Статья поступила в редакцию 10.03.15. Ред. рег. № 2199
The article has entered in publishing office 10.03.15. Ed. reg. No. 2199
УКД 538.951.915
ОТ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ К ОПТОЭЛЕКТРОНИКЕ С.И. Рембеза, В.И. Митрохин
Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский пр., д. 179 Тел./факс: (473)243-76-95, e-mail: vstu-ppe@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 14.03.15 Заключение совета экспертов: 18.03.15 Принято к публикации: 22.03.15
В статье изложены результаты научных исследований, начатых совместно с В. С. Постниковым и продолженных его учениками. Показано, что все работы посвящены актуальным проблемам физики твердого тела и потребностям областей науки и техники высоких технологий.
Ключевые слова: внутреннее трение, структурные дефекты, акустооптика.
FROM INTERNAL FRICTION ТО OPTOELECTRONICS S.I. Rembeza, V.I. Mitrokhin
Voronezh State Technical University 179 Moskow ave., Voronezh, 394006, Russia Tel./fax: (473) 243-76-95, e-mail: vstu-ppe@mail.ru
Referred: 14.03.15 Expertise: 18.03.15 Accepted: 22.03.15
In the article are expounded scientific investigation resultswthich were began jointly with V.S. Postnikov and continued by his disciples. We showthat allinvestigationweredevoted to actualproblems of solid state physics and the needs of the science and technology areas of high technology.
Keywords: internal friction, structural defects, acoustooptics.
Станислав Иванович
Рембеза Stanislav I. Rembeza
Сведения об авторе: д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой полупроводниковой электроники и наноэлектроники ВГТУ.
Образование: Воронежский госуниверситет по специальности «Радиофизика и электроника» (1961).
Область научных интересов: физика полупроводниковых материалов и приборов на их основе, физика поверхностных дефектов, газовая сенсорика.
Публикации: 120.
Author information: Doctor of physical and mathematical sciences, professor; Head of the department of Semiconductor electronics and nanoelectronics.
Education: Voronezh State University, "Radiophysics and Electronics"(1961).
Main research interests: physics of semiconductor materials and devices based on them, physics of surface defects, gas sensorics.
Publications: 120.
Виктор Иванович
Митрохин Victor I. Mitrokhin
Сведения об авторе: д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры полупроводниковой электроники и наноэлектроники ВГТУ.
Образование: Воронежский политехнический институт (1977).
Область научных интересов: акустические и акустооптические свойства полупроводников. Публикации: 110.
Author information: Doctor of physical and mathematical sciences, professor of semiconductor electronics and nanoelectronics Department VSTU. Education: Voronezh Polytechnic Institute (1977).
Main research interests: acoustic and acousto-optical properties of semiconductors. Publications: 110.
№ 03 (167) Международный научный журнал
Начало сотрудничества с Валентином Семеновичем Постниковым относится к 1968 г., когда один из авторов (С.И. Рембеза) начал работать в Воронежском политехническом институте после окончания аспирантуры в Институте полупроводников АН СССР (г. Ленинград). В то время все аспиранты Валентина Семеновича в основном занимались исследованиями внутреннего трения в металлах [1], в стеклах, в нитевидных кристаллах и в других материалах, но к исследованиям полупроводников В. С. Постников отнесся благосклонно и даже принял в них непосредственное участие. Первая совместная работа была обусловлена потребностями производства микроэлектронных изделий на Воронежском заводе полупроводниковых приборов (п/я 111). Необходимо было решить проблему снижения дефектности пленки SiO2, широко используемой в технологии изготовления транзисторов и интегральных схем. В процессе выполнения исследований была изучена природа и закономерности образования дефектов в пленке SiO2 [2, 3], физико-химические процессы роста и структура термического оксида SiO2 [4, 5] и разработаны технологические рекомендации по снижению дефектности пленок двуокиси кремния.
В это же время были начаты многолетние исследования влияния зарядового состояния и структуры электронных оболочек примесных атомов в кристаллах полупроводников на их электрические, оптические и парамагнитные свойства. Работы выполнялись с привлечением таких электрических методов, как эффект Холла, вольт-амперные и вольт-фарад-ные характеристики, с использованием спектрофотометров видимого и инфракрасного диапазона, фотолюминесценции и фотопроводимости, спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Валентин Семенович помог создать и оснастить Лабораторию радио- и оптической спектроскопии, сотрудниками которой стали его аспиранты Самсонов С.С., Кирилов В.И., Манохин Ю.П., а затем Прибылов Н.Н. и Спирин А.И. Благодаря стараниям Валентина Семеновича в институте была создана криогенная лаборатория, и все мы могли проводить исследования не только при температурах жидкого азота, но и при температурах жидкого гелия! Это позволило нам получать научные результаты на уровне лучших исследовательских коллективов международного значения.
