes, Solid - State Electгonics , 34 (1991) рр. 665-666. 79. Grupa autora iz IHTM-CMTM-a iz Beograda: Istгaiivaпje detektoгa za termoviziju: Zadatak А ; I~ttaiivaп/e doЬijanja po(aznih mateгijafa za detektoгe-: monokгistala (Hg, Cd)Te i epitaksijalnih monokгistalпih sloje11a (Hg, Cd)Te, id. br. 3300 21020_3468-6344616, VTI, Beograd (1991). ZadatakC: Istгaiivanje tehnoloskih postupaka izгade гazliCitih tipova fotoosetljivih elemenata па (Hg, Cd)Te, izгada i аsетЬЊ·апје detektoгa , id. Ьг. 3300 21020_3468-6344618, VTI, Beograd (1991) . 80. Longo D, Ј. L. Schrnit: Meгcuгy-cadmium tel/uгide and c/osely гelated alloys, in Semicondu- ctoгs апd semimetafs, vol. 5, Infгm·ed detectoгs , ed. R. К. Willardson, Acadernic Press, New York, (1970). 81. Wang С. С: Mercury cadrniurn telluride junctions grown Ьу liquid phase epitaxy, Ј. Vac. Sci. Technol, В9 (1991) рр. 1740-1745. 82. Pultz G. N, Peter W. Norton, Е. Eric Кrueger, М. В. Reine: Growth and characterization of P-on-n liquid-phase epitaxy heterojunction rnaterial for 11-18 ~tm application, Ј. Vac. Sci. Te- chпol, В9 (1991) рр. 1724-1730. 150 83. Pashley D. W: А historical review ој epitaxy, u: Epitaxial growth, part А, edited Ьу Ј. W. Matthews, Academic Press, New York (1975) 84. Royer L, Bull. Soc. Fr. Mineral. Cгyst, 51 (1928) рр. 7. 85. Nelson Н: Epitaxial growth from the liquid state and its application to the fabrication of tunnel and laser diodes, RCA Rev,Dec. (1963) рр. 603-615. 86. Ichert L, Н. G. Schneider: Wachstum einkгistalliner Schichten, Physicalisch-chemiche Grundlagen der Epitaxie, VEB Deutcher Verlag fir Grundstoffindustrie, Leipzig (1983). 87. Deitch R. Н: Molten metal solution growth, и: Crystal growth, International series ој monographs оп the science ој the solid state, vol. 6, edited Ьу В. R. Pamplin, Pergamon Press Ltd, London (1975). 88. Dawson L. R:Liqiud Phase Epitaxy, u: Pгogress in solid srate chemistry, vol. 7, co-editors: Н. Reiss, Ј. О. McCaldin, Pergamon Press, New York (1972). 89. Foxon С. Т, В. А. Јоусе: Gгowth ој tl1in jilms and heteгostгuctuгes ој III-V compounds Ьу molecular beam epitaxy, u: Gгowth and ch.aгacteгisarion ој semiconductors, edited Ьу R. А. Stradling, Р. С. Klipstein, Adam Hilger, Bristol, England (1990), рр. 35-64. 90. Sakaki. Н: Molecular beam epitaxy, u: Mateгials pгocessing: theoгy and pгactice, vol. 7. , series ed. F. F. У. Wang, III- V semiconductor mataials and de11ices, editor R. Ј. Malik, North- Holand, Elsevier Science PuЬlishers В. V, Amsterdam, The Netherlands (1989). 91 . John Р : Chemical vapouг deposition, u: The c/1emistгy ој the semiconductors industry, eds. Ј. S. Moss, А. Ledwith, Blackie & Son Limited, Glasgow (1987) рр . 98::. 125. 92. Stringfellow G. В: Ol·ganometalic vарог phase epita) .. y: theoгy and pгactice, Academic Press, Inc, New York (1989). 93 . Metalorganic vapour phase epitaxy: Selected workshop topics, Prog. Cгyst. Growth,19 (1989). 94. Davis G. Ј, D. А. Andrews: Metal-organic molecular beam epitaxy,Chemtronics, З (1988) рр. 3-16. 95. Irvine S. Ј. С , Ј . В. Mullin: Photo-epitaxy of narrow band gap П-VI materials-the way ahead,Chemtronics, 2 (1987) рр. 54-61. 96. Pashley D. W: The basics ој epitaxy, u: Gгowth and characteгisation ој semiconductors, edi- ted Ьу R. А. Stradling, Р. С. Юipstein, Adam Hilger, Bristol, England (1990) рр. 1-16. 97. Obrazovanie kristallov, Sovremennaya kristalograjiya, tom tretii, redakcionnaya kollegiya: В. К. Vainshtein, А. А. Chemov i L. А. Shuvalov, Nauka, Moskva (1980). 151 98. Ufimcev V. В , R. А. Akchиrin: Fiziko-khimicheskie osnovy zhidkofaznof epitaksii , Metallиrgiya, Moskva (1983). 99. Olsen G. Кh, М. Ettenberg: Osobennosti polucheniya geteroepitaksial'nyh struktur tipa лшвv, и Rost kristallov, Teoriya rosta i metody vyгashchivaniya kristallov, vypиsk 2, pod. red. К. Gиdmana, perevod s angliiskogo, Mir, Moskva (1981). 100. Biefeld R. М, Ј. R. Wendt, S. R. Kurtz: Improving the performance of InAsSЫinSb infra- red detectors grown Ьу metalorganic chemical vapor deposition, Ј. Cгyst. Gгowth, 107 (1991) рр. 836-839. 101. Кио С. Р, S. К. Vong, R. М. Cohen, G. В . Stringfellow: Effect of mismatch strain on band gap in IП-V semicondиctors, Ј. Appl. Phys, 57 (1985) рр. 5428-5432. 102. Nиese С. Ј: Mateгials design for semiconductoг devices, in: Cгystal Growth: А tutorial approach,eds , eds: W. Bardsley, D. Т. Ј. Hurle, Ј. В . Mullin, North-Holland PиЬlishing Company (1979) рр. 353-401. 103. Hilsиm К, А. Rouz-Ins: Polupгovodniki tipa лшвv, perevod s .angliiskogo, Izdatel'stvo Inostrannoi literatury, Moskva (1963). 104. Gatos С. Н: Etching pllenomena and tile srudy ој dislocations, in: Cгystal growth and chara- cterisation, Proceedings of the ISSCG-2 Springschool, Japan , 1974. , editors : R. Ueda, Ј. В . Mи­ llin, North-Holland PиЬlishing Company, Amsterdam, 1975. 105 . Fewster R. F , S. СоЈе, А. F. W. Wiloughby, М. Brown: Crystallgraphic polarity and chemi- cal etching of Hgl _xCdxTe, Ј. Appl. Pl1ys, 52 (1981) рр. 4568-4571. 