Анотація до роботи:

Андронова О.В. Рідиннофазна епітаксія структур на основі GaSb для термофотовольтаічних перетворювачів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 – технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2003.

Дисертація присвячена розробці методик отримання з рідкої фази гомо- та гетероепітаксійних структур на основі GaSb для ТФВ-перетворювачів, а також дослідженню можливості підвищення ефективності ТФВ-перетворювачів за рахунок створення масиву квантових крапок у матриці GaSb. Для формування субмікронних емітерних областей ТФВ-перетворювачів на основі GaSb запропоновано та розроблено метод імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву з реалізацією теплообміну між теплопоглиначем і підкладкою через шар водню. Отримано структури GaSb/InAs з різкими гетерограницями, розроблено методику отримання з рідкої фази квантоворозмірних структур InSb в матриці GaSb.

1. Проведено комплекс досліджень з отримання рідиннофазною епітаксією структур на основі GaSb з параметрами, необхідними для створення ТФВ-перетворювачів, в результаті якого розроблено методику виготовлення гомо- і гетероепітаксійних структур з високою контрольованістю товщини (включаючи субмікронні шари) і складу вирощених шарів, а також методику отримання з рідкої фази квантоворозмірних структур InSb в матриці GaSb, перспективних як альтернатива каскадним ТФВ-перетворювачам.

2. Показано, що використання методу примусового охолодження розчину сурми в розплаві галію дозволяє вирощувати при температурах початку епітаксії 450-600 ⁰С на підкладках орієнтацією (111) дзеркальні гомоепітаксійні шари GaSb з товщиною понад 1 мкм при створенні квазірівноважних умов кристалізації шляхом зниження швидкості охолодження розчину-розплаву до 0,1 ⁰С/хв. Для формування субмікронних гомоепітаксійних шарів GaSb розроблено та використано метод імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву, в якому теплообмін між теплопоглиначем та підкладкою здійснюється через шар водню, що дозволило в широких межах варіювати тривалість переохолодження розчину-розплаву і здійснювати кристалізацію епітаксійних шарів з товщиною від десятків до сотень нанометрів.

3. Розроблено методику виготовлення гомоепітаксійних p-n-структур GaSb з контрольованою товщиною емітерних епітаксійних шарів, яка базується на використанні методу імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву з реалізацією теплообміну між теплопоглиначем і підкладкою через шар водню та на циклічному повторі операцій імпульсного охолодження до досягнення необхідної товщини епітаксійного шару. Виготовлено епітаксійні p-n-структури GaSb для ТФВ-перетворювачів з товщиною емітерної області близько 0,5 мкм, які не поступаються за значеннями зворотних струмів і шунтуючих опорів структурам з дифузійними p-n-переходами, описаними в літературі.

4. Досліджено процеси вирощування гетероепітаксійних шарів GaSb на підкладках InAs методом примусового охолодження розчину-розплаву. Показано, що в квазірівноважних умовах у зв’язку з розчиненням підкладки InAs при контакті з розчином-розплавом Ga-Sb відбувається кристалізація гетероепітаксійних шарів четверних твердих розчинів In_XGa_1-XAs_YSb_1-Y. Запропоновано та досліджено вирощування структур GaSb/InAs с різкою гетерограницею шляхом формування на початкових стадіях кристалізації захисного шару GaSb, який запобігає розчиненню підкладки InAs.

5. Запропоновано та розроблено модифікований метод імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву, в якому охолодження підкладки теплопоглиначем здійснюється через шар водню до контакту підкладки InAs з розчином-розплавом Ga-Sb, що дозволяє запобігти розчиненню підкладки та отримувати гетероструктури GaSb/InAs з планарною гетерограницею. Показана перспективність використання отриманих гетероструктур для виготовлення каскадних ТФВ-перетворювачів.

6. Вперше в якості альтернативи каскадним ТФВ-перетворювачам запропоновано використання масиву квантових крапок InSb в матриці GaSb для утилізації довгохвильового випромінювання, що знаходиться за межею поглинання антимоніду галію. Граничний приріст ефективності перетворення за рахунок утилізації довгохвильового випромінювання при оптимальних розмірах квантових крапок InSb в матриці p-GaSb (~13 нм) та n-GaSb (~10 нм) склав, відповідно, 7 та 7,5 %.

