WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 4 Релаксационный характер диэлектрического отклика кристаллов Cd1-xZnxTe, выращенных из расплава © И.А. Клименко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко Государственный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского ”ХАИ”, 61070 Харьков, Украина НТК ”Институт монокристаллов” Национальной академии наук Украины, 61001 Харьков, Украина (Получена 14 августа 2000 г. Принята к печати 16 августа 2000 г.) Показано, что низкочастотный диэлектрический отклик кристаллов Cd1-xZnxTe, выращенных из расплава, определяется макроскопическими ростовыми дефектами и их упругими и электрическими полями. Взаимосогласованная перестройка этих полей при внешнем воздействии обусловливает изменение характера диэлектрического отклика, в котором отражаются особенности изменения крупномасштабного потенциального рельефа.

Удачное сочетание высоких транспортных свойств не- стовых дефектов по кристаллу. В этих образцах выявлеравновесных носителей заряда и большого удельного ны границы блоков, включений, а также отдельных полос сопротивления кристаллов Cd1-xZnxTe (CZT) делает их двойникования и скольжения. Такие дефекты порожданаиболее перспективным материалом для детектирова- ют в пьезоэлектрическом кристалле крупномасштабные ния ионизирующих излучений при комнатной темпе- упругие и электрические поля.

ратуре. Однако кристаллы CZT, занимая промежуточ- В частотных зависимостях () и () образцов, ное положение между полупроводниками и диэлектри- измеренных при подсветке излучением из области фоками, вследствие существенно неравновесных условий точувстительности, выявлена область дисперсии релакроста характеризуются многообразием ростовых дефек- сационного типа. Как показал анализ этих зависимотов. Это обусловливает необходимость применять для стей в комплексной плоскости (с помощью диаграмм их исследования и контроля качества как методы, тради- Коул–Коула), она характеризуется непрерывным распреционные для полупроводников [1], так и для диэлектри- делением времен релаксации, для которого свойственно ков [2]. Цель данной работы — выявление тех особенно- уменьшение наиболее вероятного времени релаксации стей диэлектрического отклика кристаллов CZT, которые при увеличении интенсивности фотовозбуждения. При связаны с взаимодействием упругих и электрических этом глубина дисперсии и наиболее вероятное время полей, порождаемых в пьезоэлектрическом кристалле релаксации являются индивидуальной характеристикой многообразием ростовых дефектов. образца. Подобные зависимости наблюдались нами ранее Исследовались кристаллы Cd1-xZnxTe (x = 0.1-0.2), на кристаллах ZnS1-xSex, и, как было показано в рабовыращенные методом вертикальной кристаллизации из те [3], они отражают особенности крупномасштабного расплава под давлением инертного газа. Для указанного потенциального рельефа (КПР). Отметим, что при интервала составов характерно оптимальное сочетание малых интенсивностях возбуждения характер частотных высокого удельного сопротивления с необходимыми для зависимостей и не зависит от длины волны, а детектирования излучения транспортными свойствами спектральные зависимости и подобны.

неравновесных носителей. Многообразие дефектов роста Релаксационный характер диэлектрического отлика создает геометрический микрорельеф на поверхности кристаллов CZT при фотовозбуждении проявляется в химически полированного кристалла, который визуа- различии спектральных зависимостей низкочастотной лизировали теневым методом. Остаточные напряжения диэлектрической проницаемости () и коэффициента ростовых дефектов в исследованных образцах выявляли диэлектрических потерь (). Эти зависимости, предоптико-поляризационным методом. На противополож- ставленные в виде диаграмм на комплексной плосконые грани образцов, имеющих размеры 11 11 2мм3 сти (), дают возможность выявить влияние упруи 5 5 2мм3, были нанесены индий-галлиевые или гих полей ростовых дефектов на фотодиэлектрический золотые контакты. Диэлектрические параметры и отклик [4]. Так, диаграммы () образцов CZT с образцов измеряли в диапазоне 102-107 Гц по емкостной разной плотностью ростовых дефектов принципиально методике. Для исследования температурных зависимо- отличаются. Для наиболее оптически однородных образстей вещественной и мнимой частей комплексной цов характерны диаграммы () в виде отрезка прямой диэлектрической проницаемости образцы помещали в (рис. 1, кривая 1), которые отличаются лишь наклотермостат, температуру в котором изменяли в диапазоне ном. Диаграммы () образцов, содержащих одиночные от 290 до 440 K с постоянной скоростью 0.5 K/мин. ростовые дефекты, состоят из дугообразных участков Результаты темновых и оптико-поляризационных ис- разной кривизны (рис. 1, кривая 2). Установлено, следований показали, что большинство образцов харак- что количество дуг в них, степень их выраженности теризуется сложным неоднородным распределением ро- и площадь диаграмм явно коррелируют с плотностью 2 404 И.А. Клименко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко зывают существенное влияние на процессы транспорта, накопления и рекомбинации неравновесных носителей заряда. Поэтому, на наш взгляд, особенности диэлектрического отклика отражают информацию об условиях роста, адаптация к которым и обусловила взаимосвязь перекрывающихся полей ростовых дефектов.