106. Brown Р. D, К. Dиrose, G. Ј. Russell, Ј . Woods: The absolute determination of CdTe cry- stal polarity, Ј. Cгyst. Gгowtll , 101 (1990) рр. 211-215. 107. Dewald F. У: The kinetics and mechanisms of foгmation of anode films on single crystal InSb, Ј. Electrochem. Soc, 104 (1957) рр . 244-249. 108. Larabee В . G: The contamination of semicondиctor surface, Ј. Electrochem. Soc, 108 (1961) рр . 1130-1139. 109. Poиgh N. Е, L. Е. Sammels: Damage layeгs in abraded { 111} sиrfaces of InSb, Ј. Appl. Phys, 35 (1 964) рр. 1966-1972. 110. Hиlme F. К, Ј. В. Mиlline: Indium antimonide-a review of its preparation, properties and devices applications, Solid-State Electгonics , 5 (1962) рр. 211-278. 111. Barber Н. D, Е. L. Heasell: Polarity effect in InSb alloyed p-n junctions, Ј. Appl. Phys, 36 (1965) рр. 176-177. 152 112. Chiaпg С. D, Т. В. Wu: Low temperature LPE of Hg1_xCdx Те from Te-rich solutioпs апd its effects, Ј. Cryst. Gгowth, 94 (1989) рр. 499-506. 113. Маhајап S: Growth- апd processiпg-iпduced defects iп semicoпductors, Progress in Mate- rials Science, (1989) рр. 1-85. 114. Кressel Н: The effect of cгystal defects оп optoelectгonic devices, u: Semiconductoгs and se- mimetals, R. К. Willardsoп, А. С. Beer, eds. , vol. 16, Academic Press, Iпс, New York (1981) 115. Schmit Ј. L: Metal-orgaпic chemical vapor depositioп of hybrid substrates for HgCdTe, Ј. Vac. Sci . Tecnol, 4 (1986) рр. 2141-2149. 116. Petroff Р. М: Defects iп III-V compouпd semicoпductors, iп Semiconductors and Semimetals, vol. 22, Ligfltwave Comunications and tecfmology, vol. ed. W. Т. Tsaпg, Academic Press, Inc, Orlando (1985) рр.379-403. 117. Taraskima К: Growth of highly-homogeпeous IпSb siпgle crystals, Ј. Cгyst. Gгowth, 60 (1982) рр. 363-368. 118. Вооуепs Н, Ј. Н. Bassoп: Оп the optimal choice of substrate for Hg1_xCdxTe epitaxiallaye- rs, phys. stat. sol. (а), 85 (1984) рр. 449-454. 119. Szilagyi А, М. N. Grimbergeп: Misfit апd threadiпg dislocatioпs in HgCdTe epitaxy, Ј. Vac. Sci. Tech.nol, А4 (1986) рр. 2200-2204. 120. Szilagyi А, М. N. Grimbergeп: Coпsequeпce of шisfit апd threadiпg dislocatioпs оп PV de- sigп, Ј. Cгyst. Gt·owt/1, 86 (1988) рр. 912-916. 121. Mulliп Ј. В, В. W. Straпghaп: The melt- growth апd characterisatioп of cadmium telluride, Rev. Phys. Appl, 12 (1977) рр. 105-115. 122. Lay К. У, D. Nickolas, S. McDevitt, В. Е. Dеап, С. Ј. Јоhпsоп: High quality, siпgle crystal CdTe growп Ьу а modified horizoпtal Bridgmaп techпique, Ј. Cгyst. Gгowth, 86 (1988) рр. 118- 126. 123. Astles М. G, Н. Hill, G. Blackmore, S. Courtпey, N. Shaw: The source апd behaviour of impurities iп LPE-growп (Cd, Hg)Te layers оп CdTe substrates , Ј. Cгyst. Gгowth, 91 (1988) рр. 1-10. 124. Capper Р: А review of impurity behaviour iп bulk апd epitaxial Hg1_xCdx Те, Ј. Vac. Sci. Technol, В9 (1991) рр. 1668-1681. 125. Gertпer Е. R, W. Е. Тепnапt, Ј. О. Blackwell, Ј. Р. Rode: HgCdTe оп saphire-a пеw appro- ach to infrared detector arrays, Ј. Cгyst. Gгowth, 72 (1985) рр. 462-467. 153 126. Tanaka А, У. Masa, S. Seto, Т. Kawasaki: Zinc and seleniurn co-doped CdTe substrates la- ttice rnatched to HgCdTe, Ј. Cryst. Gгowth , 94 (1 989) рр. 166-170. 127. Bevan М. Ј. , N. Ј. Doyle, D. Snyder: А cornparison of Hg1_xCdx Те MOCVD fйms on la- ttice-mattched (CdZn)Te and Cd(TeSe) siЬstrates, Ј. Cryst. Gt·owth, 102 (1990) рр. 785-792. 128. Takigawa Н, М. Yoshikawa, Т. Maekawa: Dislocations in HgCdTe-CdTe and HgCdTe- CdZnTe heterojunctions, Ј. Cryst. Growth , 86 (1988) рр . 446-451. 129. Johnston S, Е. R. Вlazejewski, Ј . Ваја, Ј. S. Chen, L. Bubulac, G. Williams: Low-tempera- ture growth of midwawelength infrared liquid phase epitaxy HgCdTe оп sapphire, Ј. Vac. Sci. Techпol, В9 (1991) рр. 1661-1666. - 130. Baker I. М, G. Ј . Crimes, С. К. Ard, М. D. Jenner, Ј. Е. Persons: Hybrid HgCdTe-silicon infrared focal plane arrays, Pгoceedings of F ouгth lnternational Сопјеrепсе оп Advaпced lпjrared Detectors and Systems, 5-7. Ј une (1990), London, рр. 78-87. 131. Tennant W . Е, L. Ј. Kozlowski, L. О. Bubulac, Е. R. Gertner, К. Vural: Advanced materi- als techniques for large HgCdTe focal plane arrays, Pгoceediпgs ој Fourth Iпternatioпal Сопје­ rепсе оп Advaпced lnjrared Detectors and Systems , 5-7. June (1990) , London, рр. 15-19. 132. MtihlЬerg М, Р. Rudolph, G. Genzel, В. Werrnue, U. Becker: Crystalline and chemical qu- ality of CdTe and Cd l-xZnx Те grown Ьу Bridgrnan rnethod - in low temperature gradients, Ј. Cryst. Gгowth, 101 (1990) рр . 275-280. 133. Bruder М, Н-Ј. Schwarz, R. Schmit, Н. Maier, М-0. Moller: Vertical Bridgman growth of Cd 1.yZnyTe and characterisation of substrates for use in Hg 1_xCdxTe liquid phase epitaxy, Ј. Cгyst. Gгowth , 101 (1990) рр. 266-269. 134. Guergouri К, R. Tribulet, А. Trornson-Carli, У . Marfaing: Solution hardening and disloca- tion density reduction in CdTe crystals Ьу Zn additions , Ј. Cгyst. Gгowth , 86 (1988) рр . 