Исследование примеси кислорода в Германии

3. Begley M. R., Mumm D. R., Evans A. G., Hutchinson J. W. Analysis of a wedge impression test for measuring the interface toughness between films/coatings and ductile substrates // Acta Materialia, 2000, vol. 48. № 12, p. 3211-3220.

4. Bamba G., Wouters Y., Galerie A., Charlot F., Dellali A. Thermal oxidation kinetics and oxide scale adhesion of Fe-15Cr alloys as a function of their silicon content // Acta Materialia, 2006, vol. 54. № 15, p. 39173922.

5. Liu Y.-F., Kagawa Y., Evans A. G. Analysis of a "barb test" for measuring the mixed-mode delamination toughness of coatings // Acta Materialia, 2008, vol. 56, p. 43-49.

6. Evans H. E. Oxidation failure of TBC systems // An assessment of mechanisms, Surface & Coatings Technology, 2011, vol. 206, p. 1512-1521.

7. Caron P., Khan T. Evolution of Ni-based superalloys for single crystal gas turbine blade applications // Aerospace Science and Technology. 1999, vol. 3, p. 513523.

8. Fedorova E., Monceau D., Oquab D. Quantification of growth kinetics and adherence of oxide scales formed on Ni-based superalloys at high temperature // Corrosion Science. 2010, vol. 52, p. 3932-3942.

9. Fedorova E., Monceau D., Oquab D., Turq V. Nano-indentation determination of the mechanical properties of the oxide scale formed by high temperature oxidation of Ni-based superalloys // EUROCORR 2012, 9-13 September, Istanbul.

10. Schutze M. Protective Oxide Scales and Their Breakdown // The Institute of Corrosion and Wiley Series on Corrosion and Protection, 2006. 165 p.

11. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments, Mat. Res., 1992, vol. 7(6), р. 1564-1583.

12. Gololsky K. V., Lvova N. A., Useinov A. S. The use of scanning probe microscopes and nanoindentation to study the mechanical properties of solid materials at the nanoscale, Industrial Laboratory. Diagnostic of materials, 2007, vol. 73. № 6. p. 28-36.

13. Golovin Y. I. Nanoindentation and mechanical properties of solids in the submicron scale, near-surface layers and thin films // Physics of the Solid State, 2008, vol. 50 (12), p. 2113-2142.

14. Nix W. D., Gao H. Indentation size effects in crystalline materials: a law for strain gradient plasticity // J. Mech. Phys. Solids, 1998, vol. 46, p. 411-425.

© Федорова Е. Н., Суходоева Н. В., Монсо Д., Окаб Д., Турк В., 2013

УДК 621.315.592

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕСИ КИСЛОРОДА В ГЕРМАНИИ

А. Ф. Шиманский1, О. И. Подкопаев2, Т. В. Кулаковская2, П. С. Бычков3, Н. О. Голубовская3

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: shimanaf@mail.ru

2ОАО «Германий»

Россия, 660027, г. Красноярск, Транспортный проезд, дом 1, стр. 10. E-mail: krasgermaniy@mail.ru

3Сибирский федеральный университет Россия, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: nogolubovskaya@gmail.com

Проведено исследование примеси кислорода в кристаллах германия методом ИК-спектрометрии. Установлено, что положение «кислородной» полосы в ИК-спектре германия отвечает волновому числу 842 см-1. После отжига в среде аргона в течение 10 ч волновое число возрастает до 862 см-1. Выявлена зависимость волнового числа, отвечающего колебаниям кислородной связи германия, от содержания кислорода.

Ключевые слова: германий, монокристаллы, примесь кислорода, ИК-спектрометрия, волновое число. INVESTIGATION OF OXYGEN IMPURITY IN GERMANIUM

A. F. Shimanskiy1, O. I. Podkopaev2, T. V. Kulakovskaya2, P. S. Bychkov3, N. O. Golubovskaya3

Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, Russia 660014. E-mail: shimanaf@mail.ru

2OJSC "Germanium"

1, Transportnuy proezd, Krasnoyarsk, 660027, Russia. E-mail: krasgermaniy@mail.ru

3Siberian Federal University 79, Svobodnuy prosp., Krasnoyarsk, 660041, Russia. E-mail: nogolubovskaya@gmail.com

Oxygen impurity in germanium crystals by IR-spectroscopy is investigated. It is established the position of the "oxygen" bands in the IR spectrum corresponds to wave number 842 cm-1. After annealing under argon during 10 hours

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области

wave number has increased to 862 cm-1. The dependence of the wave number, corresponding to the vibrations of bond oxygen-germanium from the oxygen content is received.

