WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 4 Изменение структуры дефектов в монокристаллах p-CdTe при прохождении лазерной ударной волны © А. Байдуллаева¶, А.И. Власенко, Б.Л. Горковенко, А.В. Ломовцев, П.Е. Мозоль Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 7 июля 1999 г. Принята к печати 1 ноября 1999 г.) Исследованы изменения времени жизни неравновесных носителей заряда, спектров фотопроводимости, температурные зависимости темнового тока и фототока высокоомных кристаллов p-CdTe при воздействии лазерной ударной волны. Показано, что изменения вышеуказанных характеристик в процессе воздействия ударной волны обусловлены генерацией неравновесных носителей с глубоких центров, а после ее воздействия — образованием собственных дефектов и их последующим взаимодействием с дефектами, существующими в исходном кристалле.

При облучении кристаллов AIIBVI, в частности плазмы, 1u1 и 2u2 — ударные импедансы конденсироp-CdTe, импульсами излучения рубинового лазера нано- ванной среды и поглощающего вещества соответственно, секундной длительности с плотностью мощности ниже — плотность вещества, u — скорость ударной волны.

порога разрушения происходит изменение электриче- С учетом отражения от границ раздела фольга–смола ских, фотоэлектрических и оптических свойств не только и смола–кристалл давление ударной волны определялось в приповерхностной области материала, но и на глубине по отношению давлений проходящей P2 и падающей P1 5 мкм, что намного превышает глубину поглощения волн [6]:

света (10-5 см-1) [1–5]. Причиной этих изменений явля- P2 2 =. (2) ется образование собственных дефектов решетки за счет P1 1 + 2u2/1u1 ее разогрева, возникновения термоупругих напряжений, воздействия акустической и ударной волны (УВ) при облучении кристалла. Если непосредственное влияние Результаты эксперимента лазерного облучения на физические свойства кристаллов и их обсуждение CdTe изучено достаточно хорошо, то влияние каждого из происходящих при лазерном облучении явлений, в частНа рис. 1 (кривая 1) представлена зависимость изности при воздействии УВ, исследовано недостаточно [5].

менения концентрации (p) неравновесных носителей В данной работе приведены результаты изучения элекзаряда (ННЗ) от давления УВ. При малых давленитрических и фотоэлектрических свойств высокоомных ях УВ концентрации ННЗ экспоненциально возрастает, монокристаллов p-CdTe как в процессе воздействия УВ достигая насыщения при давлении УВ более 3 кбар.

неразрушающей амплитуды, так и после ее прохождеВремя релаксации ННЗ зависит от давления проходящей ния через кристалл. Ударные волны генерировались имчерез кристалл УВ. В начале с увеличением давления пульсами излучения рубинового лазера длительностью УВ (до 2.5 кбар) время релаксации ННЗ уменьшается.

20 нс с плотностью мощности, варьируемой в пределах При дальнейшем увеличении давления УВ — в области 107-109 Вт/см2. Методики приготовления и облучения образцов аналогичны описанным в работах [4,5]. Исследуемый образец в виде параллелепипеда 232мм3 помещался между медной фольгой и кварцевой подложкой, пространство между которыми заливалось эпоксидным клеем так, что расстояние от кристалла до фольги и подложки составляло 25 мкм. Медная фольга служила для предотвращения нежелательного фотоэффекта от прямого или рассеянного излучения лазера, а кварцевая подложка — для вывода волны разгрузки. Облучение образцов проводилось при комнатной температуре. Давление УВ оценивалось по формуле, приведенной в работе [6]:

- 1 1u12u2 1/P = I0, (1) 1u1 + 2uгде I0 — плотность мощности лазерного излучения, — эффективный показатель адиабаты образующейся Рис. 1. Зависимости концентрации p (1) и времени релак¶ сации (2) неравновесных носителей заряда в монокристалле Phone: ++(38044)E-mail: baidulla@class.semicond.kiev.ua CdTe от давления ударной волны P.

444 А. Байдуллаева, А.И. Власенко, Б.Л. Горковенко, А.В. Ломовцев, П.Е. Мозоль Отметим, что при исследовании ФП и фототока образцы освещались с выходной грани. На рис. 2 представлены спектральные зависимости ФП монокристаллов CdTe до и после прохождения УВ давлением с P > 2кбар, а также после хранения образцов на воздухе в течение одного месяца. Форма спектра ФП исходного образца имеет селективную полосу с максимумом при max = 840 нм.

После воздействия УВ величина ФП уменьшается. Селективная форма и положение максимума ФП при этом сохраняются. При хранении образцов после воздействия УВ на воздухе в течение одного месяца наблюдается увеличение величины ФП, однако она не достигает исходной величины.

