×
25.08.2017
217.015.bf43

Результат интеллектуальной деятельности: РАСТВОР ДЛЯ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК СЕЛЕНИДА ИНДИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к технологии получения селенида индия(III), широко используемого в микроэлектронике для получения детекторов ядерного излучения и при создании преобразователей солнечного излучения в качестве основы для такого материала, как диселенид меди(I) и индия CuInSe. Раствор для гидрохимического осаждения тонкой полупроводниковой пленки селенида индия(III) содержит соль индия(III), селенокарбамид, винную кислоту и сульфит натрия при следующих концентрациях реагентов, моль/л: соль индия(III) 0,01-0,15; селенокарбамид 0,005-0,1; винная кислота 0,01-0,06; сульфит натрия 0,005-0,1. Благодаря наличию таких добавок, как селенокарбамид и сульфит натрия, изменяются кинетика процесса и условия осаждения в сравнении с прототипом. Селенокарбамид является источником селенид-ионов. Сульфит натрия играет роль антиоксиданта, предотвращая окисление селенокарбамида в растворе. Винная кислота одновременно комплексует ионы индия и повышает буферную емкость реакционной смеси, поддерживая рН раствора на определенном уровне. Получаемые слои из данного раствора осаждения имеют хорошую адгезию к подложечному материалу и зеркальную поверхность. Их толщина составляет 300 нм. 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения, а именно к технологии получения изделий оптоэлектроники и солнечной энергетики, и может быть использовано при изготовлении фотодетекторов, сенсоров и преобразователей солнечного излучения. Техническим результатом изобретения является получение тонких полупроводниковых пленок селенида индия(III) методом химического осаждения из водных растворов, характеризующимся более высокой производительностью и простотой аппаратурного оформления.

Селенид индия(III) является полупроводником n-типа, имеет оптическую ширину запрещенной зоны равную 1.2 эВ [Новоселова А.В. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ. - М.: Наука, 1979, 339 с.] и благодаря своим оптическим, электрическим и магнитным свойствам широко используется в опто-, микро- и наноэлектронике, например, для получения детекторов ядерного излучения, поглощающих покрытий и при получении такого перспективного материала, как диселенид меди(I) и индия CuInSe2, где он выступает в качестве основы этого соединения.

Для получения качественных структур технологически проще и экономически выгоднее нанесение слоя селенида индия(III) в одну технологическую стадию. В зависимости от условий синтеза все технологические приемы получения селенида индия(III) делятся на две группы: газофазные и жидкофазные.

Известно несколько безрастворных малоэффективных технологических приемов получения тонких пленок селенида индия(III). К ним относятся: распыление раствора тиомочевинного комплекса соли индия(III) с последующим его пиролизом на нагретой подложке [Bouzouita Н., Bouguila N., Duchemin S. et al. // Renewable Energy. 2002. V. 25. P. 131.], химическое осаждение селенида индия(III) из газовой фазы [Lyu D.Y., Lina T.Y., Chang T.W. et al. // J. of Alloys and Comp. 2010. V. 499. P. 104., Патент КПВ № CN 102275880 А, кл. C01B 19/04, опубл. 2011], атомная и молекулярно-лучевая эпитаксии [Vaidyanathan R., Stickney J.L., Сох S.M. et al. // J. of Electr. Chem. 2003. V. 559. P. 55., Li S., Yan Y., Zhang Y. et al. // Vacuum. 2014. V. 99. P. 228.], вакуумное осаждение [Pathan H.M., Kulkarni S.S., Mane R.S. et al. // Mat. Chem. and Phys. 2005. V. 93. P. 16.]. Большинство из указанных технологических приемов характеризуется наличием высоких температур, глубокого вакуума, прекурсоров высокой степени чистоты и сложностью прогнозирования состава и свойств получаемых слоев. В этом плане технологически простым и экономически более выгодным является гидрохимическое осаждение пленок [Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Иванов П.Н. Гидрохимическое осаждение пленок сульфидов металлов: моделирование и эксперимент. Ек.: УрО РАН. 2006. 218 с.].

Раствор для гидрохимического синтеза слоев селенида индия(III) включает в себя соль индия(III), играющую роль поставщика ионов In3+, халькогенизатор, который является источником ионов селена Se2-, и различные добавки, обеспечивающие плавное регулирование скорости осаждения слоя. Наибольшую сложность представляет собой подбор рабочей рецептуры реакционной смеси и содержания в ней основных компонентов.

