WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 5 УДК 621.315.592 Влияние условий пиролиза аэрозоля водных растворов тиомочевинных комплексов на СВЧ фотопроводимость пленок сульфида кадмия © Н.Л. Сермакашева¶, Ю.М. Шульга, Ю.В. Метелева, Г.Ф. Новиков Институт проблем химической физики Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Россия (Получена 21 июля 2005 г. Принята к печати 14 сентября 2005 г.) Микрометровые пленки CdS исследованы методами СВЧ фотопроводимости (резонаторный метод в 3 см диапазоне), рентгенофазового анализа и диффузного отражения. Пленки были получены методом пиролиза аэрозоля из тиомочевинных координационных соединений при температуре подложки 250-550Cи содержали примесь хлора. Для освещения использовали импульсный азотный лазер (337 нм) длительностью импульса 10 нс. Обнаружена зависимость параметров отклика СВЧ фотопроводимости, энергии запрещенной зоны и микродеформации кристаллической решетки от температуры синтеза пленок.

PACS: 73.61.Ga, 73.50.Pz, 73.50.Gr, 78.70.Gq 1. Введение температурах в пленках присутствует большое число акцепторов электронов.

Поликристаллические пленки CdS представляют со- Рентгеновские дифрактограммы записывали с помобой один из перспективных материалов для оптоэлек- щью дифрактометра ДРОН АДП-1 (CuK-излучение, тронных устройств, солнечных элементов и лазерных Ni-фильтр). Толщина пленки (d) оценивалась по ослабдиодов [1]. Разработано много способов их получения, лению интенсивности дифракционных пиков подложки.

и среди них одним из удобных и дешевых способов Для оценки были использованы известные массовые является метод пиролиза аэрозолей. Предварительные коэффициенты ослабления излучения для элементов [6].

результаты изучения фотоотклика СВЧ поглощения та- При этом полагали, что коэффициент ослабления излуких пленок [2] позволили высказать предположение, что чения материалом пленки такой же, как и чистым CdS.

при увеличении температуры получения пленок в диапаСпектры диффузного отражения измеряли с помощью зоне T = 250-550C увеличивается вклад в фотоотклик спектрометра РС1000 с фотометрической линейкой, свободных электронов, так что при T > 400C резко оснащенного интегрирующей сферой. Отражение извозрастает составляющая фотоотклика — СВЧ фотомеряли относительно подложки (ситалл), коэффициент проводимость. Однако объяснение этого факта в [2] не отражения которой принимали равным 100%.

было дано. В связи с этим в данной работе проведены Методика СВЧ фотопроводимости основана на регидополнительные эксперименты по СВЧ фотопроводистрации изменения мощности отраженной электромагмости, получены данные по рентгенофазовому анализу, нитной волны (3 см диапазон) от резонатора с образизучены спектры диффузного отражения.

цом, вызываемого воздействием на образец импульса света, и детально описана в [7–9]. Использовался прямоугольный отражательный резонатор типа TE101 объемом 2. Экспериментальная часть V 5.1см3. Образец в кварцевой ампуле помещался в пучность электрического поля. Для освещения исПленки CdS получали методом распыления водпользовался импульсный лазер ЛГИ-505 (длина волны ного раствора хлоридного тиомочевинного координа = 337 нм, длительность импульса 8-10 нс). Добротционного соединения кадмия на ситалловую подложность нагруженного резонатора QL 103. Площадь обку. Температура подложки варьировалась в диапазоне разца, подвергшегося лазерному облучению, 0.06 см2.

T = 250-550C [2,3].

Временное разрешение установки 50 нс.

Химический анализ пленки, полученной при Принимая во внимание, что происходит изменение T = 350C, показал, что в пленке содержится (по массе):

комплексной диэлектрической проницаемости образCd — 76.5%, S — 20.6%, Cl — 3.3%. Брутто-состав ца = - i, СВЧ фотоотклик можно представить пленки можно записать как CdS0.947Cl0.137. Углерода как совокупность двух составляющих, P = Pf + PQ, и водорода в пленке обнаружено не было. Из данных обусловленных изменением добротности резонатора химического анализа следует, что пленка, полученная ( PQ, СВЧ фотопроводимость) и изменением резонанспри 350C, обогащена примесью хлора. Это подтверной частоты ( Pf, фотодиэлектрический эффект). Для ждает ранее сделанные выводы [4,5], что при низких разделения этих компонент ( PQ и Pf ) и определения ¶ E-mail: natser@icp.ac.ru сдвига резонансной частоты f анализировали частот1 514 Н.Л. Сермакашева, Ю.М. Шульга, Ю.В. Метелева, Г.Ф. Новиков ную зависимость фотоотклика P( f ) вблизи резонансной частоты f [7,9,10]:

f ( )- +, (1) f + где и — изменения действительной и мнимой частей. Методика разделения компонент детально описана в работах [7,10].

