Фотоэлектрические свойства тонких пленок сульфида свинца
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ия токопереноса в сложных многослойных структурах, как таковая, отсутствует, поэтому представляется крайне важным получение дополнительных экспериментальных данных, способствующих ее построению.
Глава 2. Технология получения и физические свойства тонких пленок PbS
В настоящее время существует множество способов и методик получения фоточувствительных пленок сульфида свинца PbS. По способу получения пленки принято разделять на два типа: "физические" и "химические" слои.
К "физическим" слоям PbS относят пленки, полученные методами вакуумного испарения, пиролизного напыления и спекания порошка с последующей активацией их в кислородсодержащей атмосфере. Методы, используемые при производстве "физических" слоев PbS, позволяют получать пленки большого масштаба с достаточно высокой фоточувствительностью (? ? 510-5 Ом-1см-1, Т=170К) [13,14]. "Химические" слои образуются при электрохимическом и химическом осаждении пленок из раствора. Привлекательность химических способов состоит в возможности легирования пленок непосредственно в процессе выращивания с целью получения образцов с заранее заданными свойствами. Наряду с указанными достоинствами, эти методы обладают рядом недостатков.
К недостаткам "физических" слоев относятся нестабильность фотоэлектрических параметров (фоточувствительности, отношения сигнал/шум, темнового сопротивления), высокий уровень шума, быстрая деградация параметров, неустойчивость электрических и физических свойств, трудность легирования в процессе роста пленки, дорогостоящее оборудование для производства, необходимость очувствления в кислородсодержащей атмосфере.
К недостаткам "химических" слоев относятся нестабильность параметров образцов некоторое время после приготовления, большая инерционность (время срабатывания порядка миллисекунд), что ограничивает применение метода химического осаждения для регистрации быстро протекающих процессов, сопровождающихся выделением ИК-излучения, ухудшение фоточувствительности этих пленок с течением времени, для ее стабилизации необходимы специальные обработки.
.1 Нанесение пленок сульфида свинца методом химического осаждения из раствора
Химический метод изготовления слоев PbS предусматривает осаждение слоев PbS на подложку из ванны, содержащей ацетат свинца, тиомочевину и гидроокись натрия. Образование слоя PbS происходит в результате реакции взаимодействия между растворимой солью свинца РЬ (СН3СОО)2 и тиомочевиной H2NC(S)NH2, протекающей в щелочной среде. На поверхности подложки происходит рост кристаллитов из первоначально образовавшихся центров кристаллизации. К моменту окончания процесса микрокристаллиты образуют тонкую, сплошную поликристаллическую пленку, прочно сцепленную с подложкой. В состав пленки кроме сульфида свинца входят примесные фазы - кислородосодержащие соли свинца. Существует множество вариантов процесса осаждения пленок PbS из ванн указанного состава. Варьируя начальные условия процесса - концентрацию реагентов, порядок их смешения, температуру и др., можно получать пленки, различные по толщине, структуре, составу и физическим свойствам.
Известно, что для приготовления фоточувствительных слоев сульфида свинца методом химического осаждения в состав рабочих растворов ванн должны входить различные окислители, такие как гидразин, сульфит натрия, перекись водорода и др. В отсутствие окислителя пленки, приготовленные методом химического осаждения, фоточувствительностью не обладают. Один из возможных рецептов для осаждения из раствора представлен в таблице 1
Таблица 1
Компоненты ванныКонцентрацияТ, СПодложкаАцетат свинца Pb(CH3COO)220 г/л20Стекло, Ситалл, Кварц, СапфирТиомочевина18 г/лГидрооксид натрия26 г/лСульфит натрия9г/л
.2 Технология приготовления пленок сульфида свинца метод Ом пульверизации раствора на нагретую подложку.
Метод пульверизации основан на распылении раствора, содержащего необходимые компоненты, на нагретую подложку [15].
Установка, используемая для выполнения процесса химической пульверизации, представлена на рис.2.1 и состоит из распыляющего устройства и нагревателя подложки. Нагреватель подложки должен обеспечивать стабильность температуры в пределах 100С - 200С при попадании раствора на поверхность подложки. В качестве распылителей использовались медицинские иглы для инъекций со спиленными концами диаметром 0.4мм; воздушное сопло имело диаметр 0.8 мм.
Для приготовления водных рабочих растворов нами использовались ацетат свинца РЬ(СН3СОО)2, нитрат свинца РЬ(NOз)2, и тиомочевина NH2CSNH2.
В качестве материала подложек использовались стекло. Подложки предварительно очищались 5% или 10% раствором бихромата калия К2Сг207 с серной кислотой H2SCO4, затем выдерживались в слабо концентрированной соляной кислоте.
Качество получаемой пленки во многом определяется условиями формирования кристаллитов [13] на поверхности подложки. Эти условия в данном технологическом процессе определяются скоростью подачи раствора, степенью дисперсности получаемого аэрозоля, мольностью раствора и температурой подложки. Эти параметры должны выбираться таким образом, чтобы обеспечить возможность миграции ионов на подложке к образующимся зародышам кристаллитов.
Наилучшие результаты