Тезисы научной конференции
ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ,

апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ

содержание

Влияние температуры на микроморфологию граней синтетического цинкита

Цинкит ZnO - перспективный материал для акусто-, микро-, оптоэлектронных устройств, пьезоэлектрических преобразователей, УФ лазеров, световодов и детекторов газов. Он характеризуется уникальным сочетанием анизотропной кристаллической структуры, фоточувствительности, радиационной стойкости, люминесцентных и полупроводниковых свойств при большой ширине запрещенной зоны (~3.4 эВ) [1]. Монокристаллы цинкита используются также в качестве подложек для получения тонких пленок нитрида галлия, так как оба принадлежат к структурному типу вюрцита, а коэффициент несоразмерности их решеток  в плоскости с составляет 1.8 %  [2-4]. Поскольку эксперименты по гетероэпитаксии GaN проводятся при 600-1200°С в различных газовых средах и при этом предусматривается высокотемпературный отжиг подложек для предварительной обработки их поверхности, то важно знать поведение ZnO в подобных условиях [5]. Целью данного сообщения было исследование температурной зависимости микроморфологии моноэдра (0001) цинкита в атмосфере кислорода, аргона, азота и вакууме, а также анализ спектров катодолюминесценции ZnO до и после термической обработки.

В опытах по отжигу использовались пластины цинкита с "as-grown" поверхностью (0001) и размерами около 10х10х1 мм, изготовленные из полученных в гидротермальных условиях монокристаллов. Прокаливание проводилось в нейтральной (N₂), окислительной (O₂) и восстановительной (95% Ar - 5% H₂) атмосферах в интервале температур от 670 до 1100°С, а в форвакууме - до 800°С в течение 4-8 часов. Спектры катодолюминесценции цинкита снимались после каждой термической обработки.

Установлено, что морфология кристаллов цинкита стабильна в нейтральной среде вплоть до 1100°С, а в кислородной атмосфере - до 1000°С. Повышение температуры до 1100°С в окислительных условиях ведет к обратимому изменению их окраски, которое свидетельствует о нарушении стехиометрии цинкита. При этом характерные для грани моноэдра микрохолмики роста под воздействием температуры в кислороде становятся более пологими и частично выравниваются. Вероятно, процесс сглаживания рельефа этой грани связан с перераспределением дефектов в результате отжига. В восстановительной среде при 760°С на поверхности монокристаллической пластинки наблюдаются следы травления, а при 1100°С происходит возгонка цинкита.

Результаты исследования спектров люминесценции показали, что отжиг в интервале 500-700°С приводит к возрастанию интенсивности краевой (ультрафиолетовой) полосы. Дальнейшее увеличение температуры в диапазоне 800-1100 °С влечет за собой рост зеленой (примесной) и деградацию краевой полос. При 1200°С интенсивности обеих полос уменьшаются. Кроме того, не отмечается влияния отжига на структуру спектра люминесценции.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта CRDF N RUC2-2627-MO-04 и гранта Президента РФ для молодых кандидатов N MK-2794.2005.5.

Авторы выражают благодарность сотрудникам ВНИИСИМСа г. Александров П.П. Шванскому и Е.В. Кортуновой, предоставившим монокристаллы цинкита, и доценту физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова М.В. Чукичеву за данные по катодолюминесценции цинкита.

Литература

1. Кузьмина И.П., Никитенко В.А. Окись цинка. Получение и оптические свойства. М., Наука, 1984, 166 с.
2. Леонюк Н.И., Лютин В.И., Мальцев В.В. Выращивание монокристаллов и моделирование процессов минералообразования. Изд-во Московского университета, 2005, 104 с.
3. Кортунова Е.В., Лютин В.И. Гидротермальные монокристаллы цинкита. Получение и исследование физических свойств. "Синтез минералов", Александров, ВНИИСИМС. 2000. Т.1. С.403-427.
4. S.J.Pearton, D.P. Norton et al. Recent progress in processing and properties of ZnO // Progress in Materials Science. 2005. Vol.50. P.293 - 340.
5. Xing Gu, Shariar Sabuktagin et al. Materials in Electronics // Journal of Material Science. 2004. Vol.15. P.373.