WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 4 Временная и пространственная устойчивость фотоэлектрического отклика кристаллов CdZnTe © В.П. Мигаль¶, А.С. Фомин¶¶ Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского „ХАИ“, 61070 Харьков, Украина (Получена 15 августа 2005 г. Принята к печати 14 сентября 2005 г.) В кристаллах CdZnTe, содержащих многообразие структурных неоднородностей, выявлены спектральная, временная и пространственная неустойчивости фотоэлектрического отклика I. Показано, что характер их и взаимосвязь наиболее ярко проявляются в диаграммах dI(t)/dt = f I(t) и dI()/d = f I() ( — частота, t — время), на которых хорошо видны процессы, протекающие при срыве устойчивости.

PACS: 72.40.+w, 61.72.Hh, 61.66.Fh Основной проблемой материалов AIIBVI и сенсоров до 10 мм/мин. Для выявления устойчивых (аттракторов) на их основе является неустойчивость характеристик, и неустойчивых циклов фотоотклика при -образном которая главным образом обусловлена наличием в них фотовозбуждении исследовали совокупности фазовых многообразия структурных неоднородностей. Как пока- диаграмм dI(t)/dt = f I(t) (t — время), полученных зано в работах [1,2], перестройка полей, создаваемых в при монотонном нагреве и охлаждении образцов [4].

кристаллах CdZnTe двумерными дефектами структуры Как показали исследования, для анализа спектральной (двойниками, блоками мозаичности, полосами скольустойчивости кристаллов CdZnTe наиболее подходят жения и т. п.), оказывает существенное влияние на диаграммы dI()/d = f I(), построенные на осноспектр фоточувствительности, приводя в ряде случаев ве спектральных зависимостей фототока I = f (). Они к неустойчивости в определенных спектральных диаотображают спектр фототока в параметрическом виде и пазонах. Поэтому естественно предположить, что она содержат замкнутые последовательности дугообразных также сопровождается временной и пространственной участков. При этом на диаграммах dI()/d = f I(), неустойчивостью. Проверка этого предположения и явполученных при последовательном измерении спектров лялась основной целью данной работы.

фототока одного и того же образца в одинаковых условиИсследовались зависимость стационарного фототока ях, выявляются спектральные диапазоны неустойчивого от координаты положения монохроматического светофотоотклика, на которых наблюдается плохая воспроизвого зонда и динамический фотоотклик на импульсное водимость. Поскольку число спектрально неустойчивых -образное фотовозбуждение кристаллов Cd1-xZnxTe участков коррелирует со степенью структурного совер(x = 0.1-0.2), выращенных методом вертикальной кришенства и больше для образцов, содержащих многосталлизации из расплава при различных условиях [3].

образие структурных неоднородностей, представлялось На противоположные наибольшие грани образцов с интересным исследовать координатные зависимости фоудельным сопротивлением (1010-1011) Ом · см, иметотока I(x), где x — координата положения моноющих форму прямоугольного параллелепипеда с размехроматического зонда, на частотах, соответствующих рами 5 5 2мм или 11 11 2 мм, наносились золоустойчивым и неустойчивым участкам спектра. Как тые или индий-галлиевые контакты. Частота следования оказалось, они являются индивидуальными для всех исмонохроматических световых импульсов варьивалась в следованных образцов и зависят от частоты излучения, диапазоне 0.01-1 Гц. Стационарные спектры фототока что свидетельствует о влиянии полей структурных неодI = f () ( — частота излучения) и динамический нородностей на характер распределения электрически фотоотклик образцов измеряли в поле с напряженноактивных центров. При этом кривые I(x), полученные стью E = 10-104 В/см с помощью электрометрического на частотах, соответствующих устойчивым участкам преобразователя на основе операционного усилителя диаграмм dI()/d = f I(), хорошо воспроизводятся AD795. При этом осуществлялась оцифровка сигнала при многократном сканировании. В то же время на завии обработка полученных данных на компьютере. Крисимостях I(x), соответствующих частотам из диапазонов сталлическое качество образцов исследовали методаспектральной неустойчивости таких диаграмм, можно ми травления, инфракрасной микроскопии и модифиусловно выделить три участка (рис. 1, области 1, 2, 3), цированным теневым методом. Сканирование поверхсохраняющихся при повышении напряженности поля E.