Известно несколько аналогов изобретения, в основе которых лежит метод гидрохимического осаждения тонких пленок селенида индия(III). Так, например, в [Патент США №US9142408 В2, кл. Н01L 31/032, H01L 31/20, С23С 18/12, H01L 21/02, опубл. 2015, Патент Китай № CN 1595677 A, кл. H01L 29/786, H01L 21/336, опубл. 2005] раствор для осаждения пленок селенида индия(III) содержит элементарный селен, растворенный в этилендиамине, гидразингидрат и соль индия(III). Гидразингидрат в растворе используется в качестве восстановителя элементарного селена до селенид-ионов, которые взаимодействуют с ионами металла, образуя селенид индия. Авторы отмечают, что в качестве растворителей селена могут выступать гликоли, первичные и вторичные амины, а осаждение стехиометрических по составу пленок необходимо проводить на нагретые от 200 до 300°С подложки. Однако использование сложных органических растворителей при синтезе приводит не только к удорожанию стоимости получаемого материала, но и образованию примесных фаз и выделению токсичных газов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному результату является раствор осаждения полупроводникового слоя селенида индия(III), взятый нами в качестве прототипа [Hankare, P.P. Structural, optical and microscopic properties of chemically deposited In2Se3 thin films / Hankare P.P., Asabe M.R., Chate P.A., K.C. Rathod // J. Mat. Sci.: Mat. Electron. 2008. V. 19. P. 1252-1257]. В прототипе использовался следующий состав раствора осаждения In2Se3:

- хлорид индия(III) - 0,02 М;

- винная кислота - 0,025 М;

- гидразин гидрат - 0,02 М;

- селеносульфат натрия - 0,036 М.

Стоит отметить, что на первом этапе готовили раствор селеносульфата натрия растворением 5 г элементарного селена в 0,65 М растворе сульфита натрия при температуре 90°С в течение 9 часов.

Осаждение проводили при плавном увеличении температуры синтеза от 5 до 20°С в течение 120 мин. Стеклянные подложки для осаждения селенида индия(III) обрабатывали кипячением в хромовой смеси в течение 60 мин, затем протирали спиртом и промывали дистиллированной водой. После чего подложки вертикально устанавливали в герметичные реакторы с мешалкой. Частота вращения мешалки составляла 55±2 об/мин.

В процессе синтеза при 278 K раствор долгое время остается прозрачным и пленка селенида индия не образуется, так как металл находится в виде комплексов с винной кислотой и гидразин гидратом. При увеличении температуры происходит разрушение комплексов и образование селенида за счет взаимодействия ионов индия и селена. Авторы предлагают ион-ионный механизм образования тонких пленок In2Se3 с учетом протекания следующих реакций в растворе:

In3++nA2-↔[In(A)n]3-2n

Na2SeSO3+OH-→Na2SO4+HSe-

HSe-+OH-→H2O+Se2-

[In(A)n]3-2n+Se2-→In2Se3+nA2-

In3++Se2-→In2Se3

Полученные на стеклянных подложках пленки селенида индия(III) светло-красного цвета имели толщину от 150 до 550 нм. Полученные слои In2Se3 имели хорошую однородность и адгезию к подложечному материалу.

Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств для одностадийного получения тонких полупроводниковых пленок селенида индия(III) из раствора, содержащего в качестве халькогенизатора селенокарбамид и исключающего использование токсичного, взрывоопасного гидразин гидрата и неустойчивого, сложного в приготовлении и не всегда дающего требуемый результат при воспроизведении свойств пленок селеносульфата натрия.

Поставленная задача достигается тем, что для изготовления пленок селенида индия(III) предложен раствор для гидрохимического осаждения полупроводниковых пленок селенида индия(III), содержащий соль индия(III) и винную кислоту, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит селенокарбамид и сульфит натрия при следующих концентрациях реагентов, моль/л:

соль индия(III) 0,01-0,15
селеномочевина 0,005-0,1
винная кислота 0,01-0,06
сульфит натрия 0,005-0,1

Получаемые слои селенида индия(III) имеют хорошую адгезию к подложечному материалу и зеркальную поверхность. Их толщина составляет от 50 до 300 нм.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что вводимые добавки селеномочевины и сульфита натрия в сравнении с прототипом изменяют кинетику процесса осаждения. Селенокарбамид в растворе выступает в качестве халькогенизатора и является поставщиком Se2--ионов. Сульфит натрия Na2SO3, обладающий значительным восстановительным потенциалом, является антиоксидантом, предотвращающим окисление селенокарбамида в растворе. Процесс осаждения необходимо проводить в слабокислом растворе с рН от 2,5 до 4,5 при температуре 50-95°С в течение 30-180 мин. Добавка слабодиссоциируемой винной кислоты, взятой в качестве основного комплексующего агента для ионов In3+ (значения констант нестойкости комплексов InTart+ (pkн=4,5) и InTart- (pkн=7,58)), одновременно обеспечивает плавное регулирование рН реакционной смеси и ее буферирование за счет процесса гидролиза, поддерживая рН раствора на определенном уровне на протяжении практически всего процесса осаждения.

