WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 3 Лазерностимулированная компенсация объемных дефектов в p-CdZnTe © С.В. Пляцко¶, Л.В. Рашковецкий Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина (Получена 12 мая 2005 г. Принята к печати 27 мая 2005 г.) Представлены результаты по взаимодействию инфракрасного лазерного излучения ( Eg и плотностью мощности W, не превышающей порог теплового разрушения кристаллов) с низкоомным p-CdZnTe (4 25 Ом · см). Показано, что лазерностимулированные дефекты, в зависимости от времени взаимодействия и W, до достижения стабильного состояния проходят две неравновесные стадии, в пределах которых свойства кристаллов частично релаксируют к первоначальному состоянию или к стабильному состоянию соответственно. В стабильном состоянии оптическое пропускание ( 20 мкм) и удельное сопротивление достигает значений, которые удовлетворяют требованиям, предьявляемым к подложкам CdZnTe для HgCdTe ИК-фотоприемников. Лазерностимулированные преобразования в решетке рассматриваются в модели, которая предполагает генерацию активированных центров в объеме и их миграцию увлечением свободными носителями в электрическом поле лазерной волны.

PACS: 61.72.Yx, 81.40.Tv 1. Введение процесс происходит, однако, при достаточно высоких температурах (T > 773 K) и длительном времени отМонокристаллы теллурида кадмия и твердых рас- жига. Результат не всегда оказывается положительным, творов на основе CdZnTe широко используются в причиной чему являются изменения в подрешетке хальинфракрасной (ИК) и радиационной фотоэлектронике. когена, вакансии которой также являются электроактивНаибольшее применение Cd(Zn)Te находит в качестве ными. Кроме того, процесс диффузии Te в значительной подложек для эпитаксиальных слоев CdHgTe как актив- степени зависит от присутствия в атмосфере металлической компоненты [5]. Термообработка полупроводных элементов ИК-детекторов спектрального диапазона ( = 3-5 и 8-14 мкм). Независимо от области примене- никовых кристаллов является традиционным методом ния пластины CdZnTe должны обладать низкой плотно- влияния при всех ее разновидностях, без которой в большинстве случаев, и не только в применении к объемным стью дислокаций, высоким оптическим пропусканием и кристаллам, до настоящего времени нельзя обойтись.

удельным сопротивлением, низкой концентрацией остаНетехнологичность термообработки и трудоемкость этоточных электрически активных примесей. Технологичего процесса стимулирует в свою очередь поиск новых ски воспроизводимо получать кристаллы с высокими методов влияния, которые не разрушают кристалл, но параметрами представляется весьма трудной задачей дают возможность контролированно изменять его объиз-за проблем контроля межфазной границы твердое емные свойства и получать полупроводниковые пластитело–жидкость. Ретроградная растворимость теллура в ны с заданными параметрами. Развитие таких подходов в CdTe приводит к возникновению преципитат и включетехнологии очень важно и с точки зрения выхода годных ний при охлаждении кристаллов от температуры роста для практического применения кристаллов. Достаточно до комнатной температуры. А высокое давление паров хорошо известно, что селективное воздействие на комкомпонентов Cd и Zn создает условия для нарушения плексы собственных или примесных дефектов в объеме стехиометрии.

кристалла в известных подходах является не реальным, Одним из наиболее важных параметров, особенно поскольку блокировать массоперенос той или иной при создании обратно освещаемых многоэлементных компоненты при одновременном массопереносе другой фокальных матриц на основе CdHgTe, является опдиффузионными механизмами маловероятно. С другой тическое пропускание подложек Cd(Zn)Te. Реально стороны, пример такого селективного воздействия на наблюдаемое пропускание кристаллов Cd(Zn)Te ниже точечные и пространственные дефекты был продемонмаксимально возможного 70% в диапазоне длин стрирован в целой серии работ по взаимодействию волн = 1.5-30 мкм с большим разбросом по площади лазерного излучения с кристаллами полупроводниковых пластин и длине слитка. Низкое значение коэффицисоединений различных групп [6–9].

