RU2055948C1 - Cadmium sulfide film production method - Google Patents

Cadmium sulfide film production method Download PDF

Info

Publication number
RU2055948C1
RU2055948C1 RU92011711A RU92011711A RU2055948C1 RU 2055948 C1 RU2055948 C1 RU 2055948C1 RU 92011711 A RU92011711 A RU 92011711A RU 92011711 A RU92011711 A RU 92011711A RU 2055948 C1 RU2055948 C1 RU 2055948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cadmium
bis
films
compound
diethyldithiocarbamato
Prior art date
Application number
RU92011711A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92011711A (en
Inventor
Н.И. Файнер
Ю.М. Румянцев
М.Л. Косинова
С.В. Ларионов
С.М. Земскова
Original Assignee
Институт неорганической химии СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт неорганической химии СО РАН filed Critical Институт неорганической химии СО РАН
Priority to RU92011711A priority Critical patent/RU2055948C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2055948C1 publication Critical patent/RU2055948C1/en
Publication of RU92011711A publication Critical patent/RU92011711A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: inorganic chemistry. SUBSTANCE: method involves conducting thermal decomposition of low-toxic, noncombustible, sulfur-containing cadmium compound (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamate) on heated substrate at source temperature of 200-250 C. EFFECT: increased reproducibility of parameters of cadmium sulfide film production process, reduced consumption of basic volatile compound, improved safety conditions. 1 tbl

Description

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к химической технологии полупроводниковых материалов, в частности к получению пленок сульфида кадмия (СdS), которые могут быть применены для изготовления приборов оптоэлектроники: светоизлучающих диодов, оптических переключателей, акустических усилителей. The invention relates to inorganic chemistry, in particular to the chemical technology of semiconductor materials, in particular to the production of cadmium sulfide (CdS) films, which can be used for the manufacture of optoelectronic devices: light-emitting diodes, optical switches, acoustic amplifiers.

Для синтеза пленок сульфида кадмия широко используются газофазные способы химического осаждения (ГФХО). Пленки получают путем совместного термического разложения металлоорганических соединений, например, диметилкадмия и сероводорода на нагретой подложке при 600-800оС [1]
В связи с токсичностью и горючестью указанных соединений получение пленок СdS способом ГФХО с использованием в качестве исходных веществ летучих серосодержащих комплексных соединений, например, бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия [2] представляют собой альтернативное направление, имеющее следующие преимущества перед ГФХО пленок из металлоорганических соединений:
безопасность проведения процесса за счет использования негорючих и малотоксичных серосодержащих комплексных соединений;
упрощение технологического процесса за счет использования вместо двух исходных веществ одного вещества, имеющего в своем составе одновременно атомы металла и серы;
снижение температуры синтеза пленок CdS до 400-500оС.
For the synthesis of cadmium sulfide films, gas-phase methods of chemical deposition (GFHO) are widely used. Films prepared by co thermal decomposition of organometallic compounds, such as dimethylcadmium and hydrogen sulfide on the heated substrate at 600-800 ° C [1]
Due to the toxicity and flammability of these compounds, the preparation of CdS films by the GFCS method using volatile sulfur-containing complex compounds as starting materials, for example, bis (diethyldithiocarbamato) cadmium [2], is an alternative direction having the following advantages over HFCS films from organometallic compounds:
safety of the process through the use of non-combustible and low toxic sulfur-containing complex compounds;
simplification of the technological process due to the use of instead of two initial substances one substance, which simultaneously contains metal and sulfur atoms;
lowering the temperature of the synthesis of CdS films to 400-500 about C.

