Анотація до роботи:

Загоруйко Ю.А. Модифікація фізичних властивостей широкозонних напівпровідників А^IIВ^VI для отримання термостабільних елементів та гетероструктур для оптоелектроніки.- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство.- Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню та розробці технологічних основ термообробок кристалічних сполук А^IIВ^VI для керованої зміни їх оптичних і електрофізичних властивостей з метою конкретних застосувань в оптоелектрониці та силовій оптиці ІЧ діапазону. Розроблено і створено комплекс технологічних установок, які забезпечують проведення таких термообробок.

Досліджена променева міцність монокристалів А^IIВ^VI у різних кристалографічних напрямках.

Проведені комплексні дослідження фізичних властивостей кристалів твердого розчину Zn_1-xMg_xSe (0,03 х 0,60); розроблено матеріал для термостабільних поляризаційних і електрооптичних елементів ІЧ діапазону.

Вперше виявлено ефект фотостимульованого окислення кристалічних сполук А^IIВ^VI і за допомогою розробленої автоматизованої установки детально досліджено кінетику фотостимульованого окислення кристалів А^IIВ^VI. Визначені оптимальні режими отримання структурно досконалих однорідних плівок ZnO оптичної якості. На основі отриманих результатів розроблені оптичні, електричні і оптоелектронні прилади з високими експлуатаційними характеристиками; запропоновані і створені термостабільні багатофункціональні інфрачервоні оптичні елементи прохідного типу з інтерференційними оксидними покриттями.

1. Розроблені технологічні основи проведення термічних обробок напівпровідникових кристалевих сполук А^IIВ^VI при одночасному нетермічному впливі інтенсивних зовнішніх чинників (оптичні опромінення та (або) електричні поля) для модифікації оптичних та електрофізичних властивостей кристалів для їх конкретних використань.

Встановлено, що найбільш суттєві зміни оптичних і електрофізичних властивостей кристалевих сполук А^IIВ^VI досягаються внаслідок їх фототермічної ообробки в полі градієнту температури та при ізотермічній обробці в інтенсивному постійному зовнішньому електричному полі при одночасному впливі оптичного опромінення. Розроблений оригінальний спосіб фототермічної обробки призводить до значного зменшення в кристалах вмісту забруднюючих домішок вуглецю і кисню.

2. Вперше проведені комплексні дослідження структурних, оптичних, механічних, електричних та електрооптичних властивостей великогабаритних кристалів твердого розчину Zn_1-xMg_xSe в широкому діапазоні зміни хімічного складу (0,03 х 0,60). Отриманий матеріал являє собою монокристали ізовалентного твердого розчину заміщення. Домішка магнію приводить до зміни кристалічної структури селеніду цинка - відбувається фазовий перехід вюртцит- сфалерит. Встановлено, що при концентраціях Mg від 5 до 6 ат.% кристали мають особливу гексагональну структуру – політип 4Н і відзначаються яскраво вираженою анізотропією механічних та оптичних властивостей, а також високими величинами механічної та променевої міцностей.

Вперше отримано, що електрооптичні показники твердих розчинів Zn_І-хMg_xSe (при х~0,6) по порядку величини співпадають із відповідними показниками бінарних гексагональних кристалів А^II В^VI (CdS, CdSe).

За результатами експериментальних досліджень розроблений матеріал Zn_1-xMg_xSe запропоновано для виготовлення термостабільних поляризаційних та електрооптичних елементів середнього ІЧ діапазону.

3. Вперше досліджено ефект фототермічного окислення напівпровідникових кристалів А^IIВ^VI. Встановлено, що стимуляція процесу окислення при УФ опроміненні обумована: високими окисними властивостями озону, що створюється із кисня повітря під впливом опромінення, і стимулюючим впливом УФ опромінення на межу розподілу ”оксид-напівпровідник”.

Розроблена і створена автоматизована технологічна установка для досліджень кінетики процесів окислення напівпровідникових кристалів під впливом різноманітних зовнішніх факторів. Установка дозволяє: 1) проводити достовірні дослідження кінетики процесів окислення безпосередньо при температурі окислювального процесу, 2) отримувати нано- та мікрокристалеві оксидні плівки контрольованої товщини і гетероструктури типу “оксид-напівпровідник”, 3) досліджувати процеси деградації напівпровідникових приборних структур під впливом електромагнітних та теплових полів.