ности кристалла монохроматическим световым зондом Участки зависимости I(x), соответствующие областям шириной 50 мкм осуществляли посредством автоматии 2 образца, хорошо воспроизводятся при его многоческого перемещения образца со скоростями от 0.кратном сканировании, однако с ростом E их воспро¶ изводимость ухудшается. Вместе с тем участок завиE-mail: mygal@mail.ru ¶¶ E-mail: khai_physical_lab@xai.edu.ua симости I(x), соответствующий области 3 кристалла, Временная и пространственная устойчивость фотоэлектрического отклика кристаллов CdZnTe монотонном нагреве кристалла CdZnTe до температуры T = 400 K и интегральном фотовозбуждении всего образца (рис. 2). Как оказалось, при определенных температурах фазовые траектории быстро уходят от аттракторов, и их вид существенно изменяется. При этом на них проявляются дугообразные участки, причем, чем дальше от аттрактора они удаляются, тем больше таких участков появляется и увеличивается их кривизна. При подходе к следующему аттрактору, т. е.

к области с устойчивым откликом, происходит обратный процесс — фазовые траектории снова становятся плавными. При затемнении области 3 (рис. 1) на диа грамме dI(t)/dt = f I(t) появляются уже не три, а два аттрактора и соответствующие им температурные диапазоны расширяются. Как оказалось, затемнение областей кристалла со стабильным откликом (рис. 1, области Рис. 1. Зависимость I = f (x) кристалла Cd0.9Zn0.1Te. Длина волны = 0.85 мкм, T = 300 K. E = 4 · 103 В/см.

плохо воспроизводится уже при малых значениях E, а начиная с E > 103 В/см появляется пространственная неустойчивость отклика в виде хаотических флуктуаций фототока. Дальнейшее увеличение напряженности поля приводит к росту амплитуды флуктуаций и возникновению необратимых изменений. В совокупности зависимостей I(x), полученных при одинаковых условиях для образцов CdZnTe, имеющих многообразие структурных неоднородностей, одни максимумы уменьшаются, другие увеличиваются, а на некоторых образцах наблюдается их инверсия, что натолкнуло на мысль о взаимосвязи пространственной и временной неустойчивостей фотоэлектрического отклика кристалла Рис. 2. Диаграмма dI(t)/dt = f I(t) кристалла Cd0.9Zn0.1Te, полученная при интегральном по площади фотовозбуждении CdZnTe. Действительно, при зондовом фотовозбуждении и монотонном нагреве от 300 до 400 K в течение 60 мин.

-образными импульсами только в области 3 кристалАттракторы: 1 — 300-310 K, 2 — 348-356 K, 3 — 384-390 K.

лов возникает временная неустойчивость фотоотклика.

Длина волны = 0.85 мкм, E = 4 · 103 В/см.

Наиболее ярко она проявляется на фазовых диаграммах dI(t)/dt = f I(t) в виде неустойчивых циклов, каждый из которых состоит из последовательности дугообразных участков различной кривизны. В то же время при -образном фотовозбуждении областей 1 и 2 наблюдается высокая временная устойчивость циклов. Изменения температуры в пределах 5-10 K или прикладываемого к образцу напряжения в пределах 10-20 В не приводят к потере устойчивости, что позволяет рассматривать эти циклы как аттрактор. Устойчивые траектории, соответствующие аттракторам, являются практически плавными кривыми, и лишь их небольшая часть представляет собой последовательность едва заметных дугообразных участков, которые при повышении скорости нагрева или охлаждения сглаживаются. Это указывает на важную роль в формировании динамически устойчивого фотоотклика кристаллов CdZnTe принципа Ле Шателье.