Известен способ получения пленок CdS путем переноса летучего серосодержащего комплексного соединения бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия из зоны источника в зону осаждения потоком газа носителя и термического разложения пара этого соединения на нагретой подложке [3]
Недостатками способа с использованием бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия являются плохая воспроизводимость параметров процесса синтеза тонких пленок СdS и высокий расход комплексного соединения, вызванные недостаточной термической устойчивостью твердого бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия. В области температур 150-200оС происходит частичное разложение этого комплексного соединения в объеме источника. Это приводит к неконтролируемому от эксперимента к эксперименту изменению состава газовой фазы в зоне роста пленок сульфида кадмия, что приводит к невоспроизводимости таких параметров процесса, как скорость роста, химический состав синтезированных пленок.
A known method of producing CdS films by transferring a volatile sulfur-containing complex compound of bis (diethyldithiocarbamato) cadmium from the source zone to the zone of deposition of a carrier gas stream and thermal decomposition of the vapor of this compound on a heated substrate [3]
The disadvantages of the method using bis (diethyldithiocarbamato) cadmium are the poor reproducibility of the parameters for the synthesis of CdS thin films and the high consumption of complex compounds caused by the insufficient thermal stability of solid cadmium bis (diethyldithiocarbamato). At temperatures about 150-200 C partial decomposition of the complex compound in the source volume. This leads to a change in the composition of the gas phase in the growth zone of cadmium sulfide films that is uncontrolled from experiment to experiment, which leads to the irreproducibility of process parameters such as the growth rate and chemical composition of the synthesized films.

Целью изобретения является создание способа, улучшающего воспроизводимость параметров процесса получения тонких пленок сульфида кадмия и сокращающего расход исходного комплексного соединения. The aim of the invention is to provide a method that improves the reproducibility of the parameters of the process for producing thin films of cadmium sulfide and reduces the consumption of the starting complex compound.

Поставленная цель решается тем, что в способе получения пленок сульфида кадмия путем переноса летучего серосодержащего комплексного соединения в потоке газа-носителя и термолиза пара этого соединения на нагретой подложке, в качестве летучего комплексного соединения используется (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато) кадмий Cd[(C2H5)2NCS2] 2C12H8N2, процесс ведут при температуре источника 200-250оС и температуре подложки 450-600оС.The goal is solved in that in the method for producing cadmium sulfide films by transferring a volatile sulfur-containing complex compound in a carrier gas stream and vapor thermolysis of this compound on a heated substrate, (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium Cd [ (C 2 H 5) 2 NCS 2] 2 C 12 H 8 N 2, the process is conducted at a source temperature of 200-250 C and a substrate temperature of 450-600 ° C.

Отличительными от прототипа признаками являются: использование нового соединения (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия и его более высокая термическая стабильность в зоне источника при температурах 200-250оС и при температурах подложки 450-600оС.The distinctive features of the prototype are: use of a new compound (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamate), cadmium and higher thermal stability in the source zone at temperatures 200-250 C and at substrate temperatures of 450-600 ° C.

Эти признаки являются существенными и новыми, так как позволяют улучшить воспроизводимость параметров процесса получения пленок сульфида кадмия и сократить расход исходного комплексного соединения. Способ с такими признаками в литературных источниках не найден. These signs are significant and new, as they can improve the reproducibility of the parameters of the process for producing cadmium sulfide films and reduce the consumption of the initial complex compound. A method with such features was not found in the literature.

Присоединение о-фенантролина к молекуле комплексного соединения бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия приводит к значительному повышению термической устойчивости новой молекулы (о-фенинтролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия. Так, согласно данным термического анализа, температура начала потери массы бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия составляет 250оС и связана с разложением молекулы, в то время как температура начала потери массы для (о-фенантролин) бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия составляет 280оС и связана с сублимацией комплексного соединения, что было показано специально проведенными опытами.The addition of o-phenanthroline to the molecule of the complex compound of bis (diethyldithiocarbamato) cadmium leads to a significant increase in the thermal stability of the new molecule (o-phenyntroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium. Thus, according to thermal analysis, the temperature began losing weight bis (diethyldithiocarbamate) of cadmium is 250 ° C and associated with the decomposition of the molecule, while the temperature of onset of weight loss for the (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamate) of cadmium is 280 ° C and associated with the sublimation of the complex compounds, which was shown by specially conducted experiments.

Хорошая термическая устойчивость (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато) кадмия в условиях работы источника 200-250оС обеспечивает количественное использование этого исходного комплексного соединения для процесса получения пленок, в то время как при использовании бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия около половины комплексного соединения подвергается разложению в источнике за время проведения процесса.Good thermal stability (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamate), cadmium source operating conditions of 200-250 ° C provides quantitative use of this compound for the starting integrated process of producing films, while when using bis (diethyldithiocarbamate), about half of the cadmium complex compound is subjected to decomposition at the source during the process.