Были проведены исследования, доказывающие получение указанного технического результата заявленным способом.

Пример 1

Подложку (из диэлектрического или проводящего материала) предварительно тщательно протирают ватным тампоном, смоченным в растворе кальцинированной соды, промывают дистиллированной водой, травят в 2-8%-ном растворе плавиковой кислоты в течение 7-10 сек, промывают дистиллированной водой. Затем подложку обрабатывают в хромовой смеси в течение 20 мин при 70°С, тщательно промывают дистиллированной водой. Подготовленную подложку помещают в ванну (реактор) с раствором для химического осаждения пленки селенида индия(III), приготовленного следующим образом:

К 0,5 мл 1,4 М раствора хлорида индия(III) приливают 1 мл 1 М раствора винной кислоты, добавляют необходимое количество воды и приливают 25 мл 0,05 М раствора сульфита натрия с предварительно растворенной в нем навеской 0.31 г селенокарбамида. Значение рН реакционной смеси 4. Процесс осаждения ведут при 80°С в течение 180 мин. В результате получают оранжево-красную пленку толщиной 200 нм. Данные рентгеновских исследований и элементный анализ пленок показали, что состав и структура полученных слоев соответствует фазе селенида индия(III).

Пример 2

Подготовку подложки проводили в соответствии с примером 1. Далее к 0,4 мл 1,25 М раствора нитрата индия(III) приливают 0,75 мл 1 М раствора винной кислоты, добавляют необходимое количество воды и приливают 25 мл 0,05 М раствора сульфита натрия с предварительно растворенной в нем навеской 0.31 г селенокарбамида. Значение рН реакционной смеси 4.4. Процесс осаждения ведут при 80°С в течение 120 мин. В результате получают оранжевую пленку толщиной 140 нм. Данные рентгеновских исследований и элементный анализ пленок показали, что состав и структура полученных слоев соответствует фазе селенида индия(III).

Полученные значения толщин пленок In2Se3, синтезированных из заявляемой реакционной смеси при варьировании ее состава и условий осаждения, приведены в таблице:

Из приведенной таблицы видно, что наибольшая толщина пленок получена при условиях осаждения, соответствующих примеру а. Максимальные значения толщин слоев могут быть достигнуты при увеличении времени осаждения. Увеличение концентрации соли металла до 0,16 моль/л или винной кислоты до 0,07 моль/л в реакционной смеси отрицательно сказывается на толщине слоев и приводит к изменению рН раствора (примеры д, е, ж). Увеличение концентраций селеномочевины и сульфита натрия может привести либо к обильному выпадению осадка селенида индия без образования пленки, либо к отсутствию твердой фазы в растворе (пример г). Увеличение температуры синтеза ускоряет процесс (пример б), тогда как ее снижение процесс резко замедляет (пример в). Это сказывается как на толщине слоев, так и на качестве их поверхности.

Таким образом, заявляемый раствор для гидрохимического осаждения позволяет в одну технологическую стадию получать пленки селенида индия(III) из раствора, содержащего в качестве халькогенизатора селенокарбамид, что в значительной степени расширяет арсенал технических средств получения тонких полупроводниковых пленок.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 81-90 of 211 items.
10.05.2018
№218.016.4f4c

Глушитель звука выстрела, изготовленный по технологии селективного лазерного сплавления металлов

Изобретение относится к области вооружения, а именно к глушителям. Глушитель звука выстрела содержит рабочую часть с перегородками, ячеистое тело и корпус. Корпус выполнен в монолитном исполнении всех своих частей и элементов. Глушитель содержит ребристую структуру заданной шероховатости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652767
Дата охранного документа: 28.04.2018
18.05.2018
№218.016.51c9

Способ подготовки к контролю качества монолитного бетона в сборно-монолитных стенах с элементами несъемной железобетонной опалубки

Изобретение относится к области контроля качества монолитного бетона в сборно-монолитных строительных конструкциях и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве. Способ подготовки к контролю качества монолитного бетона в сборно-монолитных стенах с элементами несъемной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653211
Дата охранного документа: 07.05.2018
29.05.2018
№218.016.56a7