Естественный интерес представляет процесс срыва Рис. 3. Диаграммы dI()/d = f I() для различных облаустойчивости. Поэтому нами был исследован характер стей образца Cd0.9Zn0.1Te. 1, 1 — область 1, 2 — область 2, изменения фазовых диаграмм dI(t)/dt = f I(t) при 3 — область 3. T = 300 K, E = 4 · 103 В/см.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 410 В.П. Мигаль, А.С. Фомин и 2) практически не изменяет вида фазовых траекторий, Список литературы увеличивая всего лишь степень размытия аттракторов.

[1] И.А. Клименко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко.

Естественно предположить, что выявленные вреФТП, 35, 139 (2001).

менная и пространственная неустойчивости фотоот [2] И.А. Клименко, В.П. Мигаль. ФТП, 36, 397 (2002).

клика связаны со спектральной неустойчивостью. Это [3] V. Komar, A. Gektin, D. Nalivaiko, I. Klimenko, V. Mygal, подтверждают исследования спектральных зависимостей O. Panchuk, A. Rybka. Nuclear Instr. Meth. Phys. Res., фототока, полученных при зондовом фотовозбуждении 458 (1–2), 113 (2001).

отдельных областей таких кристаллов и представленных [4] В.П. Мигаль, И.А. Клименко, А.С. Фомин. Открытые в виде диаграмм dI()/ = f I() (рис. 3). Эти завиинформационные и компьютерные интегрированные симости для областей 1, 2 и 3 на рис. 1 различаются технологии (Харьков, Изд-во „ХАИ“, 2004) вып. 23, с. 63.

числом дугообразных участков, охватывают различную Редактор Л.В. Шаронова полощадь и являются индивидуальными характеристиками каждой области образца. Выявленные особенности Temporal and spatial stability этих диаграмм, такие как зависимость от предыстории, of the photoelectric response направления и времени сканирования спектра, а также in CdZnTe crystals существенная перестройка с увеличением интенсивности фотовозбуждения, позволяют рассматривать их как V.P. Mygal, A.S. Phomin некий портрет, геометрическая конфигурация котороN.E. Zhukovsky National Aerospace University KhAI“, го определяется изменением характера взаимодействия ” 61070 Kharkov, Ukraine электронной и упругой подсистем кристалла вследствие перезарядки сложных центров и возникновения пространственно неоднородного распределения поляризаци-

Abstract

The spectral, temporal and spatial photoelectric response (I) instabilities are revealed in CdZnTe crystals, containing онного заряда. Поэтому на основе анализа диаграмм dI()/d = f I() для двух соседних участков, по- a variety of structural inhomogeneities. It is shown, that their character and interrelation can be demonstrated in the diagrams лученных в одинаковых условиях, можно определить dI(t)/dt = f I(t) and dI()/d = f I() (t — time, — коэффициент спектральной устойчивости K = S/ Si, frequency), where processes at the failure of stability are well где S — площадь перекрытия этих диаграмм, а Si — их общая площадь. Он интегративно характеризует сте- visible.

пень влияния полей отдельных ансамблей структурных неоднородностей на фотоотклик. Так, при комнатной температуре в областях кристалла 1 и 2 он равен 0.7-0.9 (рис. 3, кривые 1 и 1 ), а в области 3 составляет 0.4-0.6. С увеличением температуры или напряженности поля происходит срыв устойчивости фотоотклика и значение коэффициента спектральной устойчивости для всех областей кристалла не превышает 0.4. Более того, если при измерении спектров фототока в локальных точках электрически нестабильной области 3 осуществлять модуляцию прикладываемого поля прямоугольными импульсами положительной или отрицательной полярности, то в спектрах фототока четко проявляются границы диапазонов спектральной неустойчивости. Так, в зависимости от амплитуды, скважности и полярности прикладываемого импульсного напряжения лишь на определенных участках спектра появляются дополнительные четкие экстремумы, что только подтверждает связь спектральной и пространственной неустойчивостей и является предметом дальнейших исследований.

Таким образом, в кристаллах CdZnTe, содержащих многообразие структурных неоднородностей, спектральная, временная и пространственная неустойчивости яв ляются взаимосвязанными процессами. При этом характер срыва устойчивости наиболее полно проявляется в диаграммах dI(t)/dt = f I(t) и dI()/d = f I().

Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда фундаментальных исследований Украины.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.




© 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.