Таким образом, использование летучего и более термически устойчивого (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия обеспечивает более стабильную работу источника, в связи с отсутствием реакций разложения. Кроме того, использование этого соединения позволяет сделать процесс получения пленок сульфида кадмия более технологичными за счет использования негорючего и малотоксичного соединения. Thus, the use of volatile and more thermally stable (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium provides a more stable source operation, due to the absence of decomposition reactions. In addition, the use of this compound makes it possible to make the process of producing cadmium sulfide films more technologically advanced through the use of a non-combustible and low-toxic compound.

Температура источника выбрана оптимальной и обеспечивает с одной стороны отсутствие разложения (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия, а с другой стороны обеспечивает достаточную концентрацию комплексного соединения в газовой фазе, необходимую для синтеза пленок СdS со скоростью роста 15-20 мм/мин. Так как в данном интервале температур не происходит разложения (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато) кадмия, то состав газовой фазы остается постоянным в ростовом процессе, что обеспечивает стабильность скорости роста и химического состава пленок. The temperature of the source was chosen to be optimal and, on the one hand, ensures the absence of decomposition of (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium, and, on the other hand, provides a sufficient concentration of the complex compound in the gas phase necessary for the synthesis of СdS films with a growth rate of 15-20 mm / min. Since cadmium does not decompose (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium in this temperature range, the composition of the gas phase remains constant in the growth process, which ensures the stability of the growth rate and chemical composition of the films.

При температуре подложки 450-600оС идет устойчивый процесс разложения, который обеспечивает постоянный химический состав образующихся пленок СdS и отсутствие загрязнений продуктами распада (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кад- мия.At a substrate temperature of 450-600 ° C is stable expansion process which ensures a constant chemical composition of the formed films of CdS and the absence of contamination decomposition products (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamate) cadmium.

Таким образом, использование термически устойчивого исходного комплексного соединения, оптимальных режимов зон источника и роста позволяет осуществить воспроизводимый процесс получения пленок и сократить расход исходного комплексного соединения. Результаты приведены в таблице. Thus, the use of a thermally stable initial complex compound, optimal regimes of the source and growth zones makes it possible to carry out a reproducible process for producing films and to reduce the consumption of the initial complex compound. The results are shown in the table.

В ходе экспериментальных исследований было установлено, что навеска бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия в 1 г расходуется на проведение одного опыта, а аналогичная навеска (о-фенинтролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия на проведение пяти опытов. In the course of experimental studies, it was found that a 1 g bis (diethyldithiocarbamato) cadmium sample is consumed for one experiment, and a similar cadmium bis (diethyl dithiocarbamato) sample is used for five experiments.

Для синтеза пленок CdS использовался вертикальный кварцевый реактор, в котором последовательно располагали источник исходного комплексного соединения (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия и держатель подложки с локальным нагревом. Процесс включает в себя перенос исходного летучего комплексного соединения из источника в зону осаждения потоком гелия при пониженном давлении и разложение пара этого соединения на нагретой до 450-600оС подложке с образованием пленки CdS. В качестве подложек использовали полированные, предварительно обработанные пластины кремния, арсенида галлия, арсенида индия, кварца, сапфира. Химический состав полученных пленок CdS контролировали методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа. Толщина пленок определялась как весовым, так и эллипсометрическим методами. ИК-спектроскопическое исследование пиролитических пленок CdS, выращенных на перечисленных типах подложек, показало наличие в них лишь связей кадмий сера ( νmax=240 см-1). По данным рентгенофазового анализа и электронно-микроскопических исследований образующиеся пленки имели поликристаллическую структуру гексагональной модификации. Пленки CdS имеют высокое сопротивление (1013 Ом·см) и показатель преломления n=2,8. Промышленная применимость способа иллюстрируется примерами.For the synthesis of CdS films, a vertical quartz reactor was used in which a source of the starting complex compound (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium and a support holder with local heating were sequentially placed. Process includes the transfer of a volatile starting compound complex from the source in a deposition zone helium stream under reduced pressure, and the decomposition of this compound in vapor heated to 450-600 ° C substrate to form a CdS film. As substrates, polished, pretreated silicon, gallium arsenide, indium, quartz, sapphire arsenide plates were used. The chemical composition of the obtained CdS films was controlled by IR spectroscopy and X-ray phase analysis. The film thickness was determined by both weight and ellipsometric methods. An infrared spectroscopic study of the pyrolytic CdS films grown on the above types of substrates showed that they only contain cadmium sulfur bonds (ν max = 240 cm -1 ). According to x-ray phase analysis and electron microscopy studies, the resulting films had a polycrystalline structure of hexagonal modification. CdS films have a high resistance (10 13 Ohm · cm) and a refractive index of n = 2.8. Industrial applicability of the method is illustrated by examples.

