1.5 Қабықшалар алу

Бірнеше жағдайларда ZnO қабықшасын (әсіресе монокристаллды) опто- және акустоэлектрлік арнайы мақсаттарда пайдалану монокристаллдар алдында белгілі бір артықшылықтарға ие. Мырыш тотығының қабықшасын дайындау әдістерінің бөшектік анализі [2, 3] шолуларда ұсынылған, сол себепті ZnO қабықшасының ең тиімді деген әдістеріне ғана тоқталып өтеміз, олар әдетте практикалық мақсатта қолданылады (1.1 бөлімді қараңыз).

Осылай, [147] жұмыста ZnO бағыттаушы қабықшаларын металлды органикалық байланыстардың қыздырылған төсемелерінже О2 қатысуымен алынады. Бастапқы материал ретінде мырыш ацетилацетонат және мырыш пропионаты қызмет етеді, соңғысының бұзылуы нәтижесінде жетілген қабықшалар алынады. Қабықша структурасы төсеме типіне, температура мен енгізу уақытына байланысты екендігі көрсетілген, үлестік қарсыласу 10⁵ – 10⁸ Ом*см болады.

Оттегі диэтициклин пиролизі ретінде, 200 – 500С температурада, шыны төсемелерде газ фазасынан кристаллдау әдісі арқылы аргон ағымында мырыш тотығының бағытталған қабықшасын алуға болады, сонымен қатар бағытталудың жоғары дәрежесі 325 – 400С температура аймағында болады [148, 149].

Қазіргі уақытта кең танымалдылыққа ие болған әдіс [150, 151] жұмыста ұсынылған және Н2 атмосферасында мырыш тотығын тасымалдауға негізделген. Осы әдіспен 550 – 650С температурада жетілдірілген, бағытталған ZnO қабықшалары алынған. Тұндыру төсеніштерде жүзеге асырылған, олар ретінде шақпақ тас беттері, (0001), (1120), (1011), (1012) бағыттары бар Al₂O₃ және (0001) мырыш тотығы монокристаллдарының шектері. Қабышқа структурасының өсу, бағытталу және төсемені өңдеу сапасы шарттары зерттелген және алынған қабықшалардың жоғары сапалылығы анықталған. әдіс жетістігі - өсу жылдамдығының салыстырмалы жоғары жылдамдығы мен жақсы өнімділігі.

[154] жұмыста ZnO эпиксальды қабықшалары мырыш тотығы ұнтағының Н₂ атмосферасында буланып кетуі әдісі арқылы, монокристалл төсемелері ретінде Ge және GaAsпайдаланылған, олардың бағыты (100), (110), (111) және бағыттылығы (111) болатын кремний кристалдарынан алынған. Эпитаксиальды қатпар өсуіндегі төсеме температурасы 600 – 650С болған, ZnO қабығындағы кристаллдар олардың бағыты (1010) (110) бағытына параллель болатындай етіп Ge және GaAs бойынша бағытталған, сыртқы шекара (0001) ZnO болады. кремнийді төсеме ретінде пайдалану пайдалы нәтиже әкелмеді.

Химиялық тасымалдау, ZnO эпиксальды қабатының жетілген структурасының қалыптасуы арқылы алынған қабықша микроморфологиясының синтез бен кристаллдауға, төсеме табиғаты, сипаты мен бағыттылығына тәуелділігі [155] келтірілген. Төсемелер ретінде шақпақ тас (мусковит пен фторфлоготип), сапфир, германий, GaAs қолданылған.

Өсімнің оптималды шарттары негізінде алынған қабықша морфологиясы төсеменің беткі қабатын сипаттайтыны айылған: қабықшадағы кристалдардың соңғы бағыттылығы бастапқы тумалардың бағытына байланысты екендігі анық, ZnO эпиксалды қабықшаларының өсімінің бағыты (0001) зерттелген шарттарда. Артық мөлшердегі мырыш ZnO беткі қабатының морфологиясына әсер етпейді. Улау әдісімен анықталғандай эпиксальды қабықшалардың ең жақсы үлгілерінде (қалыңдығы 100 – 200мкм) улау ұяшықтарының концентрациясы 10⁴ – 10⁶ см^-2 болған.

