Вплив імпульсного опромінення водневою та гелієвою плазмою на формування твердих розчинів у тонкоплівковій гетеросистемі CdTe/CdS

Abstract

Рентгендифрактометричним методом проведено дослідження впливу опромінення імпульсами водневої та гелієвої плазми на характер міжфазової взаємодії плівкових шарів сульфіду та телуриду кадмію, які були отримані методом гарячої стінки на скляних підкладках з прозорим електродом FTO. Під час осадження шарів CdS товщиною 0,3–0,32 мкм температура зони випарника становила 590 °C, а температура підкладки – 395 °C. Шари CdTe товщиною 3,8–4,0 мкм наносилися при температурі зони випаровування 520 °C і температурі підкладки 497 °C. Після нанесення проводилася «хлоридна» обробка гетеросистеми. Для цього на поверхню плівки телуриду кадмію без нагрівання підкладки методом термічного випаровування наносився шар хлориду кадмію товщиною 0,7 мкм. Потім проводився відпал на повітрі при температурі 410–415 °C протягом 20 хв. Склад твердих розчинів визначався за періодом кристалічної решітки у відповідності до правила Вегарда. У вихідному стані разом з кубічною фазою телуриду кадмію спостерігається наявність твердих розчинів CdTe1-xSx з концентрацією сірки 3 % та 8,2 %. Після опромінення гетеросистеми CdS/CdTe імпульсами водневої плазми весь базовий шар перетворився на твердий розчин з концентрацією сірки 3 %. При цьому спостерігаються ще дві фази твердих розчинів CdTe1-xSx з концентрацією сірки 6 % та 11,5 %. Відносна концентрація фази телуриду кадмію у вихідному стані складала 84 %, після опромінення імпульсами водневої плазми – 82 %. В той час як фази твердих розчинів з концентрацією сірки 3 % та 8,2 % у вихідному стані були у відносній концентрації 7 % і 9 %, відповідно, після опромінення їх відносна концентрація стала 15 % і 3 %, відповідно. Після опромінення гетеросистем CdS/CdTe імпульсами гелієвої плазми весь базовий шар перетворився на твердий розчин з концентрацією сірки 1,5 %. При цьому спостерігаються ще дві фази з концентрацією сірки 3,7 % та 7,9 %. Відносна концентрація фази телуриду кадмію після опромінення імпульсами водневої плазми зменшується до 79 %. В той час як відносна концентрація фази твердих розчинів з концентрацією сірки 3 % та 8,2 % після опромінення збільшується до 17 % і 12 %, відповідно. Різниця в еволюції фазового складу плівкової гетеросистеми CdS/CdTe під впливом опромінення імпульсами водневої та гелієвої плазми, яка спостерігається експериментально, може бути пов’язана з тим, що опромінення більш масивними атомами гелію призводить до більшого теплового впливу, що обумовлює плавлення.

The interphase interaction of cadmium sulfide and cadmium telluride thin film layers under irradiation with pulses of hydrogen and helium plasma was investigated by the X-ray diffraction method. CdS/CdTe heterosystem samples were obtained by the hot wall method on glass substrates with a transparent FTO electrode. During deposition of CdS layers 0.3 0.32 µm thick, the t emperature of the evaporator zone was 590 °C, and the substrate temperature was 395 °C. CdTe layers 3.8 4.0 µm thick were deposited at an evaporation zone temperature of 520 °C and a substrate temperature of 497 °C. After deposition, the “chloride” treatme nt of the heterosystem was carried out. The “chloride” treatment consisted in the deposition of a cadmium chloride film 0.7 μ m thick on the surface of a CdTe by thermal vacuum evaporation without heating the substrate and by annealing the entire structure in air at a temperature of 410-415 °C for 20 min. The composition of the solid solutions was determined from the lattice period according to Vegard's rule. I n the initial state, along with the cubic phase of cadmium telluride, the presence of CdTe 1 x S x solid solutions with a sulfur concentration of 3 % and 8.2 % is observed. After irradiation of the CdS/CdTe heterosystems with hydrogen plasma pulses, the entir e base layer turned into a solid solution with a sulfur concentration of 3 %. At the same time, two more phases of CdTe 1 x S x solid solutions with sulfur concentrations of 6 % and 11.5 % were observed. The relative concentration of the cadmium telluride pha se in the initial state was 84 %, after irradiation with hydrogen plasma pulses it was 82 %. In the initial state, the phases of solid solutions with sulfur content of 3 % and 8.2 % had relative concentrations of 7 % and 9 %, respectively; after irradiatio n, their relative concentrations became 15 % and 3 %, respectively. After irradiation of the CdS/CdTe heterosystem with helium plasma pulses, the entire base layer turned into a solid solution with a sulfur concentration of 1.5 %. In this case, two more ph ases with a sulfur concentration of 3.7 % and 7.9 % were observed. The relative concentration of cadmium phase telluride after irradiation with hydrogen plasma pulses decreases to 79 %. After irradiation, the relative concentration of the phase of solid so lutions with sulfur contents of 3 % and 8.2 % increases to 17 % and 12 %, respectively. The experimentally observed difference in the evolution of the phase composition of the CdS/CdTe film hetero system under irradiation with hydrogen and helium plasma pul ses may be due to the fact that irradiation with more massive helium atoms leads to a greater thermal effect, which causes melting.