DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA CRECIMIENTO DE LOS COMPUESTOS II-VI MEDIANTE ...

242 Pages·2004·5.19 MB·Spanish

DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA

CRECIMIENTO DE LOS COMPUESTOS II-VI MEDIANTE
MOCVD: APLICACIÓN AL CRECIMIENTO DE CdTe, HgTe y
Hg Cd Te
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IVÁN MORA SERÓ

UNIVERSITAT DE VALENCIA
Servei de Publicacions
2004
Aquesta Tesi Doctoral va ser presentada a Valencia el día 23 de
Juliol de 2004 davant un tribunal format per:

- D. Alfredo Segura García Del Río
- Dª. Mª Carmen Martínez Tomás
- Dª. Carmen Ocal García
- Dª. Magdalena Aguiló Díaz
- D. Ernesto Dreguez Delgado

Va ser dirigida per:
D. Vicent Muñoz Sanjosé

©Copyright: Servei de Publicacions
Iván Mora Seró

Depòsit legal:
I.S.B.N.:84-370-6078-8
Edita: Universitat de València
Servei de Publicacions
C/ Artes Gráficas, 13 bajo
46010 València
Spain
Telèfon: 963864115
Departament de Física Aplicada i Electromagnetisme

“Crecimiento de compuestos II-VI mediante
la técnica MOCVD: Aplicación al
crecimiento
de CdTe, HgTe y Hg Cd Te”
1-x x

Tesis Doctoral
Iván Mora Seró
2004
Departamento de Física Aplicada
Edificio de Investigación
c/ Dr. Moliner nº 50
46100 Burjassot (Valencia) Spain
Tel: [phone]
FAX : [phone]

En Vicente Muñoz Sanjosé,
Catedràtic de Física Aplicada de la Universitat de Valencia

INFORMA:

Que la present memòria de investigació titulada “Crecimiento de compuestos II-VI
mediante la técnica MOCVD: Aplicación al crecimiento de CdTe, HgTe, y
Hg Cd Te”, ha estat realitzada sota la seua direcció en el Departamento de Física
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Aplicada i Electromagnetisme de la Universitat de València pel llicenciat En Iván Mora
Seró, i que constitueix la seua Tesi per a optar al grau de Doctor en Física.

I perque així conste, en compliment de la legislatura vigent, presenta en la Universitat
de València la referida Tesi Doctoral.

Burjassot, 1 de maig de 2004

Signat: Vicente Muñoz Sanjosé
A Belén

A mi familia
Índice

Agradecimientos...............................................................................................v

Capítulo 1: Introducción.................................................................................1
Referencias Capítulo 1..............................................................................................10

Capítulo 2: Técnicas Experimentales...........................................................13
2.1. La técnica de crecimiento de capas delgadas MOCVD.....................................14
2.1.1. Las técnicas de crecimiento de capas delgadas...................................14
2.1.2. Fundamentos de la técnica MOCVD...................................................18
2.1.3. Condiciones cinéticas..........................................................................21
2.1.4. Condiciones hidrodinámicas y transporte de masa.............................22
2.1.5. Simulación numérica del crecimiento MOCVD.................................24
2.1.6. Mecanismos limitadores del proceso de crecimiento..........................26
2.1.7. El gas portador.....................................................................................29
2.1.8. Los precursores metalorgánicos..........................................................31
2.1.9. Los substratos......................................................................................33
2.1.10. Nuestro laboratorio MOCVD............................................................35
2.1.11. Nuestro sistema MOCVD..................................................................40

i
2.2. Técnicas de caracterización................................................................................51
2.2.1. Microscopía de fuerzas atómicas.........................................................52
2.2.2. Microscopía electrónica de barrido.....................................................53
2.2.3. Difracción de rayos X..........................................................................56
2.2.3.1. Difractómetro de polvo.........................................................58
2.2.3.2. Análisis de texturas...............................................................60
2.2.4. Espectroscopía Raman.........................................................................62
2.2.5. EDS......................................................................................................64
Referencias Capítulo 2..............................................................................................66

Capítulo 3: Los Materiales y su crecimiento mediante MOCVD:
Generalidades.................................................................................................69
3.1. El CdTe...............................................................................................................70
3.1.1 Características físicas del CdTe............................................................70
3.1.2 Aplicaciones tecnológicas del CdTe.....................................................74
3.2. El HgTe..............................................................................................................76
3.2.1 Características físicas del HgTe...........................................................76
3.2.2 Aplicaciones tecnológicas del HgTe....................................................78
3.3. El Hg Cd Te.....................................................................................................79
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3.3.1 Características físicas del Hg Cd Te..................................................79
1-x x
3.3.2 Aplicaciones tecnológicas del Hg Cd Te...........................................80
1-x x
3.4. Antecedentes......................................................................................................82
3.4.1 Crecimiento MOCVD del CdTe...........................................................82
3.4.2 Crecimiento MOCVD del HgTe...........................................................87
3.4.3 Crecimiento MOCVD del Hg Cd Te.................................................89
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3.5. Gas portador en el crecimiento del CdTe, HgTe y Hg Cd Te.........................90
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3.6. Precursores metalorgánicos en el crecimiento del CdTe, HgTe y Hg Cd Te..91
1-x x
Referencias Capítulo 3..............................................................................................98

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Capítulo 4: Crecimiento del CdTe..............................................................105
4.1. Crecimiento de CdTe sobre vidrio...................................................................106
4.1.1. Consideraciones previas y condiciones experimentales....................107
4.1.2. Estudio del crecimiento y de la morfología superficial en función
de la ratio VI/II...................................................................................112
4.1.3. Estudio en función de la temperatura de crecimiento........................116
4.1.4. Simulación numérica.........................................................................118
4.1.5. Estudio en función del tratamiento térmico in situ
post-crecimiento................................................................................120
4.2. Crecimiento de CdTe sobre GaAs....................................................................130
4.2.1. Consideraciones previas y condiciones experimentales....................131
4.2.2. Estudio en función del tratamiento químico y térmico
pre-crecimiento..................................................................................132
4.2.3. Estudio en función de la temperatura de crecimiento........................143
4.2.4. Estudio en función del tiempo de crecimiento..................................146
4.3. Crecimiento de CdTe sobre GaS......................................................................160
Referencias Capítulo 4............................................................................................164

Capítulo 5: Crecimiento del HgTe..............................................................169
5.1. Consideraciones previas...................................................................................170
5.2. Estudio en función de la temperatura de crecimiento......................................179
5.3. Problema de la doble entrada...........................................................................184
5.3.1. Simulación numérica de la doble entrada..........................................185
5.3.2. Resultados experimentales................................................................188
Referencias Capítulo 5............................................................................................193

Capítulo 6: Crecimiento del Hg Cd Te....................................................197
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6.1. Consideraciones previas...................................................................................197
6.2. Caracterización de las capas de Hg Cd Te....................................................200
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Referencias Capítulo 6............................................................................................211
iii
Capítulo 7: Principales aportaciones y conclusiones................................213

Apéndice I: Ejemplo de programa de crecimiento en el reactor
Quantax 226..................................................................................................219

Apéndice II: Introducción a la Teoría del Escalado Dinámico................225
Referencias Apéndice II..........................................................................................233

Apéndice III: Siglas y abreviaturas empleadas.........................................235

iv
Agradecimientos

Hace seis años nos encontrábamos esperando con ilusión un camión. Un camión que
traía un reactor MOCVD, y con él, el principio de una nueva aventura. Desde entonces la
instalación de un nuevo laboratorio, el inicio de una nueva línea de investigación, el primer
crecimiento, el primer análisis EDS, la primera foto SEM donde se veían apenas unas
micras de material sobre un substrato de GaAs, lo teníamos, eso sólo era el principio. El
principio de un camino que ha conducido hasta esta tesis, camino que no ha sido llano, pero
afortunadamente he encontrado unos magníficos compañeros de viaje, sin su ayuda, no
hubiera podido remontar las cuestas que han ido apareciendo. Tantos compañeros y tanto
que agradecerles, a todos muchas gracias.
En primer lugar quiero agradecer a Vicent Muñoz, que dirigiera esta tesis, el enorme
trabajo que ha invertido, la ilusión con la que lo ha hecho y ha sabido transmitir, pero sobre
todo quiero agradecer su amistad, trabajar con un amigo es un lujo que no esta al alcance de
todos, yo he tenido esa suerte, moltíssimes gràcies Vicent.
Pero aunque parezca mentira mi suerte no se ha acabado aquí, sin mis compañeros y
amigos Ramón y Jesús este trabajo hubiera sido imposible, como imposible enumerar todos
los favores y ayuda que me han ofrecido y todas las conversaciones que han ayudado a
configurar esta memoria, os debo una bien gorda. También quiero agradecer al resto de
miembros del grupo de crecimiento, que han ido pasando a lo largo de este viaje, su ayuda
abnegada, Carmén, siempre dispuesta ayudar, Càndid, que me guió en mis primeros pasos
de laboratorio, Mª José, que puso orden en el caos, Nicolai y Yuri, su ayuda fue
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