[156] жұмыста тұндыру шарттарының әсері бақыланатын шарттардағы химиялық транспорт әдісінің морфологияғы, ZnO қабықшаларының жетілуі менкинетикалық өсуіне әсері зерттелген, олар Al₂O₃ төсемелерінде (1010), (1120), (101) бағыттылығымен өсірілген.

Al₂O₃ төсемелерінде (1010) бағыттылығы бар газдық фазадан тұндырылып алынған ZnO эпиксалды қабықшаларының электрлік және люминесценциялы қасиеттері [157] зерттелген.

Химиялық транспорт әдісімен сапфир төсемелерде (0001), (1120) және (0112) бағыттылығы бойынша ZnO гетероэпиксальды қабықшалар адынған және олардың нақты структурасы зерттелген [158].

Рентгендідифрактометрикалық әдіспен қабықша – төсеме бағытталған қатынасы зерттелген және оның нәтижесі мырыш тотығы мен сапфир беттесуші жазықтықтарының кристаллографиялық сәйкестігі тұрғысынан талқыланған [159].

Эпитаксиальды қабықшалардың өсіру шарттары мен төсеме бағыттылығы қасиеттеріне байланысты тәуелділігі [160] қарастырылған. Келесі газотранспорттық әдістермен қабықшаларды тұндыру параметрлері зерттелген [152]: тигль температурасы мен төсеме температурасы, төсеме типі мен бағытталуы, жүйедегі сутегінің жалпы қысымы, алынатын қабықшалардың жалпы физикалық қасиетіне оның әсері зерттелген.

ZnO - HCl – H₂ жабық жүйесінде газтранспорттық реакция әдісімен ZnO сапфирлі төсемеледегі гетероэпиксиальды өсімі зерттелген. (HCl)/ (H₂) концентрациясының қатынасы 1/10нан 1/20 дейін деп пайдаланған кезде ZnO – ның жоғары бағытталған, жақсы сапалы монокристаллдары алынған, осы кездегі бастапқы темепература 815 – 890С болса, төсемедегі температура 200 – 250С – ге төмен.

Эпитаксиалды қабықшалар сапасы мен олардың бескі қабаттарының морфологиясы төсеме бағытына байланысты және өсіру температурасы [162] зерттелген. Сапфирдегі мырыш тотығының қабықшасының өсімінің бағытының темепературалы аймағы анықталған, одан тыс поликристаллды қабықшалар түзілген.

ZnSe қабышқасына реакция бойынша тотығу

ZnSe + (3/2) O2 → ZnO + SeO2 (2.8)

ZnO қабықшаларын алудың негізгі әдістері негізделген, олар белгілі бір артықшылықтарға ие, және ZnSe алудың қарапайым булану мен вакуумдағы конденсация есебінен оңай алуға мүмкіндік береді, қалыңдығы бірнеше микрон болатын қабықшаларды аз уақыт ішінде тотықтыруға мүмкіндік береді, себебі ZnSe – гі оттегі диффузиясының жылдамдығы жоғары, және қабықшаны 400С – ден жоғары температурада селеннен босатуға мүмкіндік береді, себебі Se төменгі қайнау темепературасына ие (317) [12, 26, 163 - 166]. Айтылған әдіспен ZnO поликристаллды қабықшалары алынған, олар мөлдір емес, сонымен қатар оны дайындау екі кезеңнен тұрады: 900С температурада төсемелерген ZnSe қабықшасының вакуумда тұнуы және олардың ауада, 450 – 600С температурада мырыш тотығын түзе отырып тотығуы. Алынған қабықшалардағы үлестік тебу күші 10² – 10³ Ом*см. Ұқсас қабықшалар мырыш сульфидінің қатпарларының тотығуы жолымен де алынған болатын [167].