ентов пропускания в основном связывают с поглоОсобенность такого взаимодействия состоит в том, щением на свободных носителях (дырки в p-CdTe) [1] что лазерное излучение, которое используется для возили с поглощением включениями теллура [2]. Основным действия, должно обязательно удовлетворять требоваспособом повышения является термообработка планию относительно соотношения ширины запрещенной стин в атмосфере насыщенных паров Cd, Zn [3–5]. Этот зоны полупроводникового кристалла Eg и энергии кван¶ E-mail: sergei_plyatsko@urk.net та лазерного излучения. Использование лазерного 288 С.В. Пляцко, Л.В. Рашковецкий излучения в области прозрачности матрицы кристалла 3. Электрофизические свойства ( Eg) реализует возможность взаимодействия излучения с различного рода дефектами, которые сосредо- Обычно даже в самых совершенных кристаллах приточены в объеме. Отличительная особенность взаимо- сутствуют остаточные примеси с акцепторными уровнядействия состоит в том, что лазерностимулированные ми в запрещенной зоне Ea = 0.06-0.15 эВ, которые и изменения зависят не только от плотности мощности ла- определяют их проводимость. Происхождение уровней зерного излучения и длительности лазерного импульса, неизвестно и зачастую приписывается собственным декак это имеет место, когда Eg, но и от оптических фектам или остаточным неконтролируемым примесям.

параметров кристалла, а также от природы тех дефектов, В случае неконтролируемых примесей, когда достигнута с которыми это взаимодействие происходит. Плотность максимальная степень очистки материала, изменение мощности излучения W в этом случае не должна преконцентрации носителей тока и удельного сопротивлевышать пороговую, при которой происходит тепловое ния возможно как благодаря нейтрализации их электриразрушение кристалла. Практически в процессе взаической активности, так и компенсации в послеростовых модействия есть возможность контроля происходящих процессах обработки. Какой из этих механизмов реалиизменений по основным параметрам, включающим темзуется сказать трудно, поскольку внешнее воздействие пературу образца и удельное сопротивление.

в любом проявлении практически никогда не бывает В предлагаемой работе приведены результаты влиселективным, а воздействует на всю гамму точечных яния лазерного излучения из области прозрачности дефектов в решетке. Резонансные методы возбуждения матрицы ( Eg) кристаллов Cd(Zn)Te на их элексобственных и точечных дефектов лазерным излучением трофизические и оптические свойства. Проведены исв области прозрачности кристаллической решетки теоследования оптического пропускания (), фотолюмиретически рассматривались [10] для полупроводников и несценции (ФЛ), термостимулированной проводимости диэлектриков при облучении кристаллов светом с часто(ТСП) и температурной зависимости удельного сопротой, равной собственной частоте локальных колебаний.

тивления (T ). Облучение кристаллов, которые размеДостаточно легко достичь увеличения диффузии для щались на массивном держателе с высокой теплопролегких примесей, например, для Li (2 =(1/m + 2/M)k, водностью, проводилось в естественных условиях при где m и M — масса примесного и собственного атома, комнатной температуре (T = 300 K). Плотность мощносоответственно, k — константа силы связи), и крайне сти излучения W была ниже порога теплового разрузатруднительно для собственных компонентов решетки.

шения поверхности образцов Tmax =(1-R)W 1/2/2K, В нашем случае в процессе взаимодействия лазерного где R — коэффициент отражения (RCdTe = 0.21), W — ИК излучения с кристаллом такой механизм возможен, плотность мощности, — радиус гауссового пучно он не является определяющим, поскольку конценка ( = 0.5см), K — коэффициент теплопроводности трация неконтролируемых примесей, которые участвуют (KCdTe = 0.075 Дж с-1см-1K-1). Температура кристалв фотостимулированной диффузии, должна быть, как лов контролировалась в процессе облучения и не преминимум, на порядок выше экспериментально опредевышала T 470 K.

ленной, к тому же для высокой эффективности этот механизм нуждается в понижении температуры.

2. Образцы для исследований Рассмотрим более подробно динамику изменения удельного сопротивления. Воздействие излучения в теДля проведения исследований использовались мочение непродолжительного времени приводит к изменокристаллы Cd1-xZnxTe (0 x 0.01), выращенные нению удельного сопротивления кристаллов в исслевертикальным методом Бриджмена в стеклоуглеродных дуемом интервале температур. Увеличение удельного контейнерах диаметром 40 мм. Исходные компоненты сопротивления превышает 2-3 порядка величины при имели чистоту 6N. Выращенные слитки состояли из комнатной температуре и 4–8 при азотной температунескольких монокристаллических блоков. Из них выре (рис. 1) за время, которое значительно ниже, чем в резались монокристаллические пластины (111) ориентрадиционных методах термического отжига. Скорость, тации и толщиной 1-1.5 мм. Затем они подвергались с которой происходит изменение удельного сопротивледвухсторонней химико-механической полировке. Отпония, зависит от плотности мощности лазерного излулированные пластины разрезались на образцы размечения, электрофизических параметров кристалла и от ром 1 10 мм для исследования электропроводности и внешних факторов, при которых происходит взаимодейТСП и 5 10 мм для исследования оптических свойств.