7. Продемонстровано можливість отримання з рідкої фази та вперше методом імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву отримано квантоворозмірні структури InSb в матриці GaSb. Спектри фотолюмінесценції отриманих структур були пояснені на основі моделі, згідно з якою квантоворозмірні структури InSb в матриці GaSb являють собою плоскі диски висотою 5 нм та радіусом 10 нм, сформовані на змочувальному шарі антимоніду індію товщиною 2 нм.

Публікації автора:

1. Андронова Е.В., Баганов Е.А., Хомченко А.Н. Выращивание слоев GaSb для термофотовольтаических преобразователей // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2000. - №3(9). - С. 94-97.

Здобувачем проведено аналіз літературних даних, здійснено постановку задачі дослідження, вирощено епітаксійні структури на основі GaSb та досліджено їх морфологічну досконалість, обґрунтовано висновки.

2. Андронова О., Мороз А. Дослідження процесів вирощування епітаксійних шарів GaSb на підкладках InAs // Вісник Львівського університету. Серія фізична. – 2001. - Вип. 34. - С. 110-116.

Здобувачем проведено вирощування з рідкої фази та дослідження епітаксійних шарів GaSb, обґрунтовано висновки.

3. Андронова Е.В. Технология получения p-n структур GaSb из жидкой фазы для термофотовольтаических преобразователей // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2001. - №4(13). - С. 438-440.

4. Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Селиверстова С.Р. Методы получения эпитаксиальных структур с планарными гетерограницами для термофотовольтаических преобразователей // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2002. - №3 (16). - С. 201-205.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Марончук І.Є. – постановка задачі дослідження, інтерпретація та наукове обґрунтування отриманих результатів.

Андронова О.В. – розробка методу вирощування епітаксійних шарів GaSb на підкладках InAs з рідкої фази, проведення процесів вирощування та дослідження отриманих структур, інтерпретація результатів.

Баганов Є.О. – розробка алгоритму та програми для розрахунку на ЕОМ критерію стійкості підкладки до розчинення рідкою фазою.

Селіверстова С.Р. – вимірювання спектрів фотолюмінісценції структур, підготовка матеріалу до публікації.

5. Андронова Е.В., Баганов Е.А., Далечин А.Ю., Карманный А.Ю. Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2003. – №1. – С. 46–48.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Андронова О.В. – аналіз літературних даних, постановка задачі дослідження, розрахунок енергетичних характеристик гетеропереходу GaSb/InSb, інтерпретація та наукове обґрунтування отриманих результатів.

Баганов Є.О. – розробка математичної моделі для розрахунку спектру поглинання в квантових крапках, підготовка матеріалу до публікації.

Далечін О.Ю., Карманний О.Ю. – розробка алгоритму та програми для розрахунку на ЕОМ спектру поглинання в квантових крапках.

6. Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. – 2003. – №1. – С. 91-95.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Марончук І.Є., Курак В.В. – постановка задачі, інтерпретація результатів та підготовка матеріалів до публікації.

Андронова О.В. – виготовлення епітаксійних структур з квантовими крапками, аналіз спектрів фотолюмінісценції.

Баганов Є.О. – встановлення форми та оцінка розмірів квантових крапок з аналізу спектрів фотолюмінісценції.

7. Марончук І.Є., Андронова О.В., Баганов Є.О. Спосіб одержання гетероепітаксійних шарів з рідкої фази. Заявка № 2003021059 від 06.02.2003 р. Рішення ІПВ про видачу патенту від 6.10.2003 р.

Здобувачу належить розробка модифікованого методу імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву.

8. Андронова Е.В. Выращивание эпитаксиальных слоев GaSb на подложках InAs // Труды II Междунар. научно-практической конф. «Современные информационные и электронные технологии». – Одесса. – 2001. – С. 272.

9. Andronova E.V., Tsybulenko V.V., Chorniy I.V. Growing of quantum dots by LPE techniques in A³B⁵ heterostructures // Proc. 1^st International Young Scientists’ Conf. on Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2001. – P. 95-96.

Здобувачем проведено дослідження можливості вирощування квантових крапок у системі GaSb/InAs, підготовлені тези доповіді.

10. Kurak V., Andronova E., Baganov Ye., Maronchuk A. GaSb infrared photodetectors with InSb quantum dots // Abstracts 6^th International Conf. “Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics”. – Kyiv (Ukraine). – 2001. – P. 68.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Курак В.В. – постановка задачі дослідження та обґрунтування висновків, підготовка тез доповіді.

Андронова О.В., Марончук О.І. – розрахунок спектру поглинання інфрачервоного випромінювання в квантових крапках InSb, аналіз результатів розрахунків та можливості отримання квантових крапок з рідкої фази.