Интересные новые результаты были получены при исследовании спектров ЭПР примесей переходных элементов в полупроводниках А3В5 [6-9], с помощью которых устанавливалась электронная структура примесных атомов. Этими экспериментами была доказана многозарядность переходных элементов в запрещенной зоне широкозонных полупроводников. В это же время появились публикации немецкой группы исследователей (Kaufmann U., Schneider J. и др.), подтверждающие наши выводы. Эти результаты имели не только фундаментальное, но и практическое значение, так как от положения уровня Ферми и
зарядового состояния примесных атомов зависели электрические и оптические свойства полупроводниковых кристаллов, легированных переходными элементами [10, 11].
Итогом многолетних исследований электронного парамагнитного резонанса в полупроводниках стала обобщающая монография «Парамагнитный резонанс в полупроводниках» [12].
Многозарядность примесей переходных элементов в полупроводниках А3В5 нашла свое подтверждение в результатах исследований оптических и фотоэлектрических свойств этих кристаллов. В этих работах было показано влияние зарядового состояния примесей на оптические спектры легированных полупроводников А3В5. Из спектров оптического поглощения и фотопроводимости были определены энергетические уровни примесей переходных металлов с различными зарядами в полупроводниках А3В5 и в кремнии [13-16].
Примесь меди сильно влияет на электрические, оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников А3В5 и в ряде случаев значительно ухудшает параметры микроэлектронных и оптоэлектронных приборов. Поэтому аспирантами Захаровым Ю.В., Материкиным Д.И. и другими был выполнен специальный цикл работ, посвященных изучению свойств монокристаллов полупроводников А3В5, легированных примесью меди в фосфиде индия [17], изучены примесная и собственная проводимость в 1пР и ваР, компенсированных примесью меди [18-21], внутри-центровые переходы между уровнями меди в фосфиде индия [22]. Полученные результаты имеют фундаментальную значимость, а также могут быть использованы при разработке новых оптоэлектронных приборов на основе 1пР и ваР и при анализе функционирования уже существующих.
Работы по исследованиям внутреннего трения в монокристаллах полупроводников были инициированы Валентином Семеновичем Постниковым [23] и выполнялись в диапазонах инфразвуковых (1-100) Гц (Ярославцев Н.П.) и ультразвуковых (1-100) КГц (Митрохин В.И.) колебаний.
По сравнению с традиционными объектами для исследования внутреннего трения, такими как металлы, стекла, ситаллы, керамика, нанокомпозиты и другие материалы, в монокристаллах полупроводников величина внутреннего трения, как правило, на несколько порядков ниже. Это предъявляет повышенные требования к собственному фону аппаратуры для измерения внутреннего трения, который должен быть не выше уровня10-5-10-6, и к способу закрепления образцов, исключающему деформацию. Спецификой при измерениях внутреннего трения в полупроводниках является также наличие многочисленных сопутствующих электрофизических и оптических явлений в этих материалах, что, с одной стороны, затрудняет интерпретацию результатов, а с другой - расширяет диагностические возможности метода.
№ 03 (167) Международный научный журнал
Наибольшее количество публикаций по данной тематике приходилось на период 70-80-х годов прошлого века, когда был высок интерес к исследованиям структурных дефектов и релаксационных эффектов в монокристаллах кремния и соединений А3В5 и А2В6. В этом направлении работали некоторые научные группы в США [24] и Германии [25]. В Советском Союзе активны были коллективы: Постников B.C., Кириллов В.И., Капустин Ю.А., Борисов B.C. (ВТИ, Воронеж) [26], Александров Л.Н., Зотов М.И. (Новосибирск) [27], Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. (ГИРМЕТ, Москва) [28], Фистуль В.И., Яковен-ко А.Г., Шелонин Е.А. (МИТХТ, Москва) [29], а также исследовательская группа Рембеза С.И., Яро-славцев Н.П., Митрохин В.И. (ВПИ, Воронеж) [30].
В полупроводниках методом внутреннего трения исследовались релаксационные эффекты, которые чаще всего проявлялись экспериментально: парауп-ругая релаксация, связанная с примесными атомами [27, 29, 31], с поверхностными дефектами механической обработки [26, 32], ионной имплантации [24] и термообработки образцов [33], внутреннее трение, обусловленное включениями второй фазы [34, 35], а также поглощением звука на подвижных носителях заряда в многодоменных и пьезоэлектрических полупроводниках [30].
Интересные результаты были получены при исследовании внутреннего трения в монокристаллах GaAs и InP в инфразвуковом диапазоне частот. Впервые в некоторых кристаллах полупроводников были обнаружены включения галлия и индия, которые переходили в жидкое состояние при соответствующих температурах. Принадлежность включений галлию и индию была доказана с помощью дифракции электронов, а метод внутреннего трения подтвердил свою высокую чувствительность. На основе выполненных исследований было
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.