УДК 536. 75: 548. 5

Фазовые переходы в соединениях А^IV B^VI

Ю. М. Смирнов

Россия, г. Тверь, Тверской государственный университет

Симметрийно-групповым методом проанализированы возможности фазового перехода в теллуриде олова. Показаны возможности получения ориентированных структур Ge/GeTe и SnTe/Sn.

Ключевые слова: cимметрийно-групповой метод, теллурид олова, теллурид германия, гетероструктура.

Соединения A B имеют полупроводниковые свойства и применяются в фотоприёмниках, термоэлементах, тензометрах. Их потенциальные возможности разнообразны, тем не менее, промышленное использование их пока незначительно. Технологию выращивания монокристаллов этих соединений нельзя считать достаточно разработанной. В то же время не следует считать, что эти соединения не могут оказаться технологичными и занять достойное место в радиоэлектронике. Классическим примером «бросового» соединения является, например, арсенид алюминия, который был в своё время получен в виде монокристаллов, но сочтён нетехнологичным материалом из-за химической нестабильности. А в дальнейшем оказалось, что твёрдые растворы на его основе типа Al_x Ga_1-xAs вполне пригодны для изготовления стабильных гетероструктур и приборов. Как иногда бывает, помогла случайность, активно использованная группой, руководимой тогда Ж. И. Алфёровым.

За короткий период гетероструктуры на этой основе были применены для изготовления большого количества вариантов приборов – лазеров, работающих при комнатных температурах, солнечных элементов, биполярных транзисторов и др., а лаборатория в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, руководимая Ж.И. Алфёровым, обогнала в этих направлениях ряд известных зарубежных лабораторий и институтов [1].

Нельзя исключать, что нечто подобное может произойти и на базе других полупроводниковых соединений, например, описываемых здесь. Кстати, в известную «карту мира» Ж. И. Алфёровым уже более 10 лет назад включены соединения типа А^iv В^vi - Ge Те, Pb Se, Pb Te, Sn Te.

Cоединения А^iv В^vi известны определёнными технологическими сложностями – наличием фазовых переходов 2 рода, отклонениями от стехиометрии, значительными концентрациями «собственных» примесей. Способы получения монокристаллов и гетероструктур зачастую осложняются летучестью компонентов. Тем не менее, область синтеза и роста регулярных структур на базе этих соединений интересна не только с научных позиций, но и с точки зрения потенциальных применений.

Нами сделаны попытки исследовать возможности синтеза структур на базе теллурида германия. Предварительный теоретический симметрийно-групповой анализ показал, что зта система, обладающая «лестницей» фазовых переходов второго рода типа O_h – C_3v – D_2h, трудно технологична. Однако, удалось получить гетероструктуры на её основе. Для этого был применён метод ступенчатого вакуумного испарения на установке ВУП-5М. После нанесения ряда слоёв на подложку применёно интеркалирование в интервале температур 1050 – 1000 К при дальнейшем понижении температур в течение нескольких суток. При травлении поверхностного слоя структур были обнаружены дислокационные ямки травления с симметрией C_3v. Плотность их находилась на уровне 3∙10³ см^-3. Cимметрия ямок свидетельствовала о получении монокристаллического слоя, что подтвердило целесообразность применения метода ступенчатого интеркалирования [2]. Заметим, что этот результат говорит об определённой области стабильности режима в интервале перехода O_h – C_3v. Соединение Ge Te имеет ряд аналогов, например, SnTe и PbTe. Данные о ширине запрещённых зон в различных источниках весьма отличаются, но по аналогии с зоной GeTe следует ожидать величин зон на уровне от 0,2 до 0,6 эВ. Прафазу для SnTe следует относить к группе m3m. По аналогии с соединением GeTe определим соотношения совместности для соединения SnTe [2].

Таблица. Cоотношения совместности для SnTe (O_h – С_3v)

C3v	E	2C1	3 v
A1	1	1	1
A2	1	1	-1
E	2	-1	0
Oh	E	8C3	6 d
A1g	1	1	1
A2g	1	1	-1
Eg	2	-1	0
T1g	3	0	-1
T2g	3	0	1
A1u	1	1	-1
A2u	1	1	1
Eu	2	-1	0
T1u	3	0	1
T2u	3	0	-1

Редукция по группе C_3v показала полное снятие вырождения (представления А₁, А₂) и уменьшение вырождения до двумерного (представление Е). С учётом ортогональности получим:

A₁(A_1g) = 1 A₂(A_2g) = 1 E (E_g) = 1

A₁(T_2g) = 1 A₂(T_1g) = 1 E (E_u) = 1

A₁(A_2u) = 1 A₂(A_1u) = 1 E (T_1u) = 1

A₁(T_2u) = 1 A₂(T_2u) = 1 E (T_2u)) = 1

В итоге уровни T_2u и T_2g распадаются на одномерные уровни A₁и A₂ и двумерный вырожденный уровень E. Подтверждены данные (по оценкам)

возможности перехода O_h - С_3v.

Соотношения совместности для SnTe (O_h – D_2h) не подсчитывались в связи с полной аналогией симметрийно - группового анализа сравнительно с соединением GeTe. Отличия в эксперименте состояли в применении в качестве подложки пластины Si. Система ступенчатого интеркалирования принята в соответствии с экспериментом Ge/Ge Te/Te. Возможность получения монокристаллического слоя SnTe (C_3v) подтверждается монокристалличностью слоя GeTe в предыдущих опытах. Температурные параметры процесса получения полупроводниковых гетероструктур основаны на следующих этапах интеркалирования: 1. нагрев кремниевой подложки до 1300 К; 2. медленное охлаждение до 1200 К с одновременным испарением германия; 3. Выдержка при 1150 – 1200 К; 4. медленное понижение температуры до 1050 К; 5. испарение теллура с выдержкой при 1020К; 6. медленное охлаждение с выдержками при 900 и 700 К; 7. остывание структуры с постепенным понижением температуры.

Литература:

1. Алфёров Ж. И. Двойные гетероструктуры: концепция и применение в физике, электронике и технологии. Успехи физических наук, т. 172,№9, 2002, C. 1068 – 1086.

2. Cмирнов Ю.М. Фазовые переходы в теллуриде германия// Вестник ТвГУ. Сер. «Физика», 2010, №25, С. 36 – 40.