61-65. 135. Giess Е. А, R. Ghez: Pгepaгation ој single cгystal films, и Epitm.ial gгowth, part А,_ edited Ьу Ј. W. Matthews, Acadernic Press, New York (1 975). 136. Kuroda Т: Growth of а crystal surface with non-uniformity in supersaturation due to lami- nar flow of solution along the surface, Ј. Cгyst. Gгowth , 71 (1985) рр. 84-94. 137. Crossly I, М. В. Srnall: Cornputer sirnulation of liquid phase epitaxy of GaAs in Ga soluti- on, Ј. Cryst. G1·owth, 11 (1971) рр. 157-165. 138. Traeger G, Е. Kuphal, К-Н. Zshauer: Diffusion-lirnited LPE growth of mixed crystals: application to In 1.xGaxAs on InP, Ј. Cryst. Gгowth, 88 (1988) рр. 204-215 . 139. Cheng С-Н, K-L. Hsueh, С. W. Yang, С. Lien: Sirnulation of III-V ternary cornpound se- miconductor material growth Ьу LPE technique, Cfl.emtгonics, 3 (1988) рр . 154 140. Small М. В, R. Ghez: Growth and dissolution kinetics of III-V heterostructures forrned Ьу LPE, Ј. Appl. Phys, 50 (1979) рр. 5322-5330. 141. Isozumi S, У. Komatsu, N. Okazaki, S. Koyama К. Kotani : Dependance of Ga1.xAlxAs LPE layer thickness on solution composition, Ј. Cryst. Growth, 41 (1977) рр. 166-171. 142. Moon R. L, Ј. Кinoshita: Comparision of theory and experiment for GaAs and GaAs alloys, Ј. Cryst. Growth, 21 (1974) рр. 149-154. 143. Small М. В, Ј. F. Barnes: The distribution of solvent in an unstired melt under the conditio- ns of crystal growth Ьу liquid phase epitaxy and its effect on the rate of growth, Ј. Cryst. Growth, 5 (1965) рр. 9-12. 144. Mitsuhata Т: Phenomenological theory on liquid phase epitaxy, Јар . Ј. Appl. Phys, 9 (1970) рр. 90-94. 145. Longo S. I, Ј . М. Ballantyne, L. F. Eastman: Steady-state LPE growth of GaAs, Ј. Cryst. Gгowth , 26 (1974) рр . 13-18. 146. Irvine S. Ј. С, Ј. Вајај: In situ characterization teshniques for monitoring and control of УРЕ growth of Hg1.xCdx Те, Semicond. Sci. Technol., 8 (1993) рр . 860-871. 147. Hsieh Ј. Ј: Liquide phase epitaxy, iz Handbook оп semiconductoгs,edited Ьу Т. S. Moss, vol. 3, edited Ьу S. Р . Keller, North-Holland РuЫ. Со, New York (1980). 148. Bolkhovityanov Yu. В: The peculiarities of isothermal contact of liquid and solid phase du- ring the LPE of А3В5 compounds, Ј. Cгyst. Gгowth , 55 (1981) рр. 591-598. 149. Minden Н. Т: Constitutional supercooling in GaAs liquid phase epitaxy, Ј. Cryst. Growth, 6 (1 970) рр. 228-232. 150. Sangster R, Compound semiconductoгs, vol. 1. edited Ьу R. К. Willardson and Н. L. Goeri- ng, Reinhold, New York (1962). 151. Pak К, Т. Nishinaga, S. Uchiyama: Surface morphology of LPE grown InP, Јар. Ј. Appl. Phys, 16 (1977) рр. 949-956. 152. Nishinaga Т, К. Pak, S. Uchiyama: Studies of LPE ripple based on morphological stability theory, Ј. Cryst. Gгowth, 43 (1978) рр. 85-92. 153. Tanahashi Т, К. Akita: The effect of impurities and cooling rates on the surface morpholo- gy of LPE grown InP, Ј. Cгyst. Gгowtf!, 57 (1982) рр. 499-506. 154. Benz К-W, Е. Bauser: Gгowth ој Ьinary III- V semiconductors fгom metallic solutions, in Crystals, Growth, Pгopeгties and applications, 111- V semiconductoгs, Springer-Verlag, Berlin, HaidelЬerg (1980). 155 155. Suh S. Н, D. А. Stevenson: Cooling rate dependance of the morphology of Hg0_8Cd0.2Te li- quid phase epitaxiallayers, Ј. Vac. Sci. Technol , Аб (1988) рр. 1-4. 156. Saugh S. Р, L. М. Rinn, R. Е. Nicholis: Liquid phase epitaxial growth of Hg1_xCdxTe from semi-infinite Hg-rich melt, Ј. Cгyst. Gгowth, 88 (1988) рр . 107-117. 157. Chiang С. D, Т. В . Wu: Low temperature LPE of Hg 1_xCdx Те from Te-rich solution and its effect, Ј. Cryst. Growth , 94 (1 989) рр. 499-506. 158. Rode D. L: Surface dislocation theory of reconstructed crystals: УРЕ GaAs, Phys. Status Solidi, 32а (1975) рр. 425-434. 159. Chen L. Р, Ј. Ј. Luo, Т. Н. Liu, S. Р. Yang, У. М. Pang, S. Ј . Yang: Ion beam etching for InSb photovoltaic ·detector applications, Јрп . Ј. Appl. Pf1ys, 31 (1992) рр. L813- L815. 160. Talasek R. Т, А . Ј . Syllaios: Reaction kinetics of Hg 1~xCdxTe /Brz-CH30H, Ј. Electrochem. Soc, 132 (1985) рр. 656-659. 161. Rotter S, U. Lachish, U. El-Hanany: Substrate preparation Ьу contacless mechano-chemical polish, Ј. Cгyst. Growth , 73 (1985) рр. 187-189. 162. Bowers Ј . Е, Ј. L. Schmit, С. L. Speerchneider, R. В. Maciolek: Comparision of HgCdTe LPE layer growth from Те-, Hg-, and HgTe-гich solutions, IEEE Tгansactions оп Electron Devi- ces, ED-27 (1980) рр. 24-28. 163. Tung Т, М. Н. Stevens, Р. Е. Heming: Liquid phase epitaxy of HgCdTe from Те solution: а route to infrared detector structure, Mat. Res . Symp. Ргос, vol. 90, 1987 Materials Research So- ciety, рр . 321-356. 164. Tung Т: Infinite-melt verticalliquid-phase epitaxy of HgCdTe from Те solution: status and prospects, Ј. Cгyst. Gгowth, 86 (1988) рр. 161-172. ' 165. Rein М. В , К. R. Maschhoff, S. Р. Tobin, Р. W. Norton, Ј . А. Mroczkowski, Е. Е. Кruege- r: The impact of characterization techniques оп Hg 1_xCdxTe infrared detector technology, Semi- cond. Sci. Technol, 8 (1993) рр. 788-804. 