https://doi.org/10.15407/iopt.2023.58.178

Optoelectron. Semicond. Tech. 58, 178-186 (2023)

S.M. Levytskyi1, Z. Cao2, А.V. Stronski1


MECHANISMS OF INDIUM MASS TRANSFER IN Cd(Zn)Te UNDER THE ACTION OF NANOSECOND LASER PULSES


The processes of heating, melting and ablation during nanosecond laser irradiation of metal film (In) / CdTe structures and CdZnTe solid solutions are considered. Time and coordinate (in depth) temperature profiles during nanosecond laser irradiation of the system the film In/CdTe were calculated. Melting thresholds of indium and CdTe in the In/CdTe film system have been established.

The profile of the distribution of indium atoms in cadmium telluride after a single laser irradiation of the In/CdTe structure, accompanied by the formation of an inversion layer (n-type), was obtained and theoretically described; a peak at a depth of 6 nm was detected. The mass transfer coefficients of indium in CdTe in different regions were determined during nanosecond laser irradiation of the In/CdTe structure with a thickness of the In film of 30 nm on the metal side at Epad = 100 mJ/cm2. It was established that the mass transfer coefficient of In atoms in CdTe during nanosecond laser irradiation of the In/CdTe film structure depends on the distance from the CdTe surface and increases, which is associated with a rapid change over time in the inhomogeneous deformation of the crystal lattice in the process of indium diffusion. The obtained value of the coefficient of laser-induced mass transfer of In in CdTe by an order of magnitude is much higher than the diffusion coefficients of impurities under normal annealing conditions with the diffusion method of impurity introduction and is commensurate with the self-diffusion coefficient in a number of liquid metals.


Keywords:  CdTe, CdZnTe, laser irradiation, masstransfer, doping


References

1. Gnatyuk V.A., Aoki T., Hatanaka Y. Laser-induced shock wave stimulated doping of CdTe crystals. Applied Physics Letters. 2006. 88. P.242111.

2. Vlasenko O.I., Hnatiuk V.A., Levytskyi S.M., Aoki T. Sposib vyhotovlennia detektoriv X- i hamma- vyprominiuvannia: patent 41216 Ukraina: MPK S30 V 11/00.№200814500; zaiavl.16.12.08;opubl.12.05.09, Biul. №9.

3. Veleschuk V.P., Vlasenko A.I., Gatskevich E.I., Gnatyuk V.A., Ivlev G.D., Levytskyi S.N., Aoki Toru. Doping of Cadmium Telluride by Indium at Nanosecond Laser Irradiation of In/CdTe Structure. Journal of Materials Science and Engineering B. 2012. 2, № 4. P. 230-239.

4. Baidulaieva A., Veleshchuk V.P., Vlasenko O.I., Hnatiuk V.A., Daulietmuratov B.K., Levytskyi S.M., Aoki T. Mekhanizmy masoperenosu indiiu v CdTe pry dii nanosekundnykh lazernykh impulsiv. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal. 2011. 55, № 2. S. 171-177.

5. Zelenina N.K., Matveev O.A. Lazernoe vnedreniye primesey v kristally tellurida kadmiya. Pisma v ZhTF. 1998. 24. № 11. S.1-6.

6. Veleshchuk V.P., Baydullayeva A., Vlasenko A.I., Gnatyuk V.A, Dauletmuratov B.K., Levitskiy S.N., Lyashenko O.V., Aoki T. Massoperenos indiya v strukture Іn-CdTe pri nanosekundnom lazernom obluchenii. FTT. 2010. 52. vyp. 3. S. 439 – 445.

7. Gnatyuk V.A., Aoki T., Hatanaka Y., Vlasenko O.I. Metal–semiconductor interfaces in CdTe crystals and modification of their properties by laser pulses. Applied Surface Science. 2005. 244, № 1-4. P. 528–532.

8. Gnatyuk V.A., Aoki T., Nakanishi Y., Hatanaka Y. Surface state of CdTe crystals irradiated by KrF excimer laser pulses near the melting threshold. Surface science. 2003. 542, №1-2. P. 142-149.

9. Gnatyuk V.A., Aoki T., Gorodnychenko O.S., Hatanaka Y. Solid-liquid phase transitions in CdTe crystals under pulsed laser irradiation. Appl. Phys. Letters. 2003. 83, № 18. P. 3704-3706.

10. Budzulyak I.M., Danilovich O.I., Zbykovskaya N.I., Omanchukovskaya I.V., Panchuk O.E. Pereraspredeleniye primesi v binarnykh poluprovodnikakh pod deystviyem lazernogo izlucheniya. Izv. AN SSSR. Seriya fizicheskaya.1985. 49. № 4. S. 765-768.

11. Zhuravlov A. Kh. Neliniini yavyshcha v deformovanykh seredovyshchakh ta mahnetykakh nyzkoi rozmirnosti. Dys. doktora fiz.-mat. nauk: 01.04.07. Kyiv, 2000. 310 s.

12. Mironov V.M., Mazanko V.F., Gertsriken D.S., Filatov A.V. Massoperenos i fazoobrazovaniye v metallakh pri impulsnykh vozdeystviyakh. Samara. Izd-vo ”Samarskiy universitet”. 2001. 232 s.

13. Gertsriken D.S., Mazanko V.F., Falchenko V.M. Impulsnaya obrabotka i massoperenos v metallakh pri nizkikh temperaturakh. Kiyev: Naukova Dumka. 1991.205 s.

14. Gurevich M.E., Larikov L.N., Novitskii V.G., Pogorelov A.E., Zhuravlev A.F. Laser-Stimulated Mass Transfer in Metals. Phys. Stat. Sol. (A). 1983. 76, № 2. P.479 – 484.

15. Mironov V.M., Mironova O.A., Mitlina L.A., Gertsriken D.S., Ignatenko A.I. Vzaimosvyaz impulsnykh deformatsiy i massoperenos v metalakh. FiKhOM. 2006. №4. S.77-83.

16. Libenson M.N. Nagrev i razrusheniye tonkikh plenok izlucheniyem OKG. FiKhOM. 1968. №2. S.3-11.

17. Dulnev G.N., Yaryshev N.A. Otsenka protsessa teplo-. massoobmena pri vzaimodeystvii impulsa energii s veshchestvom. Teplofizika vysokikh temperatur.1967. 5. №2. S. 322-328.

18. Bulgakov A.V., Bulgakova N.M. Teplovaya model impulsnoy lazernoy ablyatsii v usloviyakh obrazovaniya i nagreva plazmy. pogloshchayushchey izlucheniye. Kvantovaya elektronika.1999. 27. № 2. S. 154-158.


С.M. Левицький1, Ц. Цао2, О.В. Стронський1

МЕХАНІЗМИ МАСОПЕРЕНОСУ ІНДІЮ В Cd(Zn)Te ПРИ ДІЇ НАНОСЕКУНДНИХ ЛАЗЕРНИХ ІМПУЛЬСІВ



Розглянуто процеси нагріву, плавлення та абляції при наносекундному лазерному опроміненні структур плівка металу (In) / CdTe та твердих розчинів CdZnTe. Розраховано часові та координатні (за глибиною) температурні профілі при наносекундному лазерному опроміненні системи плівка In/CdTe. Встановлено пороги плавлення індію та CdTe в системі плівка In/CdTe.

Отримано та теоретично описано профіль розподілу атомів індію в телуриді кадмію після однократного лазерного опромінення структури Іn/CdTe, що супроводжується утворенням інверсійного шару (n- типу), виявлено пік на глибині 6 нм. Визначено коефіцієнти масопереносу індію у CdTe у різних областях при наносекундному опроміненні лазером структури Іn/CdTe з товщиною плівки Іn 30 нм з боку металу при Епад = 100 мДж/см2. Встановлено, що коефіцієнт масопереносу атомів Іn в CdTe при наносекундному лазерному опроміненні структури плівка In/CdTe залежить від відстані від поверхні CdTe і зростає, що пов'язано зі швидкою зміною з часом неоднорідної деформації кристалічної решітки у процесі дифузії індію. Отримане значення коефіцієнта лазерно-індукованого масопереносу Іn в CdTe за порядком величини набагато перевищує коефіцієнти дифузії домішок при звичайних умовах відпалу при дифузійному методі введенні домішки і співмірний з коефіцієнтом самодифузії в низці рідких металів.



Ключові слова: CdTe, CdZnTe, лазерне опромінення, масоперенос, легування.