CS248690B1 - Způsob přípravy monokrystalických struktur tellurid bismutitý - sulfid-tellurid bismutitý BigTe^-BigTe^S^. - Google Patents

Abstract

Řešeni se týká nových monokrystalických struktur s P-N přechodem a proměnnou šířkou zakázaného pásu. Popisuje se způsob přípravy monokrystalických struktur o složení tellurid bismutitý -sulfid-tellurid bismitutý BigTe^ -BigTe^xS-g z krystalů p-typu BigTe^ čistého nebo dotovaného tak. že monokrystalické destičky s připozenymi štěpnými plochami (0001) jsou exponovány v parách siry, jejichž tenze je 0,030 kPa - 150 kEa, při teplotě 150 - 500 °C po dobu 10-400 hodin, nebo uvedeny do- kontaktu a kapalnou sirou při teplotě 120 - 400 °C po dobu 10 - 400 hodin. Rozštěpením vytemperovaných destiček podél plochy (0001) je získaná P -N struktura, která po opatření kontakty vykazuje výrazný usměrňovači efekt, charakterizujíoi krystalovou diodu a citlivost vůči IC zářeni.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy monokrystalických struktur o složení tellurid bismutitý - sulfid-tellurid bismutitý ^Bi2^Ie3 “ ^Bi2^Te3-x?x* ^kd® ^{x s} θ·⁰⁰¹ <t^°>4, citlivých k záření v infračervené oblasti spektra·

V současné době ae pro detektory ΐδ záření, které jsou založeny na bázi polovodičů, používá následujících materiálů: křemík, germanium, sloučeniny (zejména InSb), sloučeniny _AIVgVI (_P|js_j PbSe, PbTe) a nejvýznamnější se jeví směsné krystaly Cd^Jlgj^Te.

Doposud nebyl popsán způsob přípravy P-N přechodu na bázi směsných krystalů Bi₂Te_3e-xS_x.

Sloučenině Bi₂Te^ dotované sírou, resp· systému BigTe^-BigS^i byla věnována pozornost v řadě prací, které se týkají fázového ai.gr,™ .y.«_ra Bi₂I.₃-a₂S₃ /např. G.Gmmberg, fcWauaann,

Helv. Phys. Acta 36. 810 (1963)/, dále transportních vlastností sloučenin ^2^Te3-x^Sx /L.A. Kutasov, L.N.Lukjanova, Piz. Tvěrd. těla 24, 402 (1982)/, nebo optických vlastností /P.Lošlák a kol. Phys. Stát. Sol. (a) 8£, K143 (1984)/. Krystaly Bi2Te3 nedotovaného i dotovaného byly předmětem studia od roku 1957, ale teprve objev způsobu potlačení koncentrace antistrukturních poruch polarizací vazeb v krystalech AgBj¹ / J.Horák a kol·, Philos. Mag. B 50. 665 (1984)/umožail vytvořit strukturu s P-N přechodem. Na základě tohoto objevu je navržena metoda vedoucí k získání struktury na bázi sloučeniny Bi2Te_3e^S_x vykazující proměnnou koncentraci síry na jednom krystalu a současně P-N přechod, jejíž příprava je předmětem tohoto vynálezu.

248 890

-2.

Předmět·® vynálezu je způsob přípravy monokryztalických struktur o složení tellurid bismutitý - sulfid-tellurid biarnutitý BigTe^{kde x s} Ο,ΟΟΚΟ,Αι a proměnnou Šířkou zakázaného pásu způsobenou gradientem koncentrace síry a současně s P-N přechodem, vyznačený tím, že monokrystaly p-typU BigT·^ čistého nebo dotovaného jsou exponovány v parách síry, jejichž tenze se pohybuje v rozmezí'0,030 kPaaí 150 kPa, při z

teplotě 150 <Ú5B0°C po dobu 10a£fó hodin, nebo uvedeny do kontaktu s kapalnou sírou při teplotě 120 po dobul0o<400 hodin·

Po táto expozici jsou krystaly rozštěpeny podél plochy (0001), Čímž se získá struktura BigTe^-BígTe^jS*, která po opatření vhodnými kontakty může být použita ke- konstrukci krystalových diod.