166. Gertner Е. R: Liquid phase epitaxy of Hg1_xCdx Те from Те solutions: А route to IR detector structures, Mat. Res. Soc . Symp. Pr·oc. •юl. 90, 1987 Mateгials Reseaгch Society, рр. 357-366. 167. Castro С. А, Ј. Н. Tregilgas: Recent development in HgCdTe and HgZnTe growth from Те solutions, Ј. Cryst. Gгowth , 86 (1988) рр. 138-145. 168. Pelliciari В: State of the art of LPE HgCdTe at LIR, Ј. Cryst. Gгowth , 86 (1988) рр. 146- 160. 156 169. Brice Ј. С, Р . Capper, В. С. Easton, Ј. L. Page, Р. А. С. Whiffin: Growth and characterisa- tion of CdxHg1.x Те grown Ьу LPE using а novel sliding boat, Semicond. Sci. Technol, 2 (1987) рр. 710-715. 170. Nemirowsky У, S. Margalit, Е. Finkman, У. Shacham-Diamand, I. Кidron : Growth and properties of Hg1.xCdx Те epitaxiallayers, Ј. Electгonic М aterials, 11 ( 1982) рр. 133-153. 171. Nagahama К, R. Ohkata, К. Nishitani, Т. Murotani: LPE growth of Hg1_xCdxTe using co- nventional slider boat and effects of annealing оп properties of the epilayers, Ј. Electronic Mate- rials , 13 (1984) рр. 67-80. 172. Wang С. С, S. Н. Shin, М. Chu, М. Lanir, А. Н. В . Vandervwyck: Liquid phase growth of HgCdTe epitaxiallayers, Ј. Electгochem. Soc, 127 (1980) рр. 175-179. 173. Мroczkowski Ј. А, Н. R. Vydyanath: Liquid phase epitaxial growth of (Hg1.xCdx)Te from tellurium-rich solutiens using а closed tube tipping technique, Ј. Electrochem. Soc, 128 (1981) рр. 655-661 . 174. Djuric Z, V. Jovic, Z. Djinovic, М. Popovic, R. Roknic, Z. Jaksic: Some peculiarities of (Hg, Cd) Те liquid-phase epitaxial growth in а semi closed, two-zone system, Ј. Materials Scie- nce: Materials in Electronics, 2 (1991) рр . 63-71. 175. Greene Р . D: Liquid phase epitaxy ој 111-V compounds, from: The chemistry ој the semico- nductor industry, edited Ьу S. Ј. Moss and А. Ledwith, Blackie & Son Limited, Glasgow (1987) рр . 157-174. 176. Stringfellow G. В : LPE ој 111-V semiconductoг , from: А crystel gгowth: А tutorial approach, W. Bardsley, D. Т. Ј. Hurle, Ј . В . Mullin, North-Holland PuЫishing Company (1979) рр. 217- 239. 177. Dapkus Р. D: А critical comparision of MOCVD and МВЕ heterojunction devices, Ј. Cryst. Growth ; 68 (1984) рр. 345-355. 178. Bartlett В. А, Р. Capper, Ј. Е. Harris, М. Ј. Т. Quelch: Factors 'afecting the electrical chara- cteristics of cadmium , mercury telluride crystals, Ј. Cгyst. Gгowth, 49 (1 980) рр. 600-606. 179. Jones С. L, М. Ј. Т. Quelch, Р. Capper, Ј. Ј . Gosney: Effects of annealing оп the electrical properties of Hg1.xCdx Те, Ј. Appl. Phys , 53 (1982) рр. 9080-9092. 180. Properties ој Mercury Cadmium Telluгide, eds. Ј. Brice and Р. Capper, EMIS Datarewiewes series, no. 3, Тhе Institute of Electrical Engineers, Un\vin Brothers, Surrey, England (1987). 181. Kenneth Denbigh: The Principles ој Chemicall Equilibгium, Cambridge University Press, London (197 1). 157 182. Panish М. В, М. Ilegems: Phase equilibria in temaгy 1//-V systems, in: Progress in Solid State Chemistry, vol. 7, eds. Reiss Н., Ј. О. McCaldin, Pergamon Press (1972) рр. 39-84. 183 . Aselage Т, К-М. Chang, Т. Ј. Anderson: Coupling of the phase diagram and thermochemi- stry in the Ga-Sb and In-Sb systems, CALPHAD, 9 (1985) рр . 227-256. 184.Sharma R. С,Т. L. Ngai, У. Chang: Thermodynamic analysis and phase equilibria calculati- ons for the In-Sb andGa-Sb systems, Ј. Electon. Mateгials, 16 (1987) рр.307-315. 185. Anderson Т. Ј, L. F. Donaghey: Solid-Stare electrochemical study of In-Sb liquid alloy, Ј. Electochem. Soc , 113 (1984) рр. 3006-3014. 186. НаП R. N: Solubility of III-V compound semiconductors in column III-liquids, Ј. Electгo­ chem.Soc, 110 (1963) рр. 385-388. 187. DeWinter Ј. С, М. А. Pollack: Liquidus measurements of In-rich In-Sb solutions in the 300-525 °С range,J. Appl .. Phys, 63 (1988) рр. 4774-4775. 188. Chatterij D, Ј. V. Smith: The activity of In in liquid In-Sb alloys, Ј. Electrochem. Soc, 120 (1973) рр. 770-772. 189. Wagner С: Thermodynamics of phase diagrams of binary systems involving compounds, Acta Metallurgica, 6 (1958) рр. 309-319. 190. Vieland L. Ј: Phase equilibria of III-V compounds, Acta Metalluгgica, 11 (1963) рр. 137- 142. 191. Brice Ј. С: Cгystal Gгowth Pгocesses, Blackie & Son Ltd. , Glasgow, 1986. 192. Brice Ј. С: А nпmerical description of the Cd-Hg-Te phase diagram, Ргоg . Cгystal Gгowth and chaгact, 13 (1986) рр. 39-61. 193. Brebrick R. F, С-Н. Su, Р-К. Liao: Associated solution model Јог Ga-ln-Sb and Hg-Cd-Te, in Semiconductoгs and semimetafs, vol. 19, eds. R. К. Willardson, А. С. Beer, Academic press, Inc., New York,1983, рр.171-253 . 194. Brebrick R. F: Stoichiometry invarints for temary and quatemaгy solid solпtions with two nearly perfect suЬlattices , Ј. Phys. Chem. Slids , 40 (1979) рр. 177-182. 195.Schwartz Ј. Р, Т. Tung, R. F. Bгebrick: Partial pressuгes over HgTe - CdTe solid solutions. I. Calibration experiments and results for 41.6 mole percent CdTe, Ј. Electгochem. Soc, 128 (1981) рр . 