Фототок исходных кристаллов слабо зависит от температуры в интеграле 100–300 K, выше которого наступает термическая активация фототока, где зависимость Iph(T ) имеет экспоненциальный характер с энергией активации Ei = 0.8-0.9эВ (рис. 3, кривая 1). После прохождения УВс давлениемp < 2 кбар в области низких температур наблюдается участок температурного гашения фототока с энергией активации Evt = 0.13 эВ. При температуре выше комнатной область температурной активации фототока остается неизменной, а ее величина падает почти на порядок (рис. 3, кривая 2). Появление участка температурного гашения фототока после прохождения УВ с P < 2 кбар может быть связано с образованием Рис. 2. Спектральные зависимости фотопроводимости мономелких центров с энергией активации 0.13 эВ. При кристалла CdTe до (1) ипосле (2) прохождения ударной волны низких температурах и слабых уровнях возбуждения из с давлением P > 2кбар. Кривая 3 измерена после хранения области собственного поглощения света в кристаллах облученного образца на воздухе в течение одного месяца.

CdTe происходит сильная оптическая перезарядка между r-центрами (Er = 0.9эВ) и мелкими акцепторами (Evt = 0.13 эВ) — захват фотодырок на мелкие насыщения p — время релаксации изменяется слабо уровни и уменьшение дырочного заполнения r-центров, (рис. 1, кривая 2). Наблюдаемый начальный рост p т. е. формирование квазитемнового заполнения центра можно было бы объяснить увеличением концентрации неосновными носителями с концентрацией Nr [7]. СлеННЗ из-за распространения тепловых и ударных волн, образующихся при воздействии излучения лазера на кристаллы.

Глубина проникновения тепловой волны, образующейся при облучении образцов, составляла 1.5мкм, что намного меньше, чем толщина фольги. Поэтому изменение ННЗ кристаллов от нагрева можно исключить. В результате уменьшения ширины запрещенной зоны Eg под действием УВ уменьшается энергия ионизации дефектов.

Оценка показывает, что изменение Eg в исследуемом диапазоне давлений УВ составляет 0.01 эВ, а проводимость увеличивается в 2–2.5 раза. Это свидетельствует о том, что концентрация ННЗ, генерированных с ловушек, соизмерима с равновесной концентрацией. Но слабое изменение Eg не может ионизовать все ловушки. В связи со сказанным выше увеличение концентрации ННЗ при малых (менее 2 кбар) давлениях можно объяснить генерацией ННЗ с глубокоуровневых точечных дефектов (ловушек), а насыщение при увеличении давления УВ свыше 3 кбар — накоплением генерированных УВ остаточных дефектов [4].

Исследовались также спектры фотопроводимости (ФП), температурные зависимости фототока и темно- Рис. 3. Температурные зависимости фототока Iph монокривого тока до и после прохождения УВ через кристалл. сталла CdTe до (1) и после (2) прохождения ударной волны.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Изменение структуры дефектов в монокристаллах p-CdTe при прохождении... При воздействии волны в полупроводниках образуются пары Френкеля, отдельные вакансии и межузельные атомы, которые способны вступать во взаимодействие с атомами примесей и образовывать устойчивые комплексы дефектов [10]. При многократном прохождении УВ эти устойчивые дефекты накапливаются от импульса к импульсу лазерного излучения, что аналогично воздействию на полупроводник радиационного облучения [11].

Возможно, что при первом прохождении УВ происходит образование вакансии кадмия, о чем свидетельствует появление уровня с E2 = 0.14 эВ (рис. 3 и 4, кривые 2).

При повторном прохождении УВ с P > 2 кбар вакансии кадмия переходят на дислокации. За счет уменьшения энергии образования вакансии при многократном прохождении УВ через кристалл возникает большое количество избыточных вакансий, которые вызывают дополнительную деформацию среды [12]. Эта деформация в свою очередь может создавать концентрационные потоки, вызывая явление восходящей диффузии. Возникший упруго деформированный слой резко стимулирует скорость диффузии вакансий в объем материала. УскоРис. 4. Температурные зависимости темнового тока монокриренная диффузия может быть связана с краудионным сталла CdTe до (1) и после (2, 3) прохождения ударной волны.

механизмом смещения узловых атомов, диффузией по стокам, ”дислокационным трубкам” с повышенной диффузионной проницаемостью или дрейфом в градиенте довательно, увеличение Nr вызывает уменьшение упругих деформаций, т. е. ”восходящей диффузией” [12].

( 1/Nr ) и фототока. Об этом также свидетельствует Скорость перемещения атомов в локальных объемах при осуществлении восходящей диффузии может на наблюдаемое уменьшение после прохождения УВ с несколько порядков превышать средний уровень подвиждавлением P < 2 кбар. При повторном прохождении ности атомов в кристаллах при данной температуре. В УВ с P > 2 кбар фототок падает еще на порядок, при результате вакансии локализуются в областях сжатия, этом вид температурной зависимости сохраняется, за созданных как самими вакансиями, так и ударной волной, исключением области температурного гашения фотопрообразуя кластеры. В зависимости от числа вакансий водимости (исчезает).