4. Вперше встановлено, що оксидні плівки, які отримані на поверхні сполук А^IIВ^VI методом ФТО, мають значно більш досконалу структуру, більш високу термостабільність оптичних характеристик та кращі механічні властивості у порівнянні з відповідними характеристиками оксидних плівок, отриманих методом ТО. На основі детального дослідження властивостей плівок ZnO, отриманих методом ФТО, запропоновані і виготовлені термостабільні оптичні, електричні та оптоелектронні прилади з високими експлуатаційними характеристиками.

5. Розвинуто оптичні методи вимірювання малих оптичних втрат, внаслідок чого забезпечена можливість розподільного вимірювання у широкому температурному діапазоні малих коефіцієнтів поглинання та розсіювання ІЧ випромінення в оптичних матеріалах; створені методики та апаратура для локальних вимірів коефіцієнтів поглинання та розсіювання ІЧ випромінення в тонких зразках матеріалів із низькою теплопровідністю.

За допомогою розробленої модифікованої методики лазерної калориметрії і створеної оригінальної конструкції базової автоматизованої установки вперше в широкому інтервалі температур (до 750 К) виміряні температурні залежності поглинання ІЧ випромінювання в монокристаллах ZnSe і CdS.

6. Проведені детальні дослідження променевої міцності та особливостей лазерного руйнування монокристалів А^IIВ^VI на різних кристалографічних гранях. Вперше виявлена люмінесценція (l _max ~ 0,635 мкм, 300 К) монокристалів ZnSe: Cu під впливом локального ІЧ опромінення (l=10,6 мкм) допорогової потужності. Встановлено, що цей ефект спостерігається на зразках із концентрацією Cu (2.10^-5…3.10^-4) мас.%.

7. Запропонована і розроблена оригінальна конструкція термостабільного багатофункціонального широкоспектрального оптичного елемента прохідного типу, що поєднує функції пасивного оптичного елемента і датчика потужності безперервного або модульованого випромінювання ІЧ діапазону. На основі монокристалів Zn_1-xMg_xSe та ZnSe виготовлені термостабільні оптичні елементи з просвітлюючими ZnO-покриттями для роботи з інтенсивним випроміненням СО₂-лазерів ( l = 10,6 мкм).

Публікації автора:

1. Yu.A.Zagoruiko. ZnO-ZnSe heterostructures: production methods and photo-emf peculiarities // Functional Materials. –1994.-Vol.1, №1.-P.144-145.

2. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O.Kovalenko, M.A.Rom, P.V.Mateichenko. Physical properties of ZnSe-MgSe, ZnSe-CdS solid solution and possibilities of their application in IR engineering // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. –2000.- Vol.3, №2.- P.165-169.

3. Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь, В.П.Мигаль, О.Н.Чугай. Измерители проходящей мощности и модуляторы лазерного излучения из монокристаллического ZnSe // Известия АН СССР, сер. Физическая.-1993.- Т.57, №12.- С.180-182.

4. В.Ф.Косоротов, Л.В.Леваш, Л.В.Щедрина, Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь, О.А.Федоренко. Датчики мощности, совмещенные с выходными окнами СО- и СО₂-лазеров, на основе третичного пироэлектрического эффекта // Квантовая электроника.-1994.- Т.21, №6.- C.588-590.

5. Yu.A.Zagoruiko. Thermostable power meter for continuous laser radiation of IR range // Functional Materials.- 1998.-Vol.5, №.2. - P.277-278.

6. В.М.Фесенко, Ю.А.Загоруйко, О.А.Федоренко, В.К.Комарь, М.В.Фесенко. O термопрочности дисков из кристаллического селенида цинка при линейном изменении температуры окружающей среды // Функциональные материалы.- 1994.- Т.1, №2.- C.90 – 94.

7. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O.Kovalenko, P.V.Mateichenko. Strong thermostable interference coatings for IR optical elements // Semiconductor Physics, Quantum & Optoelectronics. –2000.- Vol.3, №2.- P. 247-250.

8. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O.Kovalenko. Thermostable power sensors for transmitting continuous radiation of CO- and CO₂-lasers // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.- 2000.- Vol.3, №4.- P.542-544.