438-456. 196. Tung Т, L. Golonka, R. F. Brebrick: Partial Pressures over HgTe-CdTe solid solutions. П. Results for 10, 20, and 58 mole percent CdTe, Ј. Electгoclzem. Soc, 128 (1981) рр. 451-456. 158 197. Su С-Н, Р-К. Liao, R. F. Brebrick: Partial Pressures over the pseudoЬinary solid solution Hg1_xCdxTe(s) for х = 0.70 and х = 0.95 and over four Te-rich temary melts, Ј. Electrochem. Soc, 132 (1985) рр. 942-949. 198. Brebrick R. F, У. Q_ Sha: Some general properties of the liquidus surface of а "pseudoЬi­ nary" solid solution (A 1_uBu) 1-rOCI+Ii• Ј. Phys. Chem. Solids, 48 (1987) рр . 323-328. 199. Tung Т, С-Н. Su, Р-К. Liao, R. F. Brebrick: Measurement and analysis of the phase dia- gram and thermodynamic propertirs in the Hg-Cd-Te system, Ј. Vac . Sci. Technol, 21 (1982) рр. 117-124. 200. R. Кikuchi: Theoretica1 calculation of Hg-Cd-Те liquidus-solidus phase diagram, Ј. Vac. Sci. Technol, 21 (1982) рр. 129-132. 201. Brebrick R. F. , Т. Tung. С-Н. Su, P-L. Liao: Thermodynamic equations for the liquidus of (A1_uBu)z_yCy(sJ with у near one and with congruently melting end membars, Ј. Electrochem. Soc, 128 (1981) рр. 1595-1600. 202. Tung Т, L. Golonka, R. F. Brebrick: Thermodynamic analysis of the HgTe-CdTe-Te sy- stem using the simplified RAS model, Ј. Electгoclшn . Soc, 128 (1981) рр. 1601-1612. 203. Sans-Maudes Ј, Ј. Sangrador, Т. Rodriguez: Numerical description of the phase diagram of the Hg-Cd-Te system in the Te-rich corner, Ј. Cгyst. Gгowth, 102 (1990) рр. 1065-1068. 204. Herman Т. С: Liquidus isotherms, solidus lines and LPE growth in the Te-rich corner of the Hg -Cd-Те system, Ј. Electron. М ateгials, 9 (1980) рр. 945-961. 205. Herman Т. С: Slider LPE of Hg 1_xCdx Те using mercury pressure controlled growth so1utio- ns, Ј. Electron. Mateгials, 10 (1981 ) рр. 1069-1084. 206. Astles М. G: Liquid phase epita.xial gгowth ој 11!-V compound semiconductor mateгials and their devices applications, Adam Hilger (1990) Bristol, England. 207. Johnston S, Е. R. Blazejewski, М. Bajai, Ј. S. Chen, L. Bubulac, G. Williams: Low-tempe- rature growth of midwavelength infrared liquid phase epitaxy HgCdTe on sapphire, Ј. Vac. Sci . Technol, 139 (1991) рр. 1661-1666. 208. Wan С. F, D. F. Weirauch, R. Korenstein, Е. G. Bylander, С. А. Castro: Supercooling stu- dies and LPE growth of Hg 1_xCdxTe from Те rich solurions, Ј. Elecrгon. Materials, 15 (1986) рр. 151- 157. 209. Schaake Н. F, Ј. Н. Tregiglas, А. Ј. Lewis, Р. М. Everett: Lattice defects in ( Hg, Cd )Те: Investigations oftheir nature and evo1ution, Ј. Vac. Sci. Technol, А1 (1983) рр. 1626-1630. 159 210. Wiedemeier Н, У. G. Sha: The direct determination of the vacancy concentration and Р-Т phase diagram of Hg0_8Cd0_2 Те and Hg0_6Cd0_4 Те Ьу dynamic mass-loss measurements, Ј. Elec- tron. Materials , 19 (1990) рр . 761-771 . 211 . Schaake Н. F: The exsistence region of the Hg0_8Cd0_2 Те phase field, Ј. Electron. Materials, 14 (1985) рр. 513-530. 212. Jones С. Е: Status ofpoint defects in HgCdTe, Ј. Vac. Sci.Technol, А3 (1985) рр. 131-137. 213 . Cheung D. Т: An overview on defect studies in МСТ, Ј. Vac. Sci. Technol, А3 (1985) рр. 128-130 .. 214. Syllaios А. Ј, М. Ј. Williams: Conductivity type conversion in (Hg,Cd)Te, Ј. Vac. Sci. Te- chnol, 21 (1982) рр. 201-204. 215. Capper Р: The behaviour of selected impurities in Hg1_xCdx Те, Ј. Cгyst. Gгowth, 57 (1982) рр. 280-299. 216. Vydyanath Н. R: Lattice defects in semiconducting Hg 1_xCdx Те alloys: I. Defect structure of undoped and copper doped Hg0_8Cd0_2Te, Ј. Electochem. Soc, 128 (1981) рр. 2609-2619. 217. Vydyanath Н. R: Lattice defects in semiconducting Hg 1.xCdx Те alloys: П. Defect structure ofindium-doped Hg0_8Cd0_2Te, Ј. Electochem. Soc, 128 (1981) рр. 2619-2625 . 218. Vydyanath Н. R, Ј. С. Donovan, D. А. Nelson: Lattice defects in semiconducting Hg1_ xCdxTe alloys: IП. Defect structure of undoped Hg0_6Cd0ATe, Ј. Electochem. Soc, 128 (1981) рр. 2625-2629. 219. Vydyanath Н. R, Hiner С. Н: Annealing behaviour of undoped Hg0_8Cd0_2Te epitaxial films at low temperatures, Ј. Appl. Phys, 65 (1989) рр. 3080-3088. 220. Ктоgеr F. А: The cl1emistгy ој impe1ject cгystals, North-Holland PuЬlishing Company, Amsterdam (1964). 221. Shin S. Н, М. Chu, А. Н. В. Vanderwyck, М. Lanir, С. С. Wang: Electrical properties of as-grown Hg1_xCdxTe epitaxiallayers, Ј. Appl. Phys, 51 (1980) рр. 3772-3775. 222. Yang Ј, Z. Yu, Ј . Liu, D. Tang: Heat treatment of HgCdTe with Cd-Hg source, Ј. Cryst. Gгowth , 101 (1990) рр. 281- 284. 223 . Berding М. А, А. Sher: Vacancy formation energy in П- VI semiconductors, Ј. Vac. Sci. Technol, А5 (1987) рр. 3009-3013. 224. Wiedemeier Н, S. В. Trivedi, R. С. Whiteside, W. Palosz: The heat of formation of mercu- ry vacancies in Hg0_8Cd0_2Te, Ј. Electrochem. Soc , 133 (1986) рр. 2399-3402. 