Keywords: germanium, single crystals, oxygen impurity, lR-spectroscopy, wave number.

К наиболее наукоемким и высокотехнологичным промышленным секторам, потребляющим монокристаллический германий с повышенными требованиями к структуре и содержанию примесей, принадлежит наноэлектроника, где ве используется в качестве подложек для эпитаксиальных АШВУ оптико-электронных структур типа Оа1пР/Оа1пАБ/Ое, являющихся основой солнечных элементов с высоким КПД -до ~40 %. Для изготовления фотопреобразователей требуются бездислокационные кристаллы с низким содержанием примесей, так как наличие дислокаций и неконтролируемых примесей приводит к несоответствию параметров кристаллических решеток ве и соединений АШВУ, препятствуя росту высококачественных эпитаксиальных слоев на германиевой подложке [1].

Одной из основных примесей в германии, определяющей образование микродефектов, поведение термодоноров, время жизни неравновесных носителей заряда и другие свойства монокристаллов, является кислород.

Целью работы явилось исследование примеси кислорода в кристаллах германия методом ИК-спектро-метрии.

Для проведения экспериментов применяли ИК-Фурье спектрометр №с°1е1 380. Концентрацию кислорода рассчитывали по формуле

[О,. ] = 1,05-101

2,3 D  cos10,08 2d

где Б - оптическая плотность, соответствующая «кислородной» полосе; с1 - толщина образца; 10,08° -угол, под которым ИК-излучение проходит через кристалл германия.

Содержание кислорода в кристаллах германия, как правило, определяется по интенсивности ИК-поглощения в максимуме полосы на волновом числе 856 см-1 [2]. На рис. 1 представлен типичный спектр поглощения исследованных нами образцов монокристаллического германия, выращенных на предприятии ОАО «Германий» (г. Красноярск). Установлено, что концентрация оптически активных атомов кислорода в исследуемых кристаллах германия изменяется от 0,201016 до 1,301016 см-3, и при данном содержании [О,] положение «кислородной» полосы в ИК-спектре германия отвечает волновому числу 842 см-1.

Рис. 1. ИК-Фурье спектр монокристалла германия в диапазонах 400-4 000 см 1

Рис. 2. Зависимость волнового числа, отвечающего колебаниям кислородной связи германия, от содержания кислорода

б

а

С учетом данного экспериментального факта и результатов работ [3; 4] можно предположить, что волновое число, отвечающее колебаниям связи германий -кислород, изменяется в зависимости от содержания кислорода в кристалле. Подтверждением данной гипотезы являются представленные на рис. 2 результаты исследования влияния диффузионного отжига кристалла ве в газовой среде, содержащей кислород, на значение волнового числа, отвечающего колебаниям кислородной связи германия.

Установлено, что после отжига, например, в течение 4 ч волновое число возрастает до 846,4 см-1. Далее при увеличении длительности отжига «кислородная» полоса смещается в длинноволновую область все больше, и концентрация [О,] в ве увеличивается от 1,01016 до 3,0-1017 см-3. При длительности отжига ~10 ч достигаются наибольшее содержание [О,] и максимальное значение волнового числа, равное 862 см-1.

References

1. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. 1st ed. Wiley, New York, 2003. № 176, p. 223-225.

2. Claeys Cor L., Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Elsevier, 2007, 449 p.

3. Gordon D., Kohli K. K., Clauws P., Vinh N. Q. Decay mechanism of the v3 865 cm-1 vibration of oxygen in crystalline // Physical Review, № 80 (11), 2009.

4. Seref K., Romandicb I., Theuwisb A. Optical characterization of dislocation free Ge and GeOI wafers // Materials Science in Semiconductor Processing, № 9, 2006, p. 753-758.

© OnMaHCKHH A. O., nogKonaeB O. H., KynaKOBCKaa T. B., ELHKOB n. C., Tony6oBCKa» H. O., 2013