WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 4 Акустостимулированная активация связанных дефектов в твердых растворах CdHgTe © А.И. Власенко, Я.М. Олих, Р.К. Савкина Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252028 Киев, Украина (Получена 29 июня 1998 г. Принята к печати 7 сентября 1998 г.) Представлены результаты акустодинамических исследований электрофизических параметров (эффективной концентрации электронов n = 1/eRH и их холловской подвижности µH = RH/) для кристаллов n-CdxHg1-xTe (x 0.22). Показано, что ультразвуковое нагружение (интенсивностью до 0.5 · 104 Вт/м2) приводит к увеличению значений n и µH в области примесной проводимости (T 100 K). Наблюдаемые эффекты объясняются акустостимулированным освобождением (активацией) связанных дефектов донорного типа и соответствующим понижением рассеивающего потенциала на неоднородностях сплава. В рамках предложенной дислокационной модели оценены характерные параметры акустоэлектрического взаимодействия.

1. Введение 2. Методика эксперимента Известно, что для кристаллов CdxHg1-xTe характерно Для реализации режима динамического УЗ нагруналичие связанных на протяженных структурных не- жения стандартная холловская (в поле постоянного совершенствах (дислокации, включения второй фазы, магнита 0.45 Тл) схема эксперимента была дополнена малоугловые границы и пр.) примесных и собствен- акустическими элементами [7]. Продольные УЗ коных точечных дефектов. Вполне вероятно, что под дей- лебания (частотой f = 5 7 МГц, интенсивностью ствием температуры или других внешних факторов, в WUS 0.5·104 Вт/м2) генерировались преобразователем частности при высокочастотном интенсивном ультраз- из ниобата лития (срез Y-350) и через кварцевый буфер, вуковом (УЗ) нагружении кристалла, они могут ста- который использовался для электрической развязки и новиться электрически активными и вносить допол- акустического согласования, подавались на образец. С нительный вклад в проводимость. Ранее влияние УЗ целью предотвращения необратимых УЗ эффектов иннагружения на электрофизические (ЭФ) и фотоэлек- тенсивность WUS не превышала 0.5 · 104 Вт/м2, причем трические параметры кристаллов CdxHg1-xTe иссле- высокие значения WUS использовались только при низких довалось в основном в режиме остаточных эффектов температурах T < 200 K. Особое внимание уделялось (после УЗ обработок) [1,2]. Как было установлено, контролю температуры вследствие возможности дополприрода акустостимулированных (АС) эффектов в по- нительного УЗ разогрева. Точность поддержания темпелупроводниках типа AIIBVI определяется акустодисло- ратуры в процессе УЗ измерений не хуже 0.2 K. Схема кационным взаимодействием и эффективной трансфор- УЗ, нагружения образца приведена на вставке к рис. 1.

мацией поглощенной УЗ энергии во внутренние колебательные состояния кристалла [3]. Поглощенная УЗ энергия в образце CdxHg1-xTe интенсифицирует 3. Результаты эксперимента диффузионное перераспределение точечных неравновесных дефектов между объемом ”субблока” и протяженНа рис. 1 представлены типичные для исследованных ными дефектами [4–6]. Однако при динамическом образцов n-CdxHg1-xTe температурные зависимости конУЗ нагружении допороговой интенсивности в образцентрации электронов n, измеренные как без УЗ нагруцах с квазиравновесным состоянием дефектной струкжения (кривая 1), так и в присутствии УЗ нагружения туры происходят иные АС процессы, проявляющиеся (кривая 2) в диапазоне T = 77 200 K. Методика подгов обратимых изменениях электрических и акустичетовки образцов к измерениям описана в работах [1,2,9].

ских параметров [5,6], которые требуют специального При T < 110 K наблюдалось насыщение зависимости изучения.

n(T), т. е. проводимость имела примесный характер. На С целью выяснения механизма АС дефектопреобра- рис. 1 приведены также зависимости µH(T ) и данные зования в данной работе исследованы температурные и по подвижности для структурно совершенного образца амплитудные (от интенсивности УЗ) зависимости ЭФ (кривая 4) [8]. Как видно, значения µH для наших параметров (концентрации n = 1/eRH и холловской образцов при низких температурах (T < 120 K) меньше подвижности µH = RH/) кристаллов n-CdxHg1-xTe подвижности в структурно совершенном кристалле, что (x 0.22). свидетельствует о неоднородности исследованных образАкустостимулированная активация связанных дефектов в твердых растворах CdHgTe цов [9,10]. Следует отметить, что термодинамическая неупорядоченность на уровне 2-3% является общей особенностью данного материала вследствие специфики его фазовой диаграммы и во многом определяет физические свойства материала в целом [8,11].

Влияние УЗ нагружения на ЭФ параметры в области примесной проводимости (T < 120 K) проявляется в уменьшении величины RH и увеличении µH для всех исследованных образцов (см. таблицу). Важно отметить, что при включении и выключении УЗ нагружения происходит обратимая релаксация ЭФ параметров, и значения n и µH возвращаются к исходным. Время такой релаксации в зависимости от образца, интенсивности ультразвука и температуры колеблется от единиц до сотен секунд.