Исходя из этого изменение знака приращения на свету, наблюдающееся на некоторых кристаллах, очевидно, объясняется тем, что диэлектрический отклик кристаллов при фотовозбуждении связан с двумя конкурирующими процессами. С увеличением экранирования неравновесными носителями заряда внутреннего поля и изменением граничных условий в кристалле один процесс может плавно переходить в другой. Поэтому следовало ожидать, что диэлектрический отклик будет иметь подобный характер и при повышении темпераРис. 1. Диаграммы () для образцов Cd1-xZnxTe, отличаютуры, при котором уменьшается уровень остаточных щихся плотностью ростовых дефектов. Параметры измерений:

напряжений и увеличивается экранирование внутреннего f = 103 Гц, T = 293 K, значения длин волн соответствуют поля. Действительно, при нагреве кристалла диэлектриразличным значкам, как указано на рисунке.

ческие потери сначала нелинейно возрастают и при достижении некоторого значения температуры, индивидуального для каждого образца, прирост сменяется ростовых двумерных дефектов структуры, создающих убылью, т. е. зависимость (T ) содержит максимум.

остаточные напряжения второго рода. Отметим, что Отметим, что именно в области максимума наблюдается диаграммы () индивидуальны для каждого отдельнаиболее быстрое увеличение. Примечательно, что ного кристалла. Вид диаграмм () кристаллов CZT зависимости (T ) и (T ), полученные при нагреве с повышенной плотностью ростовых дефектов свидеобразца, несколько отличаются от таких же, полученных тельствует о сложном характере релаксационных пропри охлаждении, что свидетельствует о зависимости дицессов при фотовозбуждении. Во-первых, у этих криэлектрического отклика от термической предыстории. На сталлов на диаграммах проявляются участки кривых, диаграммах (T ) цикла нагрев–охлаждение, полученгде d /d < 0 (рис. 1, кривые 3–5). Во-вторых, ных на основе зависимостей (T ) и (T ) для наиболее у образцов с большими темновыми диэлектрическими неоднородных образцов, можно выделить дугообразные потерями значение вблизи собственного максимума участки с d /d < 0 и > 0 (рис. 2, кривая 1), которые меньше темнового уровня (рис. 1, кривые 4, 5). Более по аналогии с дугообразными участками диаграмм () того, у нескольких образцов значение на свету во всем диапазоне фоточувствительности меньше ”стартового” темнового значения, т. е. наблюдаются ”отрицательные” фотодиэлектрические потери (рис. 1, кривая 5).

Такой характер фотодиэлектрического отклика, очевидно, связан с тем, что заполнение КПР неравновесными носителями заряда сопровождается его перестройкой.

При этом характер перестройки определяется:

а) размахом и масштабом флуктуаций потенциала, определяемых типом и плотностью ростовых дефектов, б) степенью взаимосвязи между упругим и электрическим полями, порождаемыми ростовыми дефектами, в) электрическим состоянием кристалла, которое изменяется с увеличением концентрации неравновесных носителей заряда.

Естественно, что в таком пьезоэлектрическом кристалле существенное влияние на степень противодействия упругой и электрической подсистем кристалла изменению своего состояния (согласно пьезоэлектрического аналога закона Ленца) оказывают тип и плотность домиРис. 2. Диаграммы (T ) (кривые 1, 7, штриховые линирующих ростовых дефектов. Следовательно, особеннии) и диаграммы () (кривые 2–6) образцов Cd1-xZnxTe ности низкочастотного диэлектрического отклика тесно ( f = 103 Гц). Значения длин волн и температуры T связаны с внутренними полями, а те в свою очередь ока- соответствуют различным значкам, как указано на рисунке.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Релаксационный характер диэлектрического отклика кристаллов Cd1-xZnxTe... свидетельствуют о релаксационном характере диэлек- Таким образом, индивидуальные черты, присущие дитрического отклика. Отметим также, что повышение тем- электрическому отклику некоторых кристаллов CZT, пературы образцов, у которых диэлектрические потери тесно связаны с многообразием макроскопических рона свету во всем диапазоне фоточувствительности мень- стовых дефектов и порождаемых ими упругих и элекше темновых, также приводит к уменьшению. Это трических полей. Взаимосогласованная перестройка этих дает основание утверждать, что стартовые значения полей при внешнем воздействии обусловливает изменеи, измеренные на частоте из области дисперсии, ние характера диэлектрического отклика и влияет на интегрально отражают термоупругую историю роста транспортные свойства данных кристаллов.

