WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Более полную информацию о перестройке энергетического спектра дефектов в зависимости от дозы облучения можно получить из исследования положения уровня Ферми EF в зависимости не только от температуры T, но и от дозы лазерного облучения (Wt). Поскольку концентрация акцепторных центров, которые создают уровни вблизи валентной зоны, выше собственной концентрации носителей тока, положение уровня Ферми определяется концентрацией этих центров. Лазерностимулированная компенсация смещает уровень Ферми при комнатной температуре в глубь запрещенной зоны. Со Рис. 3. Зависимость доли отожженных дефектов от времени временем облучения EF пересекает Ea1, Ea2 и Ea3, что -1/2 в монокристаллах p-CdZnTe, подверженных воздействию объясняется уменьшением концентрации соответствуюИК-лазерного излучения. 1 — ts /2 t ts, 2 — t ts /2.

щих дефектов и увеличением степени компенсации.

Свойства кристаллов остаются стабильными во времени, если действие лазерного излучения прекратить на стадии, близкой к насыщению (ts ). Если же облуучастка (-1/2) можно связать с рекомбинацией Mi в чение прекратить на участке роста (t) в интервале двух зарядовых состояниях (M1, M2) или рекомбинацией 0 t ts /2, то тогда наблюдается частичная релаксация Mi с вакансией в двух зарядовых состояниях. Исходя генерированных дефектов. Времена релаксации достииз того, что процесс релаксации происходит при низкой гают нескольких суток, после чего свойства кристалла температуре, следует ожидать низких значений энергии стабилизируются. Эффект релаксации выражен тем ярче, активации Q рекомбинации M1 и M2. Различие в чем выше плотность мощности излучения.

энергии активации Q можно оценить по наклонам Если остановить лазерностимулированный процесс зависимости (-1/2), поскольку отжиг проводитгенерации дефектов в момент времени ts /2 t ts, ся при одной и той же (T = 300 K) температуре — то на протяжении некоторого времени концентра Q = 2kBT ln(1/2) 0.2 эВ, а диффузия по быстрому ция дефектов донорного типа продолжает расти, что каналу превышает медленный в D1/D2 = 2.3 · 103. Назначительно углубляет компенсацию, но никогда не клон 3, наблюдающийся в кристаллах для t < ts /2, блидостигается уровень s, соответствующий ts. Только в зок к 1, что соответствует быстрому каналу диффузии.

результате дополнительного облучения с той же плотно- Возникновение коррелированных пар обычно наблюстью мощности W можно достичь уровня. На раннем дается при облучении кристаллов, например, потоком s этапе отжига зависимость () ( = p0-p() /p0) электронов с энергией порядка 1 МэВ [13], когда поток определяет долю пар, разделенных неким критическим электронов передает решетке минимальную энергию Td, расстоянием, равным радиусу ловушки.

которая необходима для того, чтобы атом покинул узел Релаксационные процессы в облученных кристаллах обратной решетки. Механизм возникновения лазернонаблюдались ранее в полупроводниковых кристаллах стимулированных коррелированных пар отличен от того, узкощелевых соединений IV–VI группы Периодической которым описывается возникновение радиационных десистемы [12]. фектов, и не связан с преодолением барьера Td, который Наличие линейных участков (рис. 3) в релаксацион- составляет несколько электронвольт [14].

ной кривой зависимости доли отожженных дефектов Релаксацию электрофизических свойств в этой связи (-1/2) (t > ts /2) является свидетельством присут- можно рассматривать как процесс аннигиляции активиствия в кристаллической решетке коррелированных пар рованных неравновесных точечных дефектов Cd(Zn)Te, вакансия (MV ) — межузельный атом Mi. Два линейных генерированных лазерным излучением, которое происФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Лазерностимулированная компенсация объемных дефектов в p-CdZnTe ходит в результате обычного термического отжига при комнатной температуре. Этот механизм будет рассмотрен далее.

Зависимость удельного сопротивления от температуры (T ) кристаллов после облучения (t ts /2) и последующей релаксации претерпевает изменения. В координатах (1/T ) после релаксации проявляется два участка, соответствующих энергии активации Ea2 и Ea4. Низкотемпературная область (T ) определяется Ea2-уровнем в запрещенной зоне. Величина удельного сопротивления в низкотемпературной области имеет меньшее, а при высоких температурах более высокое значение, чем до релаксации, что также можно связать с двумя каналами рекомбинации неравновесных центров.

Причем рекомбинация на Ea4 является преобладающей.

В дооблученных кристаллах до ts (рис. 2, кривая 5) проРис. 4. Изменение оптического пропускания 20 в зависиисходит увеличение, и релаксация не наблюдается, а в мости от времени t взаимодействия ИК-лазерного излучения зависимостях (T ) проявляется только один наклон Ea4. с монокристаллами p-CdZnTe. Номера кривых соответствуют представленным на рис. 1.