Při tomto postupu se vychází z monokrystalu p-BigTe^ připraveného Bridgmanovou metodou, z něhož se připraví monokrystalická destičky neštípáním podle ploch (0001 )_t vyznačujících ae dobrou ětěpitelností. Tytp krystaly se podrobí interakci se sírou za výěe uvedených podmínek. Na styku pevná a plynná, rsap. kapalná řáse dochází jednak k narůstání krystalu charakterizovanému reakcí mezi sorbovanými molekulami síry a antistruktumími poruchami a jednak k difúzi atomů síry do krystalu· Tato difúze je umožněna reakcí

1/2 S₂(g) + 2 Bij_e ♦ 2 h + 2 Ie₂ ^==± S*₀ + Bi₂Te₃, podle která se koncentrace antistrukturních poruch Bij₀ během reakce s parami síry snižuje. V oblasti P-N přechodu dochásí k výraznému snížení koncentrace volných nositelů (děr), jak znact y/še uvedená rovnice, v povrchové oblasti pak vzniká slou-3

248 690 čenina Bi₂Te^_-xS_x s n-typem vodivosti. Oblast v blízkosti P-N přechodu má pravděpodobně povahu struktury s proměnnou šířkou zakázaného pásu·

Zařízení pro přípravu struktury BigTeyBigTe^j^ difúzí plynné síry do p-typu Bi^Te^ je znázorněno na obr. 1. Zařízení sestává z křemenné ampule (1), v níž na grafitovém loži (2) je umístěn vzorek Bi₂Te^ (3) a v druhé části ampule (1) síra (4)» přičemž teplota v peci je měřena termočlánky (5). Ampule (1) je umístěna v keramické peci (6), jejíž vinutí (7) se skládá ze dvou sekcí umožňujících nastavení požadovaného teplotního gradientu v peci. Kromě toho je do keramické pece (6) vsazena ocelová trubka (8)‘ eliminující lokální teplotní gradienty a zajištující homogenní rozložení teploty v obou částech pece· Aby byla eliminována možnost sublimace síry na vzorek Bi₂Te^|je vždy teplota krystalu o něco vyšší než teplota kapalné síry. Zařízení znázorněné na obr. 1 tedy umožňuje provádět interakci krystalů BigTe-^ s parami síry, umožňuje nastavit teplotu Tp při které dochází k reakci krystalu s parami síry, teplotu roztavené síry T₂ řídící tenzi par síry v ampuli a dobu potřebnou ke vzniku n-typu Bi₂Tě_>xS_x.

Příprava monokrystalické struktury o složení BigTe^-BigTe^^^ 8 P-N přechodem je demonstrována následujícími příklady:

Příklad 1

Krystal p-BigTe^ ( koncentrace děr 2,4 x 10¹⁸ děr cm“3) formě moaokrystalické destičky rozměrů 60 x 10 x 4 mm se umístí v jedné části ampule znázorněné na obr· 1, do druhé části ampule se vloží síra o čistotě 5N. Ampule se evakuuje a zataví·

248 890

Po umístění ampule v keramické peci se provádí temperování za následujících podmínek: teplota krystalu = 420°C, teplota kapalné síry T₂ = 230°C, tanze par síry 800 Pa, doba temperování t « 48 hodin· Po expozici krystalu v parách siry za uvedených podmínek se provede relativné prudké ochlazení krystalu tím, že temperační ampule s krystalem se vyjme z pece a ponechá několik hodin při laboratorní teplotě· Získaný krystal se rozětíp ne uprostřed nejkratěí strany vzorku podél ploch (0001), čímž se získá jídvě monokrystalické destičky, které mají na jedné straně vrstvu p-BigTe^ a na druhé straně vrstvu n-Bi₂Te^_eXS_x·