3. Экспериментальные результаты 3.1. СВЧ фотопроводимость Как и в [4,5], в поликристаллических пленках CdS Рис. 1. Кинетика спада | f | (1) и PQ (2) для пленки CdS на резонансной частоте наблюдался фотоотклик, на из хлоридного тиомочевинного комплекса, полученной при T = 500C. Поток фотонов 5 · 1013 см-2 за импульс.

спаде которого в разной степени были выражены две компоненты — быстрая и медленная. Характеристические времена спада (1) и амплитуды (A1) быстрой компоненты пленок, полученных при разных T, сильно T = 450-550C следует связывать, как и в [2,4,5], с различались. По виду зависимости характеристических ростом дрейфовой подвижности электронов µ, так как параметров от температуры синтеза полученные пленки в этой области температур синтеза время жизни свободможно было разделить на две группы. Для пленок, полуных электронов практически постоянно.

ченных при низких температурах, T 400C, 1 резко уменьшалось с ростом T; амплитуда быстрой компоненты A1 при этом росла незначительно. В области 3.2. Рентгенофазовый анализ T > 400C 1 почти не менялось, в то время как Aрезко росла. Естественно было предположить при на- Из данных рентгенофазового анализа (РФА) следует, блюдаемой зависимости 1(T), что быстрая компонента что пленки имеют гексагональную структуру (вюрцит).

фотоотклика не может во всем диапазоне T отражать Размеры кристаллитов по направлению, перпендикинетику гибели свободного (ни разу не испытавшего кулярному плоскости [103], оцененные по формуле захват в ловушку) электрона. Вероятно, вклад в нее D103 = / cos ( = 1.5418 — длина волны рентгепри низких T дают электроны, испытавшие повторный новского излучения, — ширина на половине высоты захват в ловушки. Однако, хотя такое предположение и дифракционного пика), плавно растут с ростом T (табсогласуется с результатами [2,4,5], для доказательства лица). Дифракционный пик [103] был выбран для этой необходим раздельный анализ кинетики PQ и Pf.

цели, поскольку он находится на слабо изменяющемся Анализ частотных зависимостей фотоотклика подфоне и не перекрывается с другими пиками.

твердил предположение о росте вклада в СВЧ фотоотМежплоскостные расстояния практически не зависят клик при T > 400C свободных электронов. Основной от T. Однако по своей абсолютной величине они оказавклад в СВЧ поглощение при высоких температурах лись заметно меньше таковых для чистого CdS. Уменьсвязан с изменением добротности резонатора. Из рис. шение параметров элементарной ячейки a, c может быть видно, что при временах t < 200 нс скорость спада сдвиобусловлено либо частичной заменой атомов серы на га резонансной частоты резонатора примерно в 2 раза больше скорости спада изменения добротности (см. соПараметры поликристаллических пленок CdS, полученных отношение (1)).

методом пиролиза аэрозоля Этот факт свидетельствует о том [10], что на временах 0 < t < 200 нс основной вклад в фотопроводимость T C Dav, a, c, D103, d, мкм c/a Eg, эВ дают электроны, ни разу не побывавшие в ловушках с момента фотовозбуждения, и величина t = 200 нс соот- 250 1412 4.113 6.678 269 23 1.62363 2.40-2.300 970 4.105 6.666 255 17 1.62387 2.405-2.ветствует их времени жизни до захвата в ловушку. При 350 997 4.113 6.678 299 21 1.62363 2.428-2.t > 200 нс кривые 1 и 2 в полулогарифмических коор400 896 4.113 6.678 343 16 1.62363 2.динатах практически параллельны, что в соответствии 450 717 4.113 6.678 371 11 1.62363 2.с соотношением (1) свидетельствует об установлении 500 4.121 6.690 386 6 1.62339 2.к этому времени равновесия между носителями тока в 550 792 4.105 6.666 391 3 1.62387 2.зоне проводимости и в мелких ловушках.

Если принять предложенную выше интерпретацию, Примечание. Для чистого CdS: a = 4.1409, c = 6.7198, то рост СВЧ фотопроводимости пленок в области c/a = 1.6228 [11]; a = 4.136, c = 6.713, c/a = 1.6231 [12].

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние условий пиролиза аэрозоля водных растворов тиомочевинных комплексов... атомы хлора или другого элемента с меньшим атомным радиусом, либо сжатием решетки CdS под действием поверхностной окисной пленки, разделяющей кристаллиты. По-видимому, все-таки наблюдаемое уменьшение межплоскостных расстояний обусловлено вакансиями в подрешетке кадмия. Во-первых, размер кристаллитов слишком большой, чтобы на них заметно повлияло сжатие из-за поверхностной пленки или давления Лапласа.

Во-вторых, согласно данным химического анализа, в состав пленки входит достаточно большое количество атомов хлора. Избыток хлора можно легко разместить в подрешетке серы, если допустить присутствие дефектов в подрешетке кадмия.

Измеряя соотношения интенсивностей дифракционных пиков пленки и подложки, можно оценить толщину пленки d [6]. Из