П р и м е р 1. 1 г спрессованного в таблетки (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия помещают в источник внутри реактора, печь локального нагрева с укрепленной на ней подложкой кварца фиксируют в зоне роста, после чего реактор уплотняют и откачивают до остаточного давления 0,2 Па. Включают поток гелия через реактор, устанавливают его таким образом, чтобы рабочее давление внутри реактора составляло 13,3 Па. Включают нагрев реактора, источника и подложки и доводят температуру до заданных значений: Тисточника=220оС, Тподложки=500оС. Переключают поток гелия из положения "в реактор" в положение "в источник" и проводят процесс выращивания пленок в течение 20 мин. Затем переключают поток гелия мимо источника и выключают нагрев всех печей, охлаждают реактор до комнатной температуры. Скорость роста пленок в этих условиях по данным эллипсометрического анализа составляет 0,664±0,004 нм/мин. Выращенные пленки CdS обладали слабой фоточувствительностью, высоким сопротивлением 1013 Ом.EXAMPLE 1. 1 g of cadmium compressed into tablets (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) is placed in a source inside a reactor, a local heating furnace with a quartz substrate fixed on it is fixed in the growth zone, after which the reactor is compacted and pumped to residual pressure of 0.2 Pa. The flow of helium through the reactor is turned on, and it is set so that the working pressure inside the reactor is 13.3 Pa. It includes heating the reactor, and the source and substrate temperature is adjusted to predetermined values: source T = 220 C, T = 500 to substrate S. Toggle helium stream from position "in reactor" position "in the source" and the process is carried out for growing films 20 minutes. Then switch the helium flow past the source and turn off the heating of all furnaces, cool the reactor to room temperature. The film growth rate under these conditions according to the ellipsometric analysis is 0.664 ± 0.004 nm / min. The grown CdS films had weak photosensitivity, high resistance of 10 13 Ohms.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 провели эксперимент по получению пленок сульфида кадмия на кварцевой подложке при более высокой температуре синтеза, равной 600oС. Скорость роста пленок СdS равнялась 24,61±0,23 нм/мин. Как и в предыдущем случае, электронно-микроскопические исследования показали, что пленка CdS-поликристаллическая, а увеличение скорости роста связано с увеличением количества мелких кристаллов и уплотнением слоя.EXAMPLE 2. Analogously to example 1, an experiment was conducted to obtain cadmium sulfide films on a quartz substrate at a higher synthesis temperature of 600 ° C. The growth rate of СdS films was 24.61 ± 0.23 nm / min. As in the previous case, electron microscopy studies showed that the CdS film is polycrystalline, and an increase in the growth rate is associated with an increase in the number of small crystals and compaction of the layer.

Пленки сульфида кадмия, полученные термическим разложением (о-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия и обладающие перечисленными выше параметрами, могут быть использованы в оптоэлектронике и в качестве активных элементов акустических усилителей. The cadmium sulfide films obtained by thermal decomposition of (o-phenanthroline) bis (diethyldithiocarbamato) cadmium and possessing the parameters listed above can be used in optoelectronics and as active elements of acoustic amplifiers.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК СУЛЬФИДА КАДМИЯ путем переноса летучего соединения на основе бис(диэтилдитиокарбамато)кадмия из зоны его источника в зону осаждения потоком газа-носителя и термического разложения пара этого соединения на нагретой подложке, отличающийся тем, что в качестве соединения используют (0-фенантролин)бис(диэтилдитиокарбамато)кадмий, процесс проводят при температуре источника 200 - 250oС и температуре подложки 450 - 600o.METHOD FOR PRODUCING CADMY SULPHIDE FILMS by transferring a volatile compound based on bis (diethyldithiocarbamato) cadmium from its source zone to the zone of deposition by a carrier gas stream and thermal decomposition of steam of this compound on a heated substrate, characterized in that (0-phenanthroline) is used as a compound bis (diethyldithiocarbamato) cadmium, the process is carried out at a source temperature of 200 - 250 o C and a substrate temperature of 450 - 600 o .
RU92011711A 1992-12-14 1992-12-14 Cadmium sulfide film production method RU2055948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92011711A RU2055948C1 (en) 1992-12-14 1992-12-14 Cadmium sulfide film production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92011711A RU2055948C1 (en) 1992-12-14 1992-12-14 Cadmium sulfide film production method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2055948C1 true RU2055948C1 (en) 1996-03-10
RU92011711A RU92011711A (en) 1996-03-20