160 225. Sher А, М. А. Berding, М. van Schillfgaarde, An-Ben Chen: HgCdTe status review with e- mphasis on coпelations, native defects and diffu sion,Semicond. Sci. Technol, б (1990) рр. С59- С70. 226. Micklethwaite W. F. Н, R. F. Redden: On the long-term stability of Hg1_xCdxTe at 300 К, Appl. Phys. Lett, 36 (1 980) рр. 379-380. 227. Stevenson D. А, M-F. S. Tang: Diffusion mechanisms in mercury cadmium telluride, Ј. Vac. Sci. Technol , В9 (1991) рр. 1615-1624. 228. Schmit Ј. L, Ј . Е . Bowers: LPE growth of Hg0_6Cd0_4 Те from Te-rich solutions, Appl. Phys. Lett,35 (1979) рр. 457-458. 229. Schmit Ј . L, R. Ј. Hager, R. А. Wood: Liquid phase epitaxy of Hg1_xCdxTe, Ј. Cryst. Gro- wth, 56 (1982) рр. 485-489. 230. Chu М: Effect of annealing on Hg0_79Cd021Te epilayers, Ј. Appl. Pfzys, 51 (1980) рр. 5876- 5879. 231 . Edwall D. D, Е. R. Gertner, W. Е. Tennant: Liquid phase epitaxial growth of large area Hg1_xCdxTe epitaxiallayers, Ј. Appl. Phys, 55 (1984) рр. 1453-1460. 232. Capper Р, В. С. Easton, Р. А. С. Whifin, С. D. Махеу: Electrical properties and annealing behaviour of Hg 1_xCdx Те grown Ьу LPE and MOVPE, Ј. Cгysr. Gг01-11th, 79 (1986) рр. 508-514. 233. Yoshikawa М, S Ueda, Н. Takigawa: High purity HgCdTe with low dislocation density gr- own Ьу LPE, FUJITSU Sci. Tech. Ј, 21 (1985) рр. 494-454. 234. Hsieh Ј. Ј: Thickness and surface morphology of GaAs LPE layers grown Ьу supercooling, step-cooling, equiliЬrium cooling, and two-phase solution technique, Ј. Cгyst. Gгowth, 27 (1974) рр . 49-61. 235. Traeger G, Е. Kuphal, К. Н. Zschauer: Diffusion-limited LPE growth of mixed crystals: a- pplication to In1_xGaxAs on InP, Ј. Cгysr . Gгowth, 88 (198) рр . 205-214. 236. Dutartre D: LPE growth rate in Al 1.xGaxAs system: theoretical and experimental analysis, Ј. Cгyst. Gгowth, 64 (1983) рр .- 268-274. 237. Crossley I, М. В. Small: The application of numerical methods to simulate the liquid phase epitaxial growth of Al1.xGaxAs from an unstiпed solution, Ј. Cгyst. Gгowth, 15 (1972) рр. 268- 274. 238. Shaw D. W: Numerical simulation of Hg 1_xCdx Те liquid phase epitaxy, Ј. Cryst. Growth, 62 (1983) рр . 247-253. 161 239. Sanz-Maudes Ј, Ј . Sangrador, Т. Rodriguez, А. Pernichi, С. Gonzales: Numerical simulati- on of the growth of HgCdTe layers Ьу liquid phase epitaxy from Te-rich solutions: the effect of liquid dimensions and mercury loss, Ј. Cгyst. Gгowth, 106 (1990) рр. 303-317. 240. Tabatabaie N, V. М. RobЬins, G. Е. Stillman: Liquid phase epitaxial growth, in 1/I-V Semi- conductor Materials and Devices, edited Ьу R. Ј. Malik, from Materials Procesing-Theory and Practices, series editor: F. F. У. Wang, North-Holland (1989). 241. Tiller W. А: Оп the growth rate of crystals from the solution, Ј. Cryst. Growth, 2 (1968) рр. 69-76. 242. Crank Ј: The mathematics of diffusion , Oxford University Press, London (1956) . 243. Murahidhafan R, S. С. Jan: Improvements in the theory of growth of LPE layers of GaAs and interpretation of recent experiment, Ј Cгyst. Gгowt/1 , 50 ( 1980) рр. 707-719. 244. Moon R. L, S. I. Longo: Dependance of GaAs LPE layer thickness on growth temperature, Ј. Cгyst. Growth, 32 (1976) рр. 68-72. 245. Bryskiewicz Т: Investigation of mechanism and kinetics of growth of LPE GaAs, Ј. 0-yst. Growth , 43 (1978) рр. 101-114. 246. Ho1ms D. Е, G. S. Kamath: Growth characteristics of LPE InSb and InGaSb, Ј Electron. Mater . , 9 (1980) рр. 95-100. 247. Jovic V: Pr·ilog izucavanja epitaksijalnog гasta /nSb iz tecne faze, Magistarski rad, Tehno- losko-Metalurski Fakultet, Univerzitet и Beogradu (1985). 248. Vydyanath Н. R: Activity coefficient calculations for the Hg and Cd components in а tellu- rium rich (Hg,Cd)Te liquid-phase-epitaxy growth solution containing Hg and Cd, Ј. Appl. Phys, 59 (1986) рр. 958-960. 249. Boltaks В . I: Difuzya v polupt·ovodnikah, Fizmatgiz, Moscow (1961) . 250. Matveev А. N: Molekulaгaya Fizika , Visshaya shola, Moscow (1980). 251. Suh S. Н, D. А. Stevenson: Cooling rate dependance of morphology of Hg0_80Cd0_20Te liqu- id phase epitaxiallayers, Ј. Vac. Sci. Technol, Аб (1988) рр . 1-4. 252. Lusson А, R. Triboulet: Liquid phase epitaxy of HgCdTe (0.5<х<1 ) and phase diagram determination, Ј. Cгyst. Gгowth, 85 (1987) рр . 503-509. 253. Jovic V, Z. Djuric, Z. Jaksic, М. Popovic: Composition profi1es of (Hg, Cd)Te liquid phase epitaxy layers grown from Te-rich solution, Ј. Cгyst. Gгowth, 143 (1994) рр. 176-183. 162 254. Eger D, N. Yellin, L. Ben Dor: Diffusion of Cd and Hg in liquid Те, Ј. Electron. Mater, 15 (1 986) рр. 75-78. 255. Djuric Z, Z. Djinovic, Z. Lazic, Ј. Piotrowski: А complete quantitative model of the isothe- rmal vapor phase epitaxy of (Hg, Cd)Te, Ј. Electгon Mater, 17 (1988) рр. 223-228. 256. Zanio К, Т. Massopust: Interdiffusion in HgCdTe/CdTe structures, Ј. Electron. Mater , 15 (1986) рр. 103-109. 257. Panish М. В, I. Hayashi, S. Sumski: DouЬle-heterostructure injection lasers with room-te- 2 mperature thresholds as low as 2300 А/ст , Appl. Phys . Lett, 16 (1970) рр. 326-327. 