Příklad 2

Stejné destičky monokrystalu p-Bi₂Te- jako v příkladu 1 se vloží do křemenné ampule spolu s práškovou sírou, prostor ampule ee propláchne argonem, vyčerpá se vakuum 40 Pa a ampule se zataví· Pofcmw se ampule vloží do pece, v níž se síra za zvýšené teploty roztáv^ a provede se temperování monokrystálických destiček v kapalné síře při teplotě 25O°C po dobu 120 hodin· Po skončení temperování se ampule ochladí na vzduchu na pokojovou teplotu, plochy vzorku, které byly v kontaktu se sírou* se broušením a leštěním očistí od přebytečné síry a po rozštěpení podél plochy (0001) se získají monokrystálické struktury BigTe^-Bi₂Te^__xS_x·

Na obr· 2 je schematicky znázorněna krystalická dioda, zhotovená z monokrystalické destičky Bi₂Te^-Bi₂Te^_vXS_x· Strana o složení BigTe^ (9) je opatřena plošným zlatým kontaktem (10), vytvořeným buč pomocí zlaté pasty, nebo redukcí chloridu zlatitého· Na straně se složením j® ⁿ»^nesena např· stříbr248 890 ná pasta ve formě kulovité kapičky (12) pokud možno malých rozměrů, která tvoří kontakt s přívodním stříbrným nebo zlatým vlasovým drátem (13)· Takto upravená struktura 8 P-N přechodem na bázi p-BigTe^ - n-BigTe^.^ je citlivé k infračervenému záření·

Na obr. 3 je uvedena volt-ampérová charakteristika, tedy závislost procházejícího proudu na vloženém napětí, připravené krystalové diody·

Na obr· 4 je uvedeno spektrální rozdělení napětí, vyvolaného interakcí IČ záření se vzorkem· Tato závislost napětí na vlnové délce dopadajícího záření byla měřena při teplotě místnosti následujícím způsobem: Ze zdroje záření, kterým byla Globarová lampa, byl vydělen pomocí monochromátoru Zeiss (s hranolem chloridu sodného) svazek paprsků o vlnových délkách 2-10^um; monochromatické světlo, přerušované frekvencí 6,17 Hz dopadalo na vzorek a vzniklý střídavý signál byl měřen za použití vhodné transformátorové vazby předzesilovače a zesilovače typu UNIPAN. Při měření byly kontakty na vzorku zastíněny, aby byly eliminovány kontaktní jevy· Měření bylo opakováno po jednom týdnu v rozmezí 3 měsíců a byla shledána dokonalá reprodukovatelnost a dobrá stabilita signálu·

Je třeba zdůraznit, že výše popsaný postup přípravy P-N přechodu na krystalech BigTe^ je původní, nebyl dosud v literatuře popsán a jeho bezesporým kladem je jednoduchost, dokonalá kontrola procesu a reprodukovatelnost připravených krystalů s P-N přechodem· Nastavením podmínek, tj« tlaku par síry, teploty a doby temperace krystalu lze připravit vzorky BÍ2^Ie3-x^Sx ^{8 r}^²*“

- G 248 890 ným obsahem siry v oblasti n-typu vodivosti a lze tak připravit krystaly citlivé vůči infračervenému záření v oblasti vlnových délek 2-8^um.

Claims (3)

1* Způsob přípravy aonokrystalickýeh struktur tellurid bisnutitý - sulfid-tellurid bisnutitý BigTe^ - ®i>2^T*3-x^Sx’ kde x « 0,001 - 0,4, s proměnnou šířkou zakázaného páau způsobenou gradientem koncentrace síry a současně s P-N přechodem, vyznačený tím, že monokrystaly p-typu BigTe^ čistého nebo dotovaného jsou temperovány v kontaktu se sírou při teplotě 120 - 500°C po dobu 10-400 hodin a po temperaci rozštěpeny podél plochy (0001)·

2· Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, Se kontakt krystalů p-typu BigTe^ čistého nebo dotovaného se provádí v parách síry při teplotě 150 - 500°C, jejichž tenze je 0,0J0 kPa - 150 kPa, po dobu 10-400 hodin·

3· Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že kontakt krystalů p-typu BigTe^ čistého nebo dotovaného ae provádí s kapalnou sírou při teplotě 12O-4OO°C po dobu 10-400 hodin·