Алюминий және лития қоспаларымен қабықшаны белсендіру кезінде үлестік тебу күші 10⁵ – 10⁶ Ом*см дейін өседі және синтезделген қабықшалардағы кристаллиттер төсеме бетіне С осі перпендикуляр болатындай етіп бағытталған. Алюминиймен белсендірілген қабықшалар мөлдір немесе ашық сары түске ие, ал литимен белсендірілгендер – біртекті емес беткі қабат үшін мөлдір емес[163, 164].

ZnS және ZnSe эпиксиальды қабықшаларын ұзақ уақыт бойы оттегі бар жерде күйдіру кезінде мозайкалы кристаллдық структуралы қабықшалардың түзілетіні белгілі болды, ол электрондар дифракциясын зерттеу кезінде анықталып отыр. Бұл кезде ZnS және ZnSe қатпарларының беткі қабатында ZnO эпиксиальды қабықшалары байқалған, олар гексагональды, кубтық (тұрақты а=4,5А кристаллдық торымен) немесе аралас структуралы болған [134].

[12, 26] жұмыстарда ZnO эпиксиальды қабықшалары ZnSe қатпарларын тотықтыру жолымен алынған, және ZnSe және ZnO қабықшалары структурасының детальды электронографиялық зерттеуі жүргізілген, ZnO жіңішке қабықшаларының пьезоқасиеттерінің микроструктураға тәуелділігі зерттелген, сонымен қатар әртүрлі бағытталған қабықшалардағы өзгерістерге кеткен шығын есептелген. ZnSe қабықшаларын вакуумда енгізген (10-3Па), буландырғыш темепературасы 900 – 1100С шектерінде өзгеріп отырған, төсеме температурасы 150 – 400С. Төсеме ретінде кварц, рубин, лейкосапфир, итрий – алюминийлі граната, вакуумда металл жағылған шақпақ тастар қызмет еткен, олар түрлендіргіштің төменгі электрондары ретінде қызмет еткен.

ZnSe үлгісін ашық ампулада 400 – 600С температурада 3 – 5 сағат бойы күйдірген. ZnSe – нің ZnO айналу толықтығы рентгенографиялық және оптикалық әдістермен бақыланып отырған. ZnSe және ZnO қабықшаларының микроструктурасы мен текстурасының түндыру мен күйдіру әдістеріне тәуелділігі зерттелген және ZnSe қабықшаларынтотықтыру әдісімен ZnO қабықшаларының берілген қалыңдықтағы текстурленген қабышшаларын алуға болатыны белгілі болды. Анық болғандай, күйдірудің оптималды температурасы 500С болып табылады.

Үлестік тебу (р), алынған ZnO қабықшаларындағы, тотығу температурасына байланысты, жүргізілген тәжірибелерде р 1 – 10³ Ом*см арасында өзгеріп отырған, үлгілерді литиймен легирлеу 10⁴ – 10⁵Ом*см артады. Берілген әдіспен синтезделген қабықшалар пьезоэлектрлік сипаттамалары бойынша катодты шашырату әдісімен алынған қабықшалардан кем емес [12, 26].

ZnO – ны газдық фазадан алудың жоғарыда айтылғаннан басқа көптеген әдістері бар, оған катодты шашырату әдісі, электронды – сәулелі бомбалау әдісі және т.б жатады [2]. Бұл әдістердің бірнеше кемшіліктерін айта кеткен дұрыс, ал нақтысы – тұнудың аз жылдамдығы мен нестехиометриялы және қабықшалар қоспасы барболуы мүмкін, олар синтез процессінің ұаққа созылуында тұнудың тұрақтылығының қиындығымен сипатталады.