Orientált ionvezető és félvezető vékonyrétegek kialakítása nem orientált hordozókon
zsűri
Fizika 1
Kutatóhely
MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet
résztvevők
Geszti Tamásné
projekt kezdete
2001-01-01
projekt vége
2005-12-31
aktuális összeg (MFt)
5.129
FTE (kutatóév egyenérték)
0.00
állapot
lezárult projekt
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A projektben vegyületfélvezető és szuperionos vékonyrétegek szerkezetkialakulási mechanizmusát, elektromos jellemzőit, alternatív előállítási lehetőségét, egyes technológiai vonatkozásait vizsgáltuk. A vizsgált anyagok közül az Ag2Te, CdSe, ZnSe fotoelektromos célokra, az Ag2Se pedig, lineáris GMR tulajdonságai miatt mágneses terek mérésére alkalmazható. A rétegeket topotaxiás módszerrel állítottuk elő. A rétegépülés mechanizmusát TEM mikroszkópos módszerekkel tártuk fel (001) orientációjú, ill. polikristályos Ag rétegek Se gőzzel történő kémiai reakciója során. A rétegek elektromos ellenállás-változását négypontos módszerrel, in situ mértük, és matematikai modellel szimuláltuk. A komplex vizsgálat alapvető fizikai folyamatokat tárt fel: Egykristály (hibamentes) rétegekben a Se diffúziója ill. a kémiai reakció homogén módon megy végbe. A reakciós front sík, amely lassan áthalad a mintán a teljes szelénezésig. Polikristályos mintában megmutatkozik a kristályhibák szerepe: A könnyű szemcsehatár menti diffúzió miatt a reakció ott gyorsabb, az Ag szemcsék lekerekednek, és árkádos Ag2Se/Ag front alakul ki. A Se a szemcsehatárok mentén lejut a hordozóig ahol az Ag-val reagál és a reakció két irányból zajlik a teljes szelénezésig. A folyamat önszabályzó, a sztöchiometrikus összetételt állítja be. Lehűlésnél, allotrop fázisváltozás miatt a réteg kedvező, (001) orientációt vesz fel. A mechanizmusok várhatóan más anyagrendszerekre is általánosíthatók, de ezt még igazolni kell.
kutatási eredmények (angolul)
In the project, the structure evolution, electrical properties and alternative preparation techniques of compound and superionic semiconductor thin films were studied. The materials; Ag2Te, CdSe, ZnSe can be applied for photovoltaic purposes, while Ag2Se, due to its linear GMR properties, is a candidate for magnetic field sensors. For the preparation of the layers a topotactic method was developed. The mechanism of the structure formation was studied by TEM, in situ electrical measurements and numerical simulations in both (001) oriented and polycrystalline Ag films. The complex study revealed fundamental physical phenomena. In single crystal (defect free) layers the Se diffusion and the chemical reaction occurs homogeniously. A planar reaction front is formed, which propagates across the film until complete selenization. In polycrystalline samples, however, the influence of crystal defects shows up. Due to fast grain boundary (GB) diffusion, the reaction occurs preferentially at the GB-s, and an arch shaped interface of Ag2Se/Ag builds up. Simultaneously, the Se diffuses along the GB-s to the substrate and reacts with Ag. From that stage the reaction occurs on both sides of the Ag layer until completing the selenization. The self controlling process results in stoichiometric composition. On cooling, (001) crystal orientation is formed due to polymorphic phase transition. The mechanisms may be general for numerous two-component systems, but this needs further studies.
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: Morphology and structure of (001), (011) and (111) CdSe prepared by successive vacuum deposition of thin Cd layers and Se, Proc. 7th Multinational Congress On microscopy, Portoroz, Slovenia, (Eds. M. Czeh, G. Drazic, S. Fiedler, Slovene Soc. for Microscopy, (2005) 315-316, 2005
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: Formation of oriented Ag2Te Phase by the reaction of single- and polycrystalline Ag films and Te, Vacuum, 71, 299-305 (2003), 2003
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: A TEM study of the formation of CdSe and ZnSe by the topotactic reaction of thin Cadmium and Zinc layers with Selenium, Book of Abstract, 1st International Meeting on Applied Physics (APHYS 2003) Badajoz, Spain, (2003). pp. 527, 2003
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: Transmission electron microscope study of the topotactic reaction of (001), (011) and (111) Ag films and Te, Thin Solid Films, 440(1-2) (2003) 261-267, 2003
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: TEM investigation of the topotactic reaction of (001) and (111) Ag films and Te, Book of Abstracts, ICTF 12, 12th Int.Conf.on Thin Films, Bratislava, 2002, pp. 150, 2002
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: The structure and morphology of CdSe prepared by successive deposition of thin cadmium layers and selenium, CD ROM, EM WE P 503 pp. 692-693 IVC-16 16th International Vacuum Congress, Venice Italy, June 28-July 2 (2004), 2004
G.Sáfrán, O. Geszti: TEM study of CdSe prepared by the selenization of thin Cd layers, Proc. First International Workshop on Semiconductor Nanocrystals SEMINANO 2005 Budapest (Eds. Pődör B, Horváth ZsJ, Basa P) (2005) vol.1. pp. 131-134, 2005
K. Somogyi, G.Sáfrán: Concentration dependences at the critical temperatures in vacuum topotaxial Ag2Se thin layers, Vacuum, 80 (4) (2005) 350-355, 2005
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: Formation of oriented Ag2Te Phase by the reaction of single- and polycrystalline Ag films and Te, JVC-9 Joint Vacuum Conference, Seggau, Book of Abstracts, (2002) pp. 81-82, 2002
K. Somogyi, G.Sáfrán: Mobility transients in vacuum topotaxial Ag2Se thin layers, Book of abstracts 10th Joint Vacuum Conference, Portoroz Slovenia 28 (2004), 2004
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: The role of diffusion in the formation of thin CdSe layers prepared by successive vacuum deposition Cd and Se, RIVA V 5th Iberian Vacuum MEETING, Guimaraes, Portugal (2005), 2005
G.Sáfrán, O.Geszti, G.Radnóczi: Sáfrán G, Geszti O , Radnóczi G: CdSe és ZnSe vékonyrétegek előállítása, mikroszerkezete és kémiai összetétele, Magyar Elektronmikroszkópos Konferencia Balatonalmádi 2005 Május, szóbeli előadás, 2005