4. Оптическое пропускание Анализ спектров поглощения теллурида кадмия p-типа проводимости наталкивается на определенные трудности, вызванные не только наличием большой плотности точечных и протяженных дефектов, но также и особенностями зонной структуры валентной зоны.

В теллуриде кадмия валентная зона имеет сложную структуру и состоит из подзон легких и тяжелых дырок, которые вырождены в центре зоны Бриллюэна. В образцах с низким значением удельного сопротивления можно ожидать проявления резонансного характера поведения диэлектрической проницаемости, обусловленной переходами дырок между ветвями Vlh и Vhh валентной зоны в области частот, соответствующих энергетическому расстоянию между ветвями в Рис. 5. Изменение спектральной зависимости оптического местах их пересечения с уровнем Ферми. Кроме того, пропускания кристалла p-CdZnTe, подверженного воздейс увеличением степени вырождения гофрированность ствию лазерного (W = const) ИК-излучения. 1 — до воздействия (t = 0), 2 — t = 3.5ч, 3 — t = 7ч.

изоэнергетических поверхностей тяжелых дырок может приводить к сильному размытию высокочастотного края полосы поглощения [15]. Кристаллы для оптических исследований вырезались из тех же слитков, что и для На рис. 4 представлены зависимости 20 от времени исследования электрофизических свойств, а в некоторых взаимодействия лазерного излучения с кристаллами, у случаях исследования оптических и электрофизических которых значения соответствуют приведенным на свойств проводились на одних и тех же образцах. Как рис. 1. Поведение 20(t) имеет качественно подобные указывалось выше, исходные кристаллы имели удельное зависимости для всех кристаллов. Характер зависимости сопротивление не ниже 4.5Ом· см. Эксперимен20(t) отличается только в области малых времен t, когда тальные значения уровня Ферми (EF 5kBT ) указыванаблюдается уменьшение 20. Обычно область падения ют на то, что газ носителей является невырожденным 20 наблюдается в кристаллах с изначально относительв исходных кристаллах, и тем более в кристаллах но высоким значением 20. После области падения пропосле воздействия лазерного излучения. В этом случае исходит монотонный рост 20 с последующим переходом спектральные зависимости коэффициента поглощения и в область, близкуюк насыщениюдля данной плотности зависимость величины пропускания можно трактовать мощности лазерного излучения W. С увеличением W без привлечения механизма межподзонных переходов в ход зависимости 20(t) повторяется и характерен для валентной зоне.

кристаллов независимо от величины исходного и 20.

Наряду с исследованием спектральной зависимости оптического пропускания (), как определяющего па- Для достижения области максимального и стабильного раметра качества кристаллов, основное внимание уделя- во времени пропускания 20 необходимо время, которое лось определению 20 на длине волны = 20 мкм. не превышает t = 10-15 ч.

3 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 292 С.В. Пляцко, Л.В. Рашковецкий от удельного сопротивления 300 при комнатной температуре. Полученные из оптических измерений значения (t) хорошо качественно согласуются с электрофизическими данными. Однако следует отметить, что наблюдать корреляцию зависимостей (t) и (t) возможно только в длинноволновой области спектра, где достичь теоретического предела оптического пропускания () затруднительно. В этой связи наиболее корректной для сравнения с электрофизическими свойствами является спектральная область за пределами 20 мкм, когда в экспериментальных спектрах () наблюдается значительное уменьшение пропускания, что дает возможность проследить зависимость () для кристаллов с разными Рис. 6. Зависимость оптического пропускания 20 от удельного значениями подвижности µ300 носителей. Сопоставление сопротивления монокристаллов p-CdZnTe. 1–6 — расчетэкспериментальных данных по электрофизике и оптиченые зависимости 20() для подвижности носителей µ300, ским исследованиям и сравнение с рассчитанными знасм2В-1с-1: 1 — 25, 2 — 30, 3 — 35, 4 — 40, 5 — 45, чениями () удовлетворительно согласуются для необ6 — 77. Закрытые точки — экспериментальные значения лученных кристаллов (рис. 6) с характерными для них не подверженных воздействию ИК-лазерного излучения, а значениями µ300 35-50 см2 В-1с-1. На этомже рисуноткрытые точки (кривая 7) — экспериментальные значения ке приведена зависимость () для облученного криподверженных воздействию ИК-лазерного излучения монокристалла (кривая 7). Экспериментальная зависимость () сталлов CdZnTe.