Амлитудные зависимости n(US) и µH(US) от эффективного УЗ напряжения US для одного из образцов приведены на рис. 2. Величина US определяется как US =(2vUSWUS)1/2, где — плотность кристалла, vUS — скорость ультразвука в кристалле, для CdxHg1-xTe 7.6кг/м3, Рис. 2. Зависимости изменения концентрации nUS = n(Ti, US)-n(Ti, 0) (верхние кривые) и подвижности µH (нижние кривые) от напряжения ультразвуковых колебаний US, измеренные при температурах Ti, K: 1 — 87, 2 — 93, 3 — 103, на образце 2 n-Cd0.22Hg0.78Te.

vUS 3.4 · 103 м/с. Видно, что с увеличением УЗ нагрузки происходит экспоненциальный рост n, причем наклон зависимости lg n = f (US) несколько увеличивается с температурой. На всех амплитудных зависимостях µH(US) наблюдается начальный участок линейного увеличения µH с последующим их насыщением. Однако в отличие от зависимости n(US) наклон линейного участка µH(US) заметно не меняется с повышением температуры, тогда как порог насыщения при этом сдвигается в область меньших значений US.

4. Обсуждение результатов При анализе экспериментальных данных естественно исходить из того, что поведение ЭФ характеристик в области низких температур T < 120 K определяется Рис. 1. n-Cd0.21Hg0.79Te (образец 3). Температурные зависимосостоянием дефектности структуры, а динамические изсти концентрации n = 1/eRH (1–3) и холловской подвижности менения n и µH в УЗ поле являются следствием неравµH = RH/ (1, 2, 4) для образца № 3 n-Cd0.21Hg0.79Te.

новесных, кратковременных процессов на переменном 1 и 1 —без (УЗ) нагружения, 2 и 2 — в присутствии УЗ токе (АС процессов) преобразования этого состояния.

нагружения (US 4·105 Па), 3 — теоретическая зависимость Необходимо отметить, что ранее рассматриваемые месобственной концентрации для x 0.21, 4 — подвижность ханизмы остаточных АС изменений ЭФ параметров в структурно совершенного кристалла [8]. На вставке — схема образцах n-CdxHg1-xTe (внутренний АС отжиг [2,4], УЗ нагружения образца: 1 —образец, 2 — пьезопреобразовараспад включений HgTe [11] и др.) при динамическом тель, 3 — буфер. Магнитное поле направлено перпендикулярно к плоскости пьезопреобразователя. режиме УЗ нагружения не являются определяющими.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 412 А.И. Власенко, Я.М. Олих, Р.К. Савкина Значения холловских параметров и расчетных параметров акустоэлекрического взаимодействия для исследованных образцов n-CdxHg1-xTe (x 0.21-0.22) 0 US № 1/(eR0 ), µH, US, 1/(eRUS), µH, n, µ/E, E, H H T, K образца 1020 м-3 м2/В · с 105 Па 1020 м-3 м2/В · с 10-27 м3 10-26 м3/эВ эВ 1 77 9.3 4.0 5.3 14.7 7.0 6.1 14 0.2 87 3.1 5.5 3.7 4.4 9.1 6.2 6.6 0.2 93 3.2 6.7 3.7 4.5 8.4 7.4 6.6 0.2 103 3.9 6.8 3.7 5.4 7.6 9.7 6.6 0.3 77 3.0 5.3 3.3 4.0 9.0 - - 4 77 2.8 14 3.7 3.4 16 - - Примечание. Индексами ”0” помечены параметры, полученные в отсутствие УЗ нагружения, индексами ”US” — при УЗ нагружении. Значения E оценены в предположении µ = n.

Действительно, для однородного протекания по всему записать в виде объему субблока выше перечисленных диффузионных 0 0 b b n = n0 + nb =(Nd -Na ) +(Nd -Na ). (1) процессов требуется наличие источников (или стоков) точечных дефектов (дислокации, малоугловые границы, Тепловая активация связанных дефектов для каждой включения второй фазы и др. [12]), а также достаточно группы описывается соответствующим выражением [13]:

высокие коэффициенты диффузии и длительности обработок. С учетом наблюдаемых времен релаксации и b b Nd,a(T ) =N0 exp(-U0/kT ), (2) аппроксимации известных высокотемпературных коэффициентов химической диффузии [13], в случае низких b где Nd,a — концентрации дефектов донорного или акцетемператур (T < 150 K) диффузионная длина даже пторного типа, которые в результате тепловой активации для самой подвижной компоненты твердого раствора — b переходят в электрически активное состояние; N0 —обмежузельных атомов Hgi, как показывают оценки, не щая концентрация связанных дефектов; U0 — энергия их превышает нескольких постоянных решетки. Это позвосвязи (активации). Пренебрегая для кристаллов n-типа ляет сделать предположение о неравновесном характере термоакустической активацией (и (или) гетерированиАС процессов в кристаллах CdxHg1-xTe, главным подb b ем) дефектов акцепторного типа Na (по сравнению с Nd ), тверждением чему служит их обратимость и отсутствие из соотношений (1) и (2) запишем остаточных явлений.

b Определяющим фактором, обусловливающим протекаn(T) - n0 = nb(T ) =N0 exp(-U0/kT ). (3) ние АC процессов, является наличие атмосфер примесей и собственных дефектов, ”связанных” на дислокациях и Процесс термоактивации связанных дефектов должен других несовершенствах, которые могут находиться как в проявляться в виде слабой температурной зависимости нейтральном, так и в ионизованном состоянии, образуя концентрации в области примесной проводимости. Ясно, в последнем случае области пространственного заряда что в случае nb n0 заметить такую зависимость n(T ) (ОПЗ). При УЗ нагружении часть связанных дефектов очень трудно. Однако, как показал тщательный анализ может отрываться и переходить в электрически активное наших и литературных экспериментальных данных, для состояние путем термоактивации с последующей иони- некоторых образцов CdxHg1-xTe слабый рост n (в инзацией, наравне с уже ранее ионизованными дефектами.

тервале 80 < T < 150 K) наблюдается. Следует еще раз подчеркнуть, что рост концентрации в данной области температур не может быть связан с ионизацией примесей 4.1. Влияние ультразвука на концентрацию либо с вкладом собственных носителей (ni < nb n0).

электронов Приняв, что n0 n(77 K), из экспериментальных данОбозначим вклад ”свободных” доноров N0 и ”свобод- ных по зависимости n(T), измеренных в отсутсвие УЗ, d ных” акцепторов N0 в общую концентрацию носителей с помощью соотношения (3) были оценены значения a 0 0 b заряда в отсутствие УЗ нагружения как n0 = Nd -Na, U0 = (0.05 ± 0.02) эВ и N0 = (2 ± 1) · 1022 м-3.

b b а вклад связанных дефектов — nb = Nd -Na. Важно Безусловно, эти параметры очень важны для выяснения отметить, что для исследуемых кристаллов CdxHg1-xTe конкретной природы связанных дефектов, однако из-за (x 0.21 0.23) все уровни донорных примесей сравнительно узкого температурного диапазона, в котопрактически совпадают с дном зоны проводимости и ио- ром проводились наши исследования (до 78 K), точность b низованы уже при гелиевых температурах, а собственная определения N0 и U0 невысокая.

концентрация при T 100 K ni < nb n0. С учетом Влияние УЗ нагружения на ЭФ параметры будем расэтого, но без учета кратности ионизации различных сматривать в рамках дислокационных механизмов [3,4], примесных уровней, концентрацию носителей можно т. е. конкретизируя U0, с одной стороны, как энергию Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Акустостимулированная активация связанных дефектов в твердых растворах CdHgTe связи примесей с дислокациями, а с другой стороны, однородным по всему объему кристалла, а более эффеккак энергию колебательного движения дислокаций. Рас- тивен в областях максимального поглощения УЗ энерсмотрим случай обратимых эффектов при допороговых гии, т. е. в областях сруктурных несовершенств (неодзначениях интенсивности WUS, когда поступательным нородностей). Следовательно, локальное АС увеличение движением дислокаций можно пренебречь. Из теории из- количества ионизированных доноров ведет к ”сглаживавестно, что внешнее механическое нагружение понижает нию” флуктуаций потенциала неоднородностей (уменьэнергию связи дислокации с дефектом приблизительно шение ОПЗ) и в свою очередь дожно сопровождаться по линейному закону [14,15]. Приняв в случае УЗ уменьшением рассеяния носителей. Для времени релакнагружения, что UUS = U0 - nUS [3], перепишем сации носителей заряда, определяемого главным образом выражение (2) в виде рассеянием на неоднородностях, известно следующее выражение [16]:

b b Nd (T, US) =N0 exp [-(U0 - nUS)/kT ], (4) = A/(m3/2E2), где n — эффективный коэффициент взаимодействия где m0 — эффективаная масса, E — рассеивающий УЗ волны с дефектами кристалла. Поскольку велипотенциал, связанный с неоднородностями твердого расчина US 0 cos(2 ft) входит в показатель экствора, A — коэффициент, зависящий от зонных папоненты в формуле (4), то среднее значение израметров кристалла и состава твердого раствора [16].

менения концентрации за период звуковой волны Предполагая, что УЗ нагружение уменьшает E по nUS = n(Ti, US) - n(Ti, 0) не будет равно нулю при линейному закону (nUS/kTi) 1, где Ti — фиксированная температура, при которой проводятся амплитудные измерения. Это EUS =E-µUS, означает, что при растяжении некоторого микрообъема кристалла рост концентрации ионизированных дефектов и пренебрегая влиянием ультразвука на другие парав этом микрообъеме не компенсируется в полупериоде метры, входящие в (6), получаем формулу для оценки сжатия [3].

изменений величины µH в УЗ поле:

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.