WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 3 Температурные зависимости фотопроводимости кристаллов CdHgTe с фотоактивными включениями © А.И. Власенко, З.К. Власенко Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252028 Киев, Украина (Получена 27 мая 1998 г. Принята к печати 28 июля 1998 г.) Исследованы температурные зависимости времени жизни и спектральных характеристик фотопроводимости кристаллов CdxHg1-xTe (x = 0.2) с фотоактивными включениями. Показано, что N-образный характер температурных зависимостей эффективного времени жизни в неоднородных кристаллах, в частности его резкая температурная активация в области перехода от примесной к собственной проводимости, определяется не шокли–ридовским механизмом, а межзонным ударным процессом с изменяющимися при увеличении температуры эффективными геометрическими размерами рекомбинационно активных областей. В рамках этой модели объясняется сглаживание немонотонного характера спектральных характеристик фотопроводимости в области фундаментального поглощения при нагревании. Приводятся расчеты, качественно совпадающие с экспериментальными данными.

Функциональные параметры полупроводниковых ма- компонент (Cd, Hg, Te) кристаллов и его отклонения териалов весьма чувствительны к степени их структур- от матричного контролировалось электронно-зондовым ного совершенства. В значительной мере это относится рентгеноспектральным микроанализом (Camebax), а к полупроводниковым твердым растворам, характеризу- также по длинноволновому максимуму спектральной ющимся развитой системой точечных и протяженных характеристики ФП. Типичное распределение состава дефектов, в частности CdxHg1-xTe (КРТ). В [1–4] пока- компонент по координате таких кристаллов приведено зано, что флуктуации состава, включения второй фазы, нами в [1,2]. Образцы для измерений изготавливались в частности Te, малоугловые границы понижают фо- по традиционным методикам (см., например, [8]).

точувствительность, влияют на электрические свойства На рис. 1 приведены температурные зависимости кристаллов [5–7]. Тем не менее ряд вопросов, связанных eff(T ) для кристаллов (x 0.2, n0 1 · 1015 см-3) с с особенностями фотопроводимости (ФП) неоднородных узкозонными включениями; здесь же приведены расчет кристаллов КРТ, в частности ее температурных характевремени жизни (T ) для межзонной ударной рекомбинаристик, требуют дополнительных экспериментальных исции (штриховая линия) и экспериментальные данные для следований и теоретического анализа. Настоящая работа однородного кристалла 1A. Для большинства таких крипосвящена исследованию температурных зависимостей сталлов характерны неэкспоненциальность или наличие ФП таких кристаллов.

нескольких экспонент, а в ряде случаев долговременных составляющих (до 500 мкс) в кривых релаксации ФП, существенное уменьшение значений eff и отклонение Экспериментальные результаты их температурных и концентрационных зависимостей и их обсуждение по сравнению с расчетными (для доминирующего в этих кристаллах межзонного ударного механизма реВ работе исследовались кристаллы КРТ с комбинации), что может свидетельствовать о наличии x 0.19 0.21 и концентрацией равновесных в матрице эффективных рекомбинационных стоков, гетносителей n0 3 · 1014 6 · 1015 см-3. Концентрация терирующих ННЗ из объема матрицы [1]. Для завии подвижность (µH) измерялись методом Холла в симостей eff(T ) с ростом T характерны уменьшение слабых магнитных полях. Спектральные зависимости времени жизни в области примесной проводимости, его ФП исследовались в стационарном режиме в диапазоне активация в переходной области и последующее рездлин волн = 2 15 мкм. Эффективное время жизни кое уменьшение в области собственной проводимости неравновесных носителей заряда (ННЗ) eff оценивалось (кривые 1–4). В некоторых кристаллах в области по кривым релаксации ФП (по участкам с наибольшей примесной проводимости наблюдается только плавное парциальной амплитудой) при возбуждении импульсами уменьшение времени жизни (кривая 5). В области CO2-лазера ( = 10.6мкм) (в области температур, собственной проводимости часто наблюдается отклонекогда ширина запрещенной зоны Eg < 0.117 эВ) и ние зависимости eff(T ) от теоретической для данного GaAs-лазера ( = 0.9мкм) (при температурах, когда состава матрицы.