ствие излучения с кристаллом. В частности, кристаллы с Контакты для проведения электрофизических исследонарушениями кристаллической структуры (блочные или ваний наносились химическим или термическим осаполикристаллические) менее чувствительны к воздейждением Au. Удельное сопротивление образцов при ствию электромагнитного поля волны лазерного излукомнатной температуре, которые были специально оточения. В кристаллах с удельным сопротивлением выше браны для таких исследований, находилось в пределах 5-50 Ом · см. Интерес к этой группе кристаллов воз- 5 · 103 Ом · см для изменения удельного сопротивления плотность мощности лазерного излучения W никает по той простой причине, что, как правило, они составляют значительную часть выращенного слитка и требует значительного повышения или дополнительного практически к дальнейшему применению не пригодны. подогрева кристалла при неизменной W. Температура Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Лазерностимулированная компенсация объемных дефектов в p-CdZnTe рассеяние на оптических фононах, поэтому подвижность -3/от температуры изменяется пропорционально T [11].

Эффективные плотности состояний в свою очередь в зоне проводимости Nc = 2(mkBT /2 )3/2 и валентn 3/ной зоне Nv = 2(mkBT /2 )3/2 пропорциональны T p (m и m — эффективная масса электрона и дырки).

n p Тогда температурная зависимость удельного сопротивления = 1/(enµn + epµp) это экспоненциальная функция температуры (µn и µp — подвижности электронов и дырок), и зависимости (T ) в координатах ln() от 1000/T, представленные прямыми линиями, можно использовать для определения энергии активации проводимости материала E.

На рис. 2 представлена типичная зависимость удельного сопротивления от обратной температуры (1/T ) для кристалла с разным временем облучения t и постоянной плотностью мощности излучения. По изменению наклона видно, что энергетический спектр дефектов претерпевает довольно существенные изменения.

До начала облучения в исследуемых кристаллах обычно наблюдается только один наклон в зависимости (1/T ), которому соответствует энергия активации Ea1 0.14 эВ. Несмотря на то, что кристаллы получены из шихты с чистотой 6N, нельзя однозначно утверждать, что уровень Ea1 0.14 эВ в исходном кристалле принадлежит собственным дефектам, например вакансиям Cd.

Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления монокристаллов p-CdZnTe от времени взаимодействия с ИК-лазерным излучением (кривые 1 и 2) и от времени изотермического отжига (кривые 3, 5 — 473 K; кривые 4–6 — 673 K).

кристаллов, которая достигается при внешнем подогреве и воздействии лазерного излучения, не должна выходить за приведенные выше пределы.

Обращает на себя внимание тот факт, что удельное сопротивление в кристаллах с коэффициентом пропускания в длинноволновой области спектра меньше 10% увеличивается монотонно, а в кристаллах с большим коэффициентом пропускания проходит через минимум и только после этого начинает экспоненциально возрастать в определенном временном интервале, после чего зависимость становится степенной. Область степенной зависимости характерна для обоих типов кристаллов.

Незначительное увеличение плотности мощности лазерного излучения W приводит опять к экспоненциальному характеру (t) с последующим переходом к области степенной зависимости (рис. 1). Минимум на кривых (t) при этом не наблюдается.

На этом же рисунке представлена зависимость (t) для образца, который был термически отожжен в аналогичных условиях при температуре отжига T = 473 и 673 K. Видно, что удельное сопротивление после отжига остается неизменным.

Рис. 2. Температурная зависимость удельного сопротивления В совершенных монокристаллах Cd1-xZnxTe, в обмонокристаллов p-CdZnTe. 1 — до взаимодействия с лазерным ласти малых значений x, доминирующим механизмом излучением; 2, 3 — после взаимодействия; 4, 5 — после релакрассеяния носителей в области T > 100 K является сации и дооблучения.

3 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 290 С.В. Пляцко, Л.В. Рашковецкий Плотность состояний на уровне, о чем свидетельствует величина 300 K, не ниже 5 · 1015 см-3, что сравнимо по концентрации с неконтролируемыми примесями.

В кристаллах, подверженных воздействию лазерного излучения, на начальном этапе взаимодействия совершенно четко видно, что на зависимостях (1/T ) проявляются уже два наклона с энергией активации, равной, как и до облучения, половине энергии ионизации ( E = Ea/2), поскольку степень компенсации и в этом случае низкая. Наклон в области низких температур соответствует Ea2 = Ev + 0.20 эВ, а второй — Ea3 = Ev + 0.36 эВ. Со временем облучения в зависимостях (1/T ) проявляется только один наклон Ea4 = Ev + 0.49 эВ.

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.