9. Ю.А.Загоруйко, Н.П.Иванов, В.К.Комарь, Ю.А.Нестеренко, О.А.Федоренко. Очистка отходов селенида цинка методом “сублимация – конденсация“ // Functional Materials.- 2000.- Vol.7, № 3.- P.444 – 446.

10. Yu.A.Zagoruiko, N.O.Kovalenko, Yu.A.Nesterenko, O.A.Fedorenko. Thermodynamic analysis of oxidation processes of wide-band A^IIB^VI compounds in ozone atmosphere // Functional Materials.-2002.-Vol.9, № 1.- P.148 –150.

11. A.G.Fedorov, Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O.Kovalenko. X-ray characterization of ZnSe single crystals doped with Mg // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. –2001.- Vol.4, №2.- P.118-122.

12. Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь, В.П.Мигаль, О.Н.Чугай. Фотопроводимость кристаллов селенида цинка в постоянном и переменном электрических полях // Функциональные материалы. –1994.- Т.1, №2.- С.135-138.

13. Ю.А.Загоруйко, Б.Л.Тиман. Электрофизические свойства кристаллов сульфида кадмия, легированных медью и серебром во внешнем электрическом поле // Изв. АН СССР. Сер. Неорган. материалы. -1990.-Т.26, №6.-С.1163-1165.

14. Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь, В.П.Мигаль, О.Н.Чугай. Релаксационная поляризация в кристаллах селенида цинка при фотовозбуждении // ФТП. –1995.- Т.29, вып.6.- С.1065-1069.

15. Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь, В.П.Мигаль, О.Н.Чугай. Обратимые и необратимые изменения диэлектрических свойств кристаллов ZnSe, вызванные излучением СО₂-лазера // ФТП.- 1996.- Т.30, вып.6.- С.1046-1050.

16. Ю.А.Загоруйко, Б.Л.Тиман, О.А.Федоренко. Объемное свечение кристаллов селенида цинка под действием локального лазерного излучения // УФЖ.-1994.-Т.39, №6.- С.676-677.

17. Ю.А.Загоруйко, О.А.Федоренко. Получение многоканальных пьезопреобразователей в интегральном исполнении методом фотостимулированной диффузии // Функциональные материалы. -1994.-Т.1, №2.-С.126-128.

18. Ю.А.Загоруйко, В.Ю.Росторгуева. Фотостимулированное окисление монокристаллического селенида цинка // Синтез и исследование оптических материалов.- Харьков: Сб. ВНИИМ №19, 1987.- С.34-37.

19. Ю.А.Загоруйко, О.А.Федоренко. Анизотропия лазерного разрушения и оптических характеристик в монокристаллах СdS и ZnSе // Проблемы получения и исследования монокристаллов.- Харьков: Сб. ВНИИМ №21, 1988.- С.30-35.

20. Е.Е.Лакин, И.В.Краснопольский, Ю.В.Зайцева, Ю.А.Загоруйко. О температуре фазового перехода в реальных монокристаллах селенида цинка // Синтез и исследование оптических материалов .- Харьков: Сб. ВНИИМ №19, 1987. - С.152-154.

21. В.К.Комарь, Ю.А.Загоруйко, Е.М.Селегенев, М.Ш.Файнер. Исследование особенностей измерения коэффициента поглощения ИК-излучения в дисках из селенида цинка // Физика и химия твердого тела.- Харьков: Сб. ВНИИМ №10, 1983.- C.46-50.

22.Ю.А.Загоруйко, А.П.Карпова, В.К.Комарь. Усовершенствование калориметрического метода для измерения коэффициента поглощения ИК-излучения в тонких кристаллических дисках // Выращивание монокристаллов и их свойства.- Харьков: Сб. ВНИИМ №13, 1984.- C.14 –18.

23. Ю.А.Загоруйко, В.А.Кобзарь-Зленко, В.К.Комарь. Влияние примеси углерода на оптические свойства кристаллов ZnSe, выращенных в графитовых тиглях // Развитие методов получения и исследования монокристаллов .- Харьков: Сб. ВНИИМ №23, 1988.- C.88-91.

24. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko. Pecularities of Laser Damage of А^IIВ^VI Single Crystals // Proc. SPIE.- 1997.- Vol.3244.- P.650-655.

25. Yu.A.Zagoruiko. Modification of optical properties of ZnSe crystals by means of photothermal treatment // Proc. SPIE.- 1998.- Vol.3578.- P.480-483.

26. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko. Temperature Dependences of IR-Absorption and СО₂-laser Damage of ZnSe and CdS Single Crystals // Proc. SPIE. –1998.- Vol.3578.- P.484-486.

27. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O.Kovalenko, O.N.Chugai, M.A.Rom, P.V.Mateichenko. Structure and physical properties of ZnMgSe single crystals // Proc. SPIE. Materials and Electronics for High-Speed and Infrared Detectors.- 1999.- Vol.3794.- P.96 – 104.

28. Ю.А.Загоруйко, Н.О.Коваленко. Датчик проходящей мощности лазерного излучения ИК- диапазона // Трудов 4-ой Междунар. конф. “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”. -Харьков.-1998 .-C.456.

29. Загоруйко Ю.А., Коваленко Н.О., Федоренко О.А., Антюфеева О.И., Куварзин И.В. Возможности использования датчиков мощности инфракрасного излучения в медицинских хирургических и терапевтических лазерных установках // Труды 6-ой Междунар. конф. “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”.- Харьков.- 2000.- C.454-456.

30. Ю.А.Загоруйко, В.А.Кобзарь-Зленко, В.К.Комарь, Ю.Б.Полторацкий. Вхождение углерода в кристаллы селенида цинка: Препр.ВНИИМ; ИМК-92-14.-Харьков: 1992.- 6 с.

31. Ю.А.Загоруйко, Б.Л.Тиман. Особенности легирования монокристаллического сульфида кадмия медью и серебром под действием внешнего электрического поля и светового облучения// Труды 6 Всесоюзн. конф. по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов. –Москва: Институт металлургии им. А.А.Байкова.- 1988.- С.103.

32. Ю.А.Загоруйко, О.А.Федоренко. Образование дефектов в оптических монокристаллах А₂В₆ под действием лазерного излучения // Труды 7 Всесоюзн. совещ. "Кристаллические оптические материалы".- Ленинград. –1989.- C.84.

33. Ю.А.Загоруйко, О.А.Федоренко. Анизотропия лучевой прочности, коэффициентов поглощения и рассеяния ИК излучения в монокристаллах сульфида кадмия и селенида цинка // Труды 7 Всесоюзн. совещ. "Кристаллические оптические материалы".- Ленинград.- 1989.- C.85.

34. Ю.А.Загоруйко, Б.Л.Тиман. Неоднородные дефектные структуры в кристаллах сульфида кадмия и их фотоиндуцированные изменения // Резюме докладов 9 Междунар. совещ. по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле.- Варна.- 1989.- C.103.

35. Yu.A.Zagoruiko. ZnO films obtained on ZnSe single crystals surfaces by photothermal oxidation method and their properties // Abstr. 4 th European East-West Conference & Exibithion on Materials and Process.- St-Petersburg (Russia).- 1993.- Vol.2.- P.171.

36. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O. Kovalenko, T.S.Teplytska, P.V.Mateychenko. Structure and properties of oxide films on zinc selenide single crystals // Abstr. Spring MRS 2000.- San Francisco, California (USA).- 2000.- ID: 34735.

37. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, N.O. Kovalenko. Thermostable oxide coatings for optical elements based on crystalline zinc selenide. // Abstr. E-MRS 1999 Spring Meeting.- Strasburg (France).-1999.- I-IV/P38.- P.I-54.

38. Yu.A.Zagoruiko, N.O. Kovalenko, T.S.Teplytska, O.A.Fedorenko, P.V.Mateychenko. Obtaining, properties and use of oxide coatings on A^IIB^VI single crystals // MRS Fall Metting, Symposium Q. Boston, Massachusetts.- 2000.

39. N.O.Kovalenko, Yu.A.Zagoruiko, P.V.Mateychenko. Obtaining and Investigation of MOS Structures Based on ZnSe-ZnO Heterostructures // Abstr. Intern. Conf. “Functional Materials” (ICFM-2001).- Crimea, Partenit (Ukraine).- 2001.- DP-6/3.- P.132.