кристалл просветляется и становится нечувствительным к излучению CO2-лазера; корректность отнесения На рис. 2 приведены спектральные зависимости ФП измеряемых при этом eff к объемным временам жизни образца 4 при нескольких фиксированных темпераобсуждалась в [8,9]). Измерения проводились в диапа- турах в диапазоне T = 77 300 K. Отсутствие зоне температур T = 77 300 K. Содержание основных выраженного собственного максимума ФП и размы278 А.И. Власенко, З.К. Власенко k-1 1мкм, при = 5.3мкм k-1 10 мкм, при = 8мкм k-1 30100 мкм [11]. Учитывая, что длина диффузионного смещения LD =(D )1/2 (D— коэффициент диффузии ННЗ) не превышает для этих кристаллов 10 мкм (заметим, что при поверхностном возбуждении ( = 1.5мкм) эффективная длина диффузионного смещения Ls < LD [10]). Можно судить об одинаковом характере генерационно-рекомбинационных процессов, протекающих в различных слоях кристалла, небольшое отличие зависимости Uc(T ) для поверхностного возбуждения, = 1.5мкм, (вставка к рис. 3, кривая 3) от объемных (кривые 1, 2) может свидетельствовать о несколько иных параметрах межзонной оже-рекомбинации в приповерхностной области образца [9,10].

Влияние включений на фоточувствительность кристалла определяется их концентрацией Ni, размерами rc, а также темпами генерации (Gv,i) и рекомбинации (v-1) ННЗ (индексы i и v относятся к включениям,i и матрице). Чем больше соотношение концентраций ННЗ во включениях и матрице Gii/Gvv отличается от единицы, тем больше включения будут влиять на фоточувствительность.

Рис. 1. Температурные зависимости эффективного времени жизни ННЗ eff для кристаллов КРТ. 1A — однородный образец с n0 = 1 · 1015 см-3. 1–5 — образцы с узкозонными включениями; n0, 1015 см-3: 1 —0.8, 2 —1.0, 3 —1.2, 4 —2.0, 5 — 1.4. Штриховая кривая — расчет v(T) согласно (2) для межзонной ударной рекомбинации при n0 = 1 · 1015 см-3.

Номера кривых соответствуют номерам образцов.

тый длинноволновый край, как правило, характерны для кристаллов с узкозонными включениями, максимумы в области фундаментального поглощения при = 3 5 мкм и резкое увеличение фоточувствительности при < 2 мкм обусловлены наличием в этом кристалле включений Te и обогащенных CdTe областей КРТ, что подтверждается данными рентгеноспектрального анализа.

На вставке к рис. 2 приведены для этого образца температурные зависимости сигнала ФП (Uc), измеренные в стационарном режиме при фиксированных длинах волн возбуждения. Отметим качественную корреляцию зависимостей eff(T ) (рис. 1, кривая 4) и Uc(T ) (T )µH(T ). Существенно сохранение характерных особенностей Uc(T ), а соответственно и (T ) (с учетом почти линейной зависимости µH(T ) при этих Рис. 2. Спектральные характеристики фотопроводимости T [2]) при освещении в различных точках спектральнообразца 4 (см. рис. 1). Температура T, K: 1 — 85, 2 — 100, го диапазона, а следовательно, для различных толщин 3 — 115, 4 — 130, 5 — 185, 6 — 300. На вставке — фотоактивного слоя b 1/k + LD (k — коэффициент температурные зависимости фотопроводимости Uc для света поглощения). При 1.5 мкм глубина генерации ННЗ с, мкм: 1 —8, 2 —5.3, 3 —1.5.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Температурные зависимости фотопроводимости кристаллов CdHgTe с фотоактивными включениями со спецификой зависимостей v(T ) для доминирующей в КРТ с x = 0.2 межзонной ударной рекомбинации, к которой следует в первую очередь отнести активацию v с ростом T в области примесной проводимости, связанную с положительным температурным коэффициентом изменения Eg для x 0.5 и, следовательно, уменьшением скорости оже-процесса при постоянном значении n0 [8]. Выражение для v в материале n-типа проводимости может быть записано следующим образом:

2Ai nv =, n = > 1, (2) n + 1 ni где Ai — время жизни в собственном материале, ni — собственная концентрация носителей, n отражает уровень легирования материала.