Способ повышения электрической и механической прочности вакуумно-плотных окон ввода/вывода свч-излучений (варианты)

Изобретение относится к электронной и ускорительной технике для повышения электрической и механической прочности вакуумно-плотных окон ввода и/или вывода энергии СВЧ-излучения в волноводные ускоряющие структуры и может быть использовано при создании/эксплуатации мощных современных ускорителей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654582
Дата охранного документа: 22.05.2018
29.05.2018
№218.016.59b6

Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении эффективных люминофоров для элементов нано-оптоэлектроники и источников света в видимом диапазоне. Алюминий анодируют в растворе 0,9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле при постоянном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655354
Дата охранного документа: 25.05.2018
09.06.2018
№218.016.5bf9

Солнечный опреснитель бассейнового типа

Назначением изобретения является опреснение морских, загрязненных и минерализованных вод в южных и средних широтах. В бассейне, заполненном минерализованной водой, с прозрачной наклонной кровлей, трубой для отвода конденсата, патрубком подачи минерализованной воды выполнен в углублении дна...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655892
Дата охранного документа: 29.05.2018
09.06.2018
№218.016.5cf4

Рабочее вещество для термолюминесцентной дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения

Изобретение относится к области радиоэкологического мониторинга и дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения и может быть использовано в персональных и аварийных дозиметрах для определения дозозатрат персонала рентгеновских кабинетов, мобильных комплексов радиационного контроля, зон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656022
Дата охранного документа: 30.05.2018
20.06.2018
№218.016.642d

Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала методом послойного лазерного синтеза с применением деформационной обработки

Изобретение относится к получению металлического изделия послойным лазерным синтезом из порошка. Способ включает послойную укладку порошка на предметном столе принтера и послойное проплавление порошка с обеспечением синтеза металломатричного композиционного материала под воздействием теплового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657971
Дата охранного документа: 18.06.2018
25.06.2018
№218.016.658c

Способ формирования торцов монолитной части перекрытия и конструктивный элемент для его осуществления

Изобретения относятся к области строительства, в частности к монолитным или сборно-монолитным перекрытиям зданий. Технический результат изобретения заключается в повышении технологической надежности процесса монтажа перекрытия. Способ формирования торцов монолитной части перекрытия включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658687
Дата охранного документа: 22.06.2018
05.07.2018
№218.016.6bb0

Объемная паровая машина для минитэц

Изобретение относится к теплоэнергетике. В паровую машину, содержащую блок двигателя с паровыми цилиндрами, поршнями и золотниковым распределителем пара, подводимого из внешнего парового котла по распределительной сети, электрический генератор, дополнительно вводят блок поршней для перекачки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659683
Дата охранного документа: 03.07.2018
28.09.2018
№218.016.8c66

Реагент для обнаружения катионов металлов на основе изохинолина и способ его получения

Группа изобретений относится к области органической и аналитической химии, а именно к реагенту для обнаружения катионов Zn, представляющему собой 2-(1-(пиридин-2-ил)4-фенил-изохинолин-3-ил)-25,26,27,28-тетраметоксикаликс[4]арен, а также к способу его получения, включающему проведение реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668134
Дата охранного документа: 26.09.2018
Showing 71-73 of 73 items.
04.04.2018
№218.016.3671

Материал датчика для эпр дозиметрии ионизирующих излучений

Изобретение относится к области биосовместимых эпр датчиков дозиметра накопленной дозы ионизирующих излучений (ИИ). Материал датчика для эпр дозиметрии ионизирующих излучений на основе зубной эмали животного, отличающийся тем, что содержит пробу эмали зуба свиньи и дополнительно связующее и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646549
Дата охранного документа: 05.03.2018
04.04.2018
№218.016.36c1

Способ определения вязкости металлических материалов

Изобретение относится к материаловедению, а именно к способам исследования образцов металлических материалов путем приложения к ним динамической (ударной) кратковременной нагрузки, и может быть использовано для определения вязкости металлических материалов. Сущность: осуществляют испытания на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646548
Дата охранного документа: 05.03.2018
02.09.2019
№219.017.c5ed

Способ извлечения хрома (vi) из растворов с получением железо-хромового осадка

Изобретение может быть использовано в гальванотехнике при утилизации хромсодержащих стоков. Способ извлечения хрома (VI) из хромсодержащих растворов гальванических производств с получением малообводненного железо-хромсодержащего осадка включает введение в хромсодержащий раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698810
Дата охранного документа: 30.08.2019
+ добавить свой РИД