Family

ID=20133582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92011711A RU2055948C1 (en) 1992-12-14 1992-12-14 Cadmium sulfide film production method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2055948C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000079033A1 (en) * 1999-06-22 2000-12-28 Unisearch Limited Epitaxial films
RU2446233C1 (en) * 2010-07-16 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) Method of producing thin tin dioxide films

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jones A.C. al. - The growlt of CdS and CdSe allous by MOCVD using a new dimethycadmium. addust. - J. Cryst. Growth - 1989. v. 97. р.537-541. 1989, 97, р.537-541. Друзь Б.Л. и др. Выращивание эпитаксиальных пленок сульфидов кадмия и цинка из хелатных соединений M(S2CNET2) (M=Cd,Zn). - Металлоган. химия - 1988, т.1, N 3, с.645-649. Друзь Б.Л. и др. Особенности роста пленок сульфида кадмия из хелатных МОС в газотранспортной системе. - Оптоэлектроника и п/п техника, 1988, N 13, с.48-50. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000079033A1 (en) * 1999-06-22 2000-12-28 Unisearch Limited Epitaxial films
RU2446233C1 (en) * 2010-07-16 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) Method of producing thin tin dioxide films

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100287489B1 (en) How to form crystalline silicon carbide film at low temperature
US4168998A (en) Process for manufacturing a vapor phase epitaxial wafer of compound semiconductor without causing breaking of wafer by utilizing a pre-coating of carbonaceous powder
JPS6291494A (en) Method and device for growing compound semiconductor single crystal
JP3193372B2 (en) Vapor deposition method for depositing an organometallic compound layer on a substrate
KR910016056A (en) Polycrystalline CVD Diamond Substrates for Single Crystal Epitaxial Growth of Semiconductors
EP0200766A1 (en) Method of growing crystalline layers by vapour phase epitaxy.
US4594264A (en) Method for forming gallium arsenide from thin solid films of gallium-arsenic complexes
RU2055948C1 (en) Cadmium sulfide film production method
Bwembya et al. Phosphinochalcogenoic amidato complexes of zinc and cadmium as novel single‐source precursors for the deposition of metal selenide and telluride films
JPH02217473A (en) Forming method of aluminum nitride film
Shanov et al. Laser chemical vapour deposition of thin aluminium coatings
JPH0339474A (en) Thin film formation
JPH06305885A (en) Improved growing method for continuous thin diamond film
Pernot et al. Photo‐assisted chemical vapor deposition of gallium sulfide thin films
EP0204724B1 (en) Method for deposition of gallium arsenide from vapor phase gallium-arsenic complexes
JP2002087809A5 (en)
RU2702574C2 (en) Diamond synthesis method
JPS62282438A (en) Vapor phase epitaxial growth of metal organic compound of group ii-vi semiconductor material
JPH06321690A (en) Forming method and treating method of semiconductor diamond film
JPS6134924A (en) Growing device of semiconductor crystal
Videlot et al. Experimental and modeling analysis of highly oriented octithiophene thin films
SU1001234A1 (en) Method of depositing of semiconductor compounds of aii-byi from gaseous medium
Hsu et al. Effect of annealing on the structural and optical properties of AgGaS2 thin films prepared by pulsed laser deposition
JPS6134922A (en) Manufacture of super lattice semiconductor device
JPS6390833A (en) Manufacture of compound thin film of group ii and vi elements