кристалла, которая и приводит к КПР.

Характер изменения формы диаграмм (), полученСписок литературы ных при нагреве образца, носит закономерный характер (рис. 2, кривые 2–6). Это проявляется в изменении [1] V. Komar, A. Gektin, D. Nalivaiko, I. Klimenko, V. Migal, приращений и на свету, изменении кривизны O. Panchuk, A. Rybka. 11th Int. workshop on room temи протяженности дугообразных участков, а также в perature semiconductor X- and gamma-ray detectors and изменении характеров приращений на свету. Так, при associated electronics, Oct. 11–15, Vienna, Austria (1999) температуре образца, превышающей значение, соответ- p. 8.

[2] I.A. Klimenko, V.K. Komar, V.P. Migal, D.P. Nalivaiko. Functioствующее максимуму (T ), воздействие света приводит nal Materials, 7 (1), 1113 (2000).

к уменьшению коэффициента диэлектрических потерь во [3] В.П. Мигаль, А.Л. Рвачев, О.Н. Чугай. ФТП, 19 (8), всем диапазоне фоточувствительности. Как было уже по(1985).

казано выше, подобный характер фотодиэлектрического [4] Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль. О.Н. Чугай.

отклика наблюдался на некоторых исследованных образФТП, 29 (6), 1065 (1995).

цах при комнатной температуре. Примечательно, что Редактор Т.А. Полянская если стартовые значения диэлектрических параметров увеличить с помощью подсветки, то диаграмма (T ) содержит участок убыли диэлектрической проницаемо- Relaxation character of the dielectric сти, который плавно переходит в участок убыли диresponse of grown-from-the-melt электрических потерь (см. кривую 7). Эти результаты Cd1-xZnxTe crystals подтверждают доминирующее влияние упругих полей I.A. Klimenko, V.K. Komar, V.P. Migal, D.P. Nalivaiko ростовых дефектов на формирование КПР, вследствие чего распределения упругого и электрического полей в State Aerospace University ”KhAI”, кристалле подобны. Об этом свидетельствует также то, 61070 Kharkov, Ukraine что влияние фоновой подстветки на вид диаграмм () STS Insitute for Single Crystals, подобно влиянию нагрева образца. При фоновой подNatioanl Academy of Sciences of Ukraine, стветке повышаются стартовые уровни и, а также 61001 Kharkov, Ukraine в наибольшей мере изменяются участки диаграмм () вблизи краев полосы фоточувствительности. Более того,

Abstract

It has been shown that the low-frequency dielectric reувеличивая интенсивность подсветки, можно в предеsponse of grown-from-the-melt Cd1-xZnxTe crystals is determined лах всей полосы фоточувствительности получить значеby macroscopic as-grown defects and their elastic and electric fields.

ние меньше стартового.

The relaxation of these fields under the action of external forces Тот факт, что релаксационный характер фотодиэлекcauses changes in the dielectric response according to the largeтрического отклика некоторых кристаллов CZT может scale potential relief distortions.

быть существенно изменен путем дополнительной фоновой подсветки, либо изменением температуры, указывает на самосогласованную перестройку электрических и упругих полей некоторых ростовых дефектов. Это приводит к изменению распределения времен релаксации, что проявляется в изменении дугообразных участков диаграмм (). Можно предположить, что уменьшение диэлектрических потерь на свету в области собственного максимума, наблюдающееся на некоторых кристаллах, связано с увеличением при перестройке КПР отдельных барьеров, которые затрудняют протекание сквозных токов и одновременно способствуют росту поляризованности. Это подтверждают исследования фотодиэлектрического отклика оптически однородных образцов, снабженных блокирующими контактами. Вид полученной диаграммы () подобен кривой 1 на рис. 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.