258. Bernardi S: Slider LPE growth of МСТ using in situ Te-solution preparation, Ј. Cryst. Gro- wth, 87 (1988) рр. 365-371 . 259. Astles М, G. Вlackmore, V. Steward, D. С. Rodway, Р. Кirton: The use of in-situ wash melts in the LPE growth of (CdHg)Te, Ј. Cгyst. Gгowt/1, 80 (1987) рр. 1-8. 260. Fischer С, Е Heasell: The formation of thermal etch patterns during diffusion in indium a- ntimonide, Sшf. Sci, 30 (1972) рр. 592-613. 261. Liang Ts. S: Poluchenie antimonida indiya, v knige Poluprovodnikovye soedineniya Ашвv, pod redaktsiei R. Vilardsona i Kh. Geringa, perevod s angliiskogo, Metallurgiya, Moskva (1967). 262. Nokrouzi-Khorasani А, N. А. Lunn, I. Р . Jones, Р. S. Dobson, D. Ј. Williams, М. G. Astles: Surface damage of CdTe Ьу mechanical polishing-investigated Ьу cross-sectional ТЕМ, Ј. Cryst. GJ·owtl-1 , 102 (1990) рр. 1069-1073. 263. Brown Р . D, К. Durose, G. Ј. Russell, Ј. Woods: The absolute determination of CdTe crystal polarity, Ј. Cгyst. Gгowth , 101 (1 990) рр. 211-215. 264. Lu У. С, R. К. Route, D. Edwell, R. S. Feigelson: Etch pit studies in CdTe crystals, Ј. Vac. Sci. Technol, АlЗ (1985) рр. 264- 270. 265 . Grupa autora iz IHTM-CMTM u Beogradu: Rагюј InSb detektoгskog elementa sa finali - zacijom hladenog detektoгa, signatura pov. br. 3-34/82, VTI-KoV, Beograd, 03-370-1016. 266. Higgins W. М, G. N. Pultz, R. G. Roy, R. А. Lancaster, Ј. L. Schmit: Standard relatio- nships in the properties of Hg 1_xCdxTe, Ј. Vac. Sci. Teclmol, А 7 (1989) рр . 271-275. 267. Hatzakis М, В. Ј. Canavello, Ј. М. Shan: Single-step optical lift-off process, ЈЕМ Ј. Res. Develop, 24 (1980) рр. 452-460. 163 268. Price S. L, Р . R. Boyd: Overview of compositioпal measuremeпt techпique for HgCdTe wi- th emphasis оп IR traпsmissioп, eпergy dispersive x-ray aпalysis апd optical reflectaпce, Semicond. Sci. Technol, 8 (1993) рр. 842-859. 269. Reiпe М. В, К. R. Maschhoff, S. Р. ТоЬiп, Р. W. Norton, Ј. А. Мroczkowski, Е. Е. Кrue­ ger: The impact of characterizatioп techпiques on HgCdTe iпfrared detector techпology, Seпn·­ cond. Sci. Technol, 8 (1993) рр. 788-804. 270. Seiler D. G, S. Мауо, Ј. R. Lowney: HgCdTe characterization measurements: Curreпt practice апd future needs, Semicond. Sci. Technol, 8 (1993) рр . 753-776. 271. Finkmaп Е, S. Е. Schacham: The exponential optical absorption band tail of Hg 1.xCdx Те, Ј Appl. Phys,56 (1984) рр. 2896-2900. 272. Капе Е. 0: Band structure of indium antimonide, Ј. Phys. Chem. Solids, 1 (1957) рр. 249- 261. 273. Micklethwaite W. F. Н: The automatic determination of cadmium-mercury telluride comp- osition, Ј. Appl. Phys, 63 (1988) рр. 2382-2390. 274. Апапdап А, А. К. Kapoor, А. Bhaduri, А. V. R. Warrier: Optical characterisatioп of Hg 1. xCdxTe bulk samples, Infгaгed Phys, 31 (1991) рр. 485-491. 275. Finkmaп Е , У. Nemirovsky: Infrared optical absoгptioп of Hg 1_xCdxTe, Ј. Appl. Phys, 50 (1979) рр. 4356-4361. 276. Mollmann К-Р, Н. Klasel: Optical absoгption of thiп Hg 1_xCdx Те epitaxial layers, Semicond. Sci. Technol, 6 (1991) рр. 1167-1169. 277. Hougen С. А: Model fог infгared absoгption and tгansmission of liquid-phase epitaxy HgCdTe, Ј. Appl. Phys, 66 (1989) рр. 3763-3766. 278. Herrmaп К. Н, D. Genzow, А. F. Rudolph, Т. Schulze, L. Paгthier: Compositional gradiпg iп epitaxiallayers (Hg, Cd)Te/CdTe-consequence for reflectaпce, transmittance апd photodiodes spectral characteristic, Supeгlattices and Mkгostгucuгes, 9 (1991) рр. 275-279. 279. Djuric Z, Z. Jaksic, Z. Djinovic, М. Matic, Z. Lazic: Some theoretical and techпological aspects of uncooled HgCdTe detectors: а гeview , Micгoelectгonics Joumal, 25 (1994) рр. 99- 114. 280. Semiconductoгs and Seпnmetals, editors: R. К. Wilardson, А. С. Beer, vol. 10: Tгanspoгt phenomena, Academic Press, New York, D. L. Rode: L01v-field electгon tгanspoгt, рр. 1-89. 281 . Standaгd method fог measunng Hall mobllity and Hall coefficient in ext.Iinsic semico- nductoг sJngle cгystals. Ап American National Standaгd, desigпation F76-73 (reapproved 1978). 164 / 282. Lou L. F, W. Н. Frye: Hall effect апd resistivity ш liquid-phase-epitaxial layers of HgCdTe, Ј. Appl. Phys, 56 (1 984) рр. 2253-2267. 283. Edwall D. D, Е. R. Gertпer, W. Е. Теппапt: VariaЬle temperature Hall effect оп p-Hg1. xCdxTe growп оп CdTe апd sapphire substrates Ьу liquid phase epitaxy, Joumal of Electronic Mateгials, 14 (1985) рр. 245-268. 284. Eger D, А. Zemel, D. Mordowicz, Ariel Sher: Carrier traпsport properties of p-type HgCdTe liquid phase epitaxiallayers iп the mixed coпductioп raпge, Appl. Phys. Lett, 46 (1985) рр. 989-991 . 285. Jovic V. В, Z. G. Duric, L. F. Novakovic: Odredivaпje koeficijeпta difuzije aпtimoпa u ra- stvoru indijuma, Glasпik hermjskog dгustva, 47 (1982) ss. 75-82 . .. 2.86. Rekalova G. I, U. КеЬе, L. А. Mezriпa, М. К. Gurevich, Т. Е. Marchenko: Rastvorimost' i koblficieпt raspredeleпiya tellura v IпSb, Neoгganicheslde mateгialf, 7 (1971) ss. 1314-1316. 287. Madeluпg 0: Physics of ЈП- V compounds, Јоhп Wiley & Soпs , New York (1964). 288. Biefeld R. М, et. al: Improviпg the perfoгmaпce of IпAs 1 .xSbxflnSb iпfrared detectors gro- wп Ьу MOCVD, Ј. Cгyst. Gгowth, 107 (1991) рр. 836-839. 289. Wooley Ј. С: Alloys of IпSb with Iп2 Те3 , IпТе апd tellurium, Ј. Electrochem. Soc, 113 (1966) рр. 465-466. 290. Livada В, V. Jovic: Ispitivaпje epitaksijalnih slojeva InSb korisceпjem metode odredivanja plazma minimuma refleksivпosti , XXXI jugoslovenska konfeгencija ETAN-a, Bled,1-5. јuпа 1987, ss. х75-х81. 291. Yoshikawa М: Dislocatioпs iп HgCdTe 1 CdZпTe epilayers grown Ьу liquid phase epitaxy, Ј. Appl. Phys, 63 (1988) рр. 1533-1540. 292. Jovic V, М. PopoviC, Z. Duric, Z. Diпovic, Z. Jaksic, F. Kermeпdi, R. Roknic: Epitaxial growth of HgCdTe from Te-rich solutioпs in semi-closed, two zопе system, Pгoceedings of the 19th Yugoslav confeгence оп Мicгoelectгonics (МIEL), may 15-17. (1991), Beograd, Yugosla- via, рр. 453-459. 293 . Jovic V, А. Vujaпic, Z. Duric, Z. Jaksic , Z. Diпovic, М. Popovic: Determiпatioп of the co- mpositioп profiles of (Hg, Cd)Te epitaxiallayers, Ј. SегЬ. Chem. Soc, 59 (1994) рр . 645-653. 294. Jovic V, Z. Duric, Z. Jaksic , А. Vujaпic: Odredivaпje profila sastava (Hg, Cd)Te slojeva dobijeпih procesom epitaksijalпog rasta iz tеспе faze, XXXVII ETAN, Izvestaj, Beograd, septe- mbar 20-23. (1993) ss. ix 51- ix 56. 165 2 [] 2 .{ 295 . Jovic V, А. Vujaпic, Z. Duric, Z. Jaksic, Z. Diпovic: Iпfrared traпsmissioп deterrilination of properties of HgCdTe epitaxiallayers , MIOPEL 93 , Pгoceedings , Nis , October 26-28. (1993) рр. 55-60. 296. Astles М. G, G. Black.more, О. D. Dosser, Н. Hill, М. Lyster, G. R. Booker, М. Hill: Inte- rface abruptness in LPE growп (Hg, Cd)Te layers оп CdTe substrates, Ј. Cryst. Gгowth, 108 (1991) рр. 549-553. 297. Yoshikawa М, К. Maryama, Т. Saito, Т. Maekava, Н. Takigawa: Dislocatioпs iп HgCdTe 1 CdTe апd HgCdTe 1 CdZnTe heterojuпctioпs, Ј. Vac . Sci. Technol, А5 (1987) рр. 3052-3054. 298. Nortoп Р. W, Р. Erwiп: Etch pit study of dislocatioп formatioп iп HgCdTe duriпg array hy- bridizat~on and its effect оп device performaпce, Ј. Vac . Sci. Technol, А 7 (1989) рр. 503-508 . 299. Ashley Т, А. В. Dеап, С. F. McCoпville, С. R. Whitehouse: Molecular-beam growth of ho- moepitaxial IпSb photovoltaic detectors, Electгonics Letteгs, 24 (1988) рр. 1270-1272. 300. Maffitt К. N, R. К. Mueller: IпSb diodes uпder coпtrolled sшface coпditioпs, Ј. Appl. Phys, 35 (1964) рр . 1563-1564. 301 . Hopkiпs F. К, Ј. Т . Boyd: Dark сt1пепt aпalysis of IпSb photodiodes, Јпfтагеd Phys, 24 (1984) рр. 391-395. 302. Reine М. В, А. К. Sood, Т. Ј. Tredwell: Photovo/taic infгaгed detectoгs , in Semiconductoгs and Semimetals, vol. 18, Academic Press, New York (1981 ). 303. Rutkowski Ј: Teclmologia i analiza paгametг6w forodiod z гoztwoг6w stal'ych (Hg, Х) Те dla X=Cd, Zn, Mn . Wojskowa Akademia Techпiczпa (1994) Warszawa. 304. Rogalski А, Ј Rutkowski, F. F. Sizow, W. W. Tieriorkiп, N. О. Tasztaпbaiew: Materialo- zпnawstwo i fizika пapiwprowidпikowych faz zmiппiwo skladu, Ј! Ukгainska konfeгencija, Kizin (1993) р . 346. 305. Wollarb R, А. Bauer, М. Bruder, Ј . Weпdler, Ј . Ziegler, Н. Maier: Infгared detectors and systems, Ed. IEEE, Lопdоп (1990) рр. 30-35. 306. Piotrowski Ј: Semiconductoг infгaгed detectoгs, rukopis prihvaceп za stampaпje. 166 Прилог 1. Изјава о ауторству Потписани-а Јовић Весна Б . Изјављујем да је докторска дисертација под насловом Епитаксијални раст из течне фазе ускозоналних полупороводника погодних за израду детектора инфрацрвеног зрачења • резултат сопственог истраживачког рада , • да предложена дисертација у целини ни у деловима није била предложена за добијање било које дипломе према студијским програмима других високошколских установа, • да су резултати коректно наведени и • да нисам кршио/ла ауторска права и користио интелектуалну својину других лица . Потпис У Београду , 05. 03. 2014. Прилог 2. Изјава о коришћењу Овлашћујем Универзитетску библиотеку "Светозар Марковић" да у Дигитални репозиторијум Универзитета у Београду унесе моју докторску дисертацију под насловом : Епитаксијални раст из течне фазе ускозоналних полупороводника погодних за израду детектора инфрацрвеног зрачења која је моје ауторска дело. Дисертацију са свим прилозима предао/ла сам у електронском формату погодном за трајно архивирање. Моју докторску дисертацију похрањену у Дигитални репозиторијум Универзитета у Београду могу да користе сви који поштују одредбе садржане у одабраном типу лиценце Креативне заједнице (Creative Commons) за коју сам се одлучио/ла . G:;Ј.уторство 2. Ауторство - некомерцијалне З . Ауторство - некомерцијалне - без прераде 4. Ауторство - некомерцијалне -делити под истим условима 5. Ауторство - без прераде 6. Ауторство - делити под истим условима (Молимо да заокружите само једну од шест понуђених лиценци, кратак опис лиценци дат је на полеђини листа) . Потпис У Београду , 05. 03. 2014.