В области примесной проводимости (n0 const) v(T ) n2Ai при подстановке зависимостей Ai(T ) [8] i и ni(T ) [12] получим соответственно для v и LD:

3/2 2 3/v T Eg = T (Eg0 + T)2, (3а) Рис. 3. Расчетные зависимости eff(T ) согласно (1) для LD [(kT /e)µDv]1/2 T5/4(Eg0 + T ), (3б) кристаллов с рекомбинационно активными включениями. Расчетные параметры матрицы и включений: xv = 0.21, где Eg0 — значение Eg при T 0, µD — биполярная n0 = 3 · 1014 см-3, xi = 0.16, rc = 10-3 см. Ni, см-3: 1 —0, диффузионная подвижность.

2 —102, 3 —3 · 102, 4 —103, 5 —3 · 103, 6 —104, 7 —3 · 104, Для материала n-типа проводимости отношение по8 —105, 9 —3 · 105, 10 —106.

движностей электронов и дырок b = µn/µp 1 (в КРТ с x 0.2 b 100) в области примесной и собственной -проводимости µD =(1 + n )µp. Таким образом, темпеДля расчета влияния фотоактивных областей на вературная зависимость µD —слабая при n 1 (область личину eff в кристалле используем сложение скоростей примесной проводимости), до n =1 (область собственрекомбинации в матрице и включениях:

ной проводимости) µD изменяется в пределах (1 2)µp (по различным данным µp = 300 1000 см2/В · с).

--eff = VikNik(ik - v-1) - v-1, (1) Из (3) следует, что величина v возрастает с ростом T l k по степенной зависимости T (l > 3/2). При повышении температуры v(T ) для различных n0 пригде Vi — объем включения (для сферических включений ближаются к зависимости Ai(T ), так как n 1 (2), Vik =(4/3)(rck +Leff)3), индекс k характеризует наборы при этом переход на кривую Ai(T ) будет смещаться с включений с одинаковыми параметрами — rck, ik, Nik;

ростом n0 в область высоких температур. Зависимость Leff LD при rc > LD, Leff = rcLD при rc < LD [3].

LD(T ) — более слабая, однако с учетом того, что в Дальнейший анализ зависимостей eff(T ) продолжим кристалле с рекомбинационно активными включениями в приближении островковых сферических узкозонных eff Vi-1 (LD)-3 (при i v, см. (1)) для темперавключений с i < v. Отметим следующее обстотурной зависимости фоточувствительности в кристаллах ятельство. С точки зрения влияния на фоточувствительность в неоднородном кристалле время жизни v с большими концентрациями или размерами включений имеем играет двойную роль: с одной стороны, его увеличение повышает фоточувствительность -5.материала матрицы, с eff(T ) v(T )T (Eg0 + T )-другой — приводит к росту LD = Dv и соответственно эффективных геометрических размеров включений, а T-3.75(Eg0 + T )-3. (4) это для случая рекомбинационно активных включений действует в противоположном направлении — в сто- Таким образом, на температурную зависимость v(T ) рону уменьшения фоточувствительности образца (1). накладывается сильная температурная зависимость эфПри уменьшении v, наоборот, фоточувствительность фективных размеров включений и, несмотря на рост v материала матрицы падает, но уменьшается и влияние в этой области, eff, а следовательно и чувствительность на нее рекомбинационно активных включений, что в кристалла, может уменьшаться. Экспериментально это целом может приводить к ”фотоочувствлению” образца. подтверждается ходом кривых eff(T ) и Uc(T ), приведенВ зависимостях Uc(T ) и eff(T ) в области примесной ных на рис. 1, на вставке к рис. 2 (в температурном проводимости это приводит к особенностям, связанным диапазоне T = 77 90 K). Подчеркнем, что eff в (4) Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 280 А.И. Власенко, З.К. Власенко рассчитывалось для i v и случая больших размеров если включения связаны с флуктуациями состава, навключений (rc > LD). При rc < LD, как уже отмеча- пример xi xv, и время жизни для них и в области лось, следует принимать во внимание размерный эффект собственной проводимости отличается от матричного.

для Leff, с учетом которого температурная зависимость Отметим, что спектральное смещение максимумов в eff(T ) T-3.4(Eg0 + T )-3.5. Для случаев другой геообласти фундаментального поглощения изменяется с изметрии включений (характерных для дислокаций, маломенением T по несколько иной зависимости, чем основугловых границ и др.) эти зависимости приобретают друного максимума, что объясняется различными темперагой характер. По характеру зависимостей, по-видимому, турными коэффициентами для матрицы и различных можно судить о геометрии рекомбинационно активных включений.

областей. С дальнейшим ростом T в переходной области На рис. 3 представлен расчет по выражению (1) vn 1, v уменьшается и стремится к Ai, LD уменьшаеттемпературных зависимостей eff(T ) для кристаллов КРТ ся и eff растет (см. рис. 1(кривые 1–4), вставку на рис. (x = 0.21) c n0 = 3 · 1014 см-3 и различной концентра(T = 90 110 K)). Следует отметить, что степенные цией включений Ni (rc = 10-3 см, xi = 0.16) с учетом зависимости eff(T ) в этом узком температурном интертемпературных зависимостей v, i, Leff, µD. С ростом вале могут быть приняты за экспоненциальные с различными характеристическими энергиями активации Ea Ni степень влияния включений на eff и немонотонный N-образный характер eff(T ) возрастают. Отметим удои интерпретированы участием в рекомбинации шокли– влетворительное соответствие расчетов экспериментальридовского канала через локальные центры с глубиной залегания Ea. Этим, по-видимому, обусловлен имеющий- ным данным, что может свидетельствовать о справедлися в литературе значительный разброс в оценке энергий вости принятой модели температурной зависимости ФП залегания рекомбинационных уровней, определяемых по кристаллов с фотоактивными включениями.

энергии активации времени жизни в этой области.

Если включения связаны с флуктуациями легирования, то их размеры и концентрация с ростом T уменьшаются, Список литературы так как концентрация основных носителей выравнивается по объему. Области с повышенной n0i теряют [1] А.И. Власенко, Ю.Н. Гаврилюк, В.З. Латута, А.В. Любченрекомбинационную активность по отношению к матрице ко, Е.А. Сальков. Письма ЖТФ, 5, 1013 (1979).

( n-2). В соответствии с (1), eff v не [2] А.И. Власенко, А.В. Любченко, Е.А. Сальков. УФЖ, 25, только из-за уменьшения LD и имеющихся в этом случае 1317 (1980).

рекомбинационных барьеров Erec [13], но и из-за умень[3] Н.Н. Григорьев, Л.А. Карачевцева, К.Р. Курбанов, шения концентрации самих включений Ni, в первую А.В. Любченко. ФТП, 25, 464 (1991).

очередь за счет включений с небольшими отклонениями [4] А.И. Власенко, А.В. Любченко, В.Г. Чалая. ФТП, 30, по уровню легирования от матрицы; зависимость eff(T ) (1996).

при этом становится еще круче. С дальнейшим ростом T [5] Ю.А. Концевой. ФТП, 4, 1184 (1970).

и переходом в область собственной проводимости v [6] В.А. Артемьев, В.В. Михнович, С.Г. Титаренко. ФТП, 22, 150 (1988).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.