40. Yu.A.Zagoruiko, O.A.Fedorenko, A.G.Fedorov, N.O.Kovalenko, P.V.Mateychenko. Structure and properties of Zn_1-xMg_xSe solid solution single crystals // Abstr. Intern. Conf. “Functional Materials” (ICFM-2001).- Crimea, Partenit (Ukraine).- 2001.- DP-6/2.- P.131.

41. Yu.A.Zagoruiko, N.O.Kovalenko, O.A.Fedorenko. Nano- and Microcrystalline ZnO Films as a Functional Material for Optoelectronics // Abstr. Intern. Conf. “Functional Materials” (ICFM-2001).- Crimea, Partenit (Ukraine).- 2001.- DP-6/1.- P.130.

42. В.М.Пузиков, Ю.А.Загоруйко, О.А.Федоренко, Н.О.Коваленко. Оптические и электрооптические свойства монокристаллов ZnMgSe // Труды Х национ. конф. по росту кристаллов НКРК-2002.- Москва.- 2002.- C.109.

43. Полупроводниковый элемент и способ его получения: А.с. 1029793 СССР, МКИ H 01 L 21/324 / Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь, Б.Л.Тиман. - №3334220; Приоритет от 21.08.81; Зарегистр.15.03.83; Опубл. 15.04.94, Бюл.№7.-14 с.

44. Способ создания контактных слоев на поверхности оптических полупроводниковых кристаллов типа А^IIВ^VI: А.с.1725700 СССР, МКИ С 01 В 11/02 29/30 / А.П.Карпова, О.Ф.Терейковская, Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь. - №4718903; Приоритет от 12.07.89; Зарегистр.08.12.91; Опубл.30.05.94, Бюл.№10.- 5 с.

45. Способ получения оптически прозрачных кристаллов селенида цинка: А.с.1625068 СССР, МКИ C 30 B 33/00 / В.А.Кобзарь-Зленко, Ю.А.Загоруйко, В.К.Комарь. - №4622668; Приоритет от 20.12.88; Опубл.30.12.93, Бюл.№47-48.- 5 с.

46. Пат. 2024826 РФ, МКИ G 01 J 5/20. Устройство для измерения коэффициентов поглощения и рассеяния ИК-излучения / Ю.М.Епифанов, Ю.А.Загоруйко, А.И.Герасимчук, В.К.Комарь, В.Л.Дряхлов.- №4852837/25; Заявл.23.07.90; Опубл. 15.12.94; Бюл.№23.- 5 с.

47. Пат. 1349543 Россия, МПК G 02 B1/12, С 03 С 23/00. Способ просветления оптических элементов из селенида цинка / Ю.А.Загоруйко (Украина), В.К.Комарь (Украина), В.Ю.Росторгуева (Украина), В.Н.Кривошеин (Россия). - № 4071551; Заявл. 04.03.86; Опубл.07.03.93; Бюл.№ 9.- 3 с.

48. Пат. 38693А Україна, МКІ G01J5/10, G01J5/16. Вимірювач потужності лазерного випромінювання / Загоруйко Ю.А., Коваленко Н.О., Федоренко О.О. (Укр.); НДВ ОКК НТК "Інститут монокристалів"- №2000084973; Заявлено 22.08.00; Опубл. 15.05.01; Бюл. № 4,-5 с.

49. Пат. 46429А Україна, МКІ C30B11/00, C30B11/08. Оптичний матеріал на основі монокристалічного твердого розчину Zn_1-xMg_xSe / Загоруйко Ю.А., Коваленко Н.О., Федоренко О.О. (Укр.); НДВ ОКК НТК "Інститут монокристалів"- №2001074982; Заявлено 16.07.01; Опубл. 15.05.02; Бюл. № 5.-3 с.

50. Пат. 52083А Україна, МПК G02В1/12, С01В13/32. Спосіб вивчення кінетики процесу окислення напівпровідникових елементів і пристрій для його здійснення/ Загоруйко Ю.А., Коваленко Н.О., Федоренко О.О. (Укр.); НДВ ОКК НТК "Інститут монокристалів"- №2002021263; Заявлено 15.02.2002. Опубл. 16.12.02; Бюл. № 12,- 4 с.