кластеры принимают форму шара либо диска моноатомВ температурной зависимости темнового тока криной толщины, т. е. дислокационной петли. Образование сталла (Id) наблюдается один участок с энергией активадислокационной петли и связанное с ним появление в ции E1 = 0.6эВ (рис. 4, кривая 1). После прохождения спектрах фотолюминесценции полосы max = 840 нм УВ с давлением P < 2 кбар величина темнового тока наблюдалось нами ранее [5]. Во многих работах других остается неизменной, но появляется дополнительный авторов эту дислокационную полосу связывают с точечучасток с E2 = 0.14 эВ (рис. 4, кривая 2). При дальными центрами рекомбинации, включающими вакансии нейшем увеличении давления УВ величина темнового кадмия [13]. Отметим, что появление дислокационной тока падает, а в температурной зависимости энергии петли и полосы max = 840 нм наблюдалось лишь активации E1 и E2 исчезают, но появляется уровень с при многократном прохождении УВ, что коррелирует с энергией E3 = 0.8 эВ, которая соответствует глубоким результатами данной работы.

r-центрам (рис. 4, кривая 3). Этот факт свидетельствует Таким образом, можно заключить, что ударная волна о том, что генерация носителей тока после прохождеобразующаяся при облучении кристаллов импульсами ния УВ с P > 2 кбар происходит с более глубоких лазерного излучения, является одним из механизмов уровней, чем в исходном кристалле. Уровень с энергией образования дефектов в p-CdTe.

E2 = 0.14 эВ соответствует в кристаллах CdTe энергетическому положению акцептора, который, как известно, Список литературы является вакансией кадмия [8], а уровень E1 = 0.6эВ соответствует двухзарядной вакансии кадмия [9].

[1] В.Н. Бабенцов, А. Байдуллаева, А.И. Власенко, С.И. ГорПоскольку в кристаллах p-типа вакансии металла бань, Б.К. Даулетмуратов, П.Е. Мозоль. ФТП, 27, (акцептора) проявляются в равновесной проводимости, (1993).

можно предположить, что уменьшение величины равно[2] В.Н. Бабенцов, А. Байдуллаева, С.И. Горбань, П.Е. Мозоль.

весной проводимости при прохождении УВ с P > 2кбар Поверхность. Физика, химия, механика, № 12, 144 (1988).

связано с изменением концентрации акцепторных цен[3] А. Байдуллаева, Б.М. Булах, Б.К. Даулетмуратов, Б.Д. Джутров в кристаллах. Рассмотрим поведение акцепторных маев, Н.Е. Корсунская, П.Е. Мозоль, Г. Гарягдыев. ФТП, 26, центров после многократного прохождения лазерной УВ. 801 (1992).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 446 А. Байдуллаева, А.И. Власенко, Б.Л. Горковенко, А.В. Ломовцев, П.Е. Мозоль [4] В.А. Янушкевич, А.В. Полянинов, Е.Г. Пруцков, Г.А. Полыганов. Изв. АН СССР. Сер. физ., № 5, 1146 (1986).

[5] А. Байдуллаева, А.И. Власенко, Ю.В. Власенко, Б.К. Даулетмуратов, П.Е. Мозоль. ФТП, 30, 1438 (1996).

[6] Л.И Иванов, Ю.Н. Никифоров, В.А. Янушевич. ЖЭТФ, 67, 147 (1974).

[7] Р. Бьюб. Фотопроводимость в твердых телах (М., Наука, 1962).

[8] Н.В. Агринская, Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев, Ю.В. Рудь.

ФТП, 2, 932 (1968).

[9] А.А. Соколова, В.С. Вавилов, А.Ф. Плотников, В.А. Чаплин. ФТП, 3, 720 (1969).

[10] Г.Г. Бондаренко, Л.И. Иванов, В.А. Янушевич. Физика и химия обраб. материалов, № 4, 147 (1973).

[11] А.И. Власенко, В.В. Горбунов, А.В. Любченко, Е.А. Сальков. УФЖ, 29, 423 (1984).

[12] В.Б. Брик. Диффузия и фазовые превращения в металлах и сплавах. (Киев, Наук. думка, 1985).

[13] I.M. Figueroa, F.S. Sinensio, J.G. Mendoza-Alvares. J. Appl.

Phys., 60, 452 (1986).

Редактор Т.А. Полянская Changes in defect structure patterns of p-CdTe single crystals at laser shock wave passing A. Baidullaeva, A.I. Vlasenko, A.I. Gorkovenko, B.L. Lomovets, P.E. Mozol Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences, 252650 Kiev, Ukraine

Abstract

Changes on lifetime of nonequilibriumm charge carriers (NCC), temperature dependencies of photo- and dark currents of high-resistance p-CdTe crystals at shock wave (SW) passing have been investigated. It is shown that changes of the above characteristics under SW passing are caused by NCC generation from deep centers. Changes after SW passing are cause by intrinsic defects formation and their subsequent interaction with as-grown defects.




© 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.