Баганов Є.О. – розробка математичної моделі для розрахунку спектру поглинання квантових крапок.

11. Курак В.В., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Цыбуленко В.В., Минайлов А.И. Гетерокомпозиции с низкоразмерными структурами для термофотовольтаических преобразователей // Тези І Української наукової конф. з фізики напівпровідників (УНКФН-1). – Том 2. – Одеса: Астропринт. – 2002.– С. 222.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Курак В.В. – постановка задачі дослідження та обґрунтування результатів.

Андронова О.В., Баганов Є.О. – розрахунок оптимальних розмірів низькорозмірних структур InSb, аналіз результатів розрахунків.

Цибуленко В.В. – аналіз літературних джерел з метою вибору моделі гетеропереходу GaSb/InSb з урахуванням механічної напруги.

Мінайлов А.І. – підготовка тез доповіді.

12. Андронова О.В., Баганов Є.О., Цибуленко В.В., Чорний І.В. Гетероструктури з квантовими крапками для фотовольтаїчних перетворювачів // Тези Всеукраїнської конф. молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Евріка – 2002”. – Львів. – 2002. – С. 73-74.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Андронова О.В. – розрахунок потенційних бар’єрів в гетероструктурах GaSb/InSb та GaAs/InAs з урахуванням механічної напруги на гетерограниці, аналіз та обґрунтування отриманих результатів.

Баганов Є.О. – розрахунок спектру поглинання та оптимальних розмірів сферичних квантових крапок InSb в матриці GaSb для термофотовольтаїчних перетворювачів, підготовка тез доповіді.

Цибуленко В.В., Чорний І.В. – розрахунок спектру поглинання та оптимальних розмірів квантових крапок InAs в матриці GaAs для фотовольтаїчних перетворювачів сонячного випромінювання.

13. Марончук И.Е., Курак В.В., Андронова Е.В., Баганов Е.А. Получение планарных гетерограниц в системе GaSb-InAs с использованием метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава // Труды IV Междунар. научно-практической конф. «Современные информационные и электронные технологии». – Одесса. – 2003. – С. 290.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Марончук І.Є. – постановка задачі дослідження, наукове обгрунтування отриманих результатів.

Курак В.В. – аналіз спектрів фотолюмінісценції, підготовка матеріалів до публікації.

Андронова О.В. – виготовлення епітаксійних структур, інтерпретація отриманих результатів та оптимізація технологічних режимів вирощування гетероструктур GaSb/InAs.

Баганов Є.О. – розрахунок стійкості епітаксійних шарів GaSb та InAs до розчинення в твердій фазі.

14. Курак В.В., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Селиверстова С.Р. Формирование низкоразмерных структур в системе InSb-GaSb методом импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава // Матеріали ІХ Міжнародної конф. “Фізика і технологія тонких плівок”. – Том 2. – Івано-Франківськ. – 2003. – С. 22-23.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Курак В.В., Селіверстова С.Р. – вимірювання та аналіз спектрів фотолюмінесценції.

Андронова О.В. – розробка методики, вибір режимів вирощування та виготовлення низькорозмірних структур рідиннофазною епітаксією.

Баганов Є.О. – розрахунок спектру носіїв заряду у одномірній та тримірній квантовій ямі.

15. Андронова Е.В., Баганов Е.А., Злобина Е.П. Получение гомо- и гетероэпитаксиальных слоев GaSb для термофотоэлектрических преобразователей методом импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава // Тези Відкритої Всеукраїнської конф. молодих вчених та науковців “Сучасні питання матеріалознавства”. – Харків. – 2003. – С. 84.

Здобувачем проведено вирощування гомо- та гетероепітаксійних структур, аналіз отриманих результатів, підготовлено тези доповіді.

16. Andronova E.V., Baganov Ye.A., Kurak V.V., Maronchuk I.Ye. Processes of heat-mass transfer during the growth of low-dimensional layers by the method of pulse cooling of saturated solution-melt // Труды V Междунар. конф. «Рост монокристаллов и тепломассоперенос» (ICSC-03). – Обнинск. – 2003.– С. 585-591.

Співавторами були зроблені наступні внески в роботу:

Андронова О.В. – проведення експериментів з вирощування епітаксійних шарів GaSb за розрахунковими режимами та дослідження отриманих шарів.

Баганов Є.О. – моделювання процесів тепломасопереносу.

Марончук І.Є., Курак В.В. - інтерпретація результатів досліджень та підготовка матеріалів до публікації.