(кривая 7) пересекает расчетные кривые (), что указывает на возрастание подвижности свободных дырок при комнатной температуре в процессе воздействия Анализ спектральных зависимостей () для облученлазерного излучения. В кристаллах с изначально выных кристаллов указывает на изменения не только в соким пропусканием на длине волны = 10 мкм повеличине пропускания. Спектральная зависимость () движность увеличивается от µ300 20 см2 В-1с-1 до в результате облучения претерпевает существенные µ300 62 см2 В-1с-1 и до µ 60 см2 B-1c-1 в криизменения (рис. 5). Спектральная область прозрачносталлах с низким 10 пропусканием. Приведенные на сти кристалла со временем облучения расширяется до рис. 6 расчетные кривые () с учетом поглоще 23 мкм при одновременном увеличении пропускания свободными носителями являются предельными ния () во всей спектральной области. Четко выражендля данных значений подвижности. Видно, что для ный максимум () за краем фундаментального погло300 = 200 Ом · см максимально достижимое оптическое щения с увеличением времени взаимодействия t довольпропускание = 0.61 возможно только для предельно быстро расширяется, переходя в плато () =const.

ной подвижности µ300 = 77 см2 В-1с-1. Незначительное Величина пропускания () после воздействия лазеруменьшение подвижности до µ300 = 50 см2 В-1с-1 треного излучения близка к своему теоретическому пребует повышения удельного сопротивления более чем в делу. Следует также отметить, что для исследования 2 раза. Однако ситуация существенно упрощается для оптического пропускания кристаллы после лазерного 300 > 103 Ом · см, когда величина подвижности уже не воздействия не подвергали ни механической, ни химиявляется определяющей.

ческой полировке, что обычно является необходимой В кристаллах до облучения механизм поглощения, процедурой при использовании термического отжига для удаления поверхностного слоя [16]. по-видимому, является смешанным. Однако после возПо известной величине пропускания (), при ис- действия лазерного излучения влияние нарушений крипользовании хорошо известных выражений для опре- сталлической структуры на величину коэффициента деления величины коэффициента оптического поглоще- оптического поглощения в спектральной области, где ния с учетом многократного отражения =(1 - R)2 = const = 0.64, является пренебрежимо малым.

exp(-d)/1 - R2 exp(-2d) и поглощения свободны- По полученным результатам однозначно можно утверми носителями тока () =pe32/42c3n0µm2, где ждать, что лазерностимулированные изменения в криopt p — концентрация дырок, e — заряд электрона, сталле происходят в объеме и в основном связаны c — скорость света в вакууме, 0 — диэлектрис уменьшением концентрации носителей тока благодаческая проницаемость, — длина волны, m = ря компенсации электроактивных собственных дефекopt тов собственными компонентами и неконтролируемыми =(m1/2 + m1/2)/(m3/2 + m3/2) — эффективная масса для lh hh lh hh двух зон, вырожденных в точке k = 0, mlh = 0.103m0 — примесями, которые активированы лазерным излучениэффективная масса легких и mhh = 0.70m0 — масса тя- ем, а также приводят к улучшению кристаллической желых дырок (m0 — масса свободного электрона), была структуры, что способствует увеличению подвижности определена зависимость оптического пропускания () носителей тока.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Лазерностимулированная компенсация объемных дефектов в p-CdZnTe 5. Обсуждение экспериментальных С другой стороны, в CdZnTe наиболее благоприятные условия для легирования существуют только для Na.

результатов Во всех остальных случаях достаточно высока вероСистема точечных дефектов в теллуриде кадмия и ятность образования комплексов и даже фрагментов твердых растворов на его основе в сторону увеличения кристаллических структур Mn–Te, поскольку преобладаширины запрещенной зоны представляется достаточно ющая часть примесей вступает в химическую связь с сложной и не до конца выясненной. Практически вся халькогеном (например, Cu2Te, Ag2Te и т. д.) и имеют совокупность собственных дефектов является электро- удельную теплоту образования меньшую, чем матрица активной и может находиться в разных зарядовых со- кристалла CdTe [24]. Координация атомов примеси при стояниях [17,18]. Концентрация вакансий собственных этом практически всегда отличается от координации в компонентов определяется энергией образования вакан- кристалле-матрице. Кроме того, большое значение имесий в подрешетке металла и халькогена. Равновесную ет различие в радиусах взаимозамещаемых компонентов концентрацию невзаимодействующих вакансий можно и их энергетические характеристики в одноэлементном определить, минимизируя термодинамический потенцисостоянии. Целенаправленное легирование той или иной ал [19] = HiNi-TSi +, где Hi — энтальпия обe примесью, особенно из расплава, не проясняет ситуацию разования i дефекта с концентрацией Ni, Si —энтров отношении ее поведения в решетке как легируюпия и — электронная часть термодинамического e щей, поскольку и в этом случае также происходит потенциала, которую необходимо учитывать в случае образование комплексов, о которых говорилось выше.

электроактивных вакансий, поскольку химический поКристаллический примесный комплекс будет устойчив тенциал свободных носителей сильно зависит от их в данном растворителе, если прочность связи в нем концентрации. Совместное решение с уравнением элеквыше, чем в комплексе Mn–Te со структурой кристаллатронейтральности позволяет определить температурную матрицы. Аналогичная ситуация возникает и для призависимость концентрации вакансий металла и халькомесей III и VII группы Периодической системы [25,26].

Pages:     | 1 || 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.