Mapas do espaço recíproco de filmes finos de CdTe/Si O efeito da temperatura de crescimento e espessura

Abstract

Filmes finos de telureto de cádmio (CdTe) vêm sendo investigados por vários anos por possuírem propriedades semicondutoras apropriadas para muitas aplicações, a exemplo da fabricação de dispositivos optoeletrônicos como sensores de radiação eletromagnética. Embora muito importante tecnologicamente, o crescimento de CdTe/Si(111) é um grande desafio em razão, principalmente, da grande diferença de parâmetro de rede entre eles (19%, aproximadamente). Considerando a importância dos filmes de CdTe, este trabalho teve como objetivo investigar a qualidade desses filmes crescidos sobre substratos de silício (Si) com orientação (111) passivados com hidrogênio. Nesta investigação, foi analisado o efeito da temperatura de crescimento e da espessura na qualidade estrutural dos filmes. As amostras foram crescidas pela técnica de epitaxia por feixe molecular e caracterizadas pelas técnicas de microscopia de força atômica, difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução. As imagens por microscopia de força atômica evidenciaram que o aumento da temperatura do substrato e da espessura dos filmes ocasiona incremento na rugosidade da superfície das amostras. Mapas do espaço recíproco em torno das reflexões (222) e (113) mostram picos associados a defeitos estruturais. A densidade de defeitos aumenta com a espessura, mas diminui quando a temperatura de crescimento é aumentada. As imagens por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução mostram que os defeitos mais comuns, independente da temperatura de crescimento, foram o twin e o duplo twin. Os resultados obtidos mostram que, simulações de espalhamento de raios X, utilizando como ponto de partida modelos dos defeitos identificados por microscopia eletrônica,podem permitir a utilização de mapas do espaço recíproco para a quantificação da densidade de defeitos e, possivelmente, a identificação dos defeitos presentes em filmes finos através da comparação com os mapas de raios X medidos.

Thin films of cadmium telluride (CdTe) have been investigated for several years because they have semiconductor properties adequate for many uses, for example, manufacturing of optoelectronic devices as electromagnetic radiationsensors. Despite being very technologically important, growth of CdTe/Si(111) is especially challenging because of the great difference of lattice parameter among them (approximately 19%). By considering the importance of CdTe films, the objective of this work was to investigate the quality of those films grown on silicon (Si) substrate with orientation (111) and passivated with hydrogen. This investigation analyzed the effect of growth temperature and thickness in the quality of the films. The samples were grown by molecular beam epitaxy and characterized by atomic force microscopy, x-rays diffraction and high-resolution transmission electron microscopy. Images by atomic force microscopy evidenced that the increase in the temperature of the substrate and in the thickness of the films increase surface roughness of the samples. Reciprocal space maps around the reflections (222) and (113) show peaks associated to structural defects. Density of defects increases with thickness but is reduced when growth temperature is increased. Images byhigh-resolution transmission electron microscopy show that the most common defects, regardless growth temperature, were twin and double twin. The results evidenced that simulation of x-raysscattering using models of the defects identified by electronic microscopy as a starting point may allow the use of reciprocal space maps for quantification of defect density and, possibly, the identification of defects in thin films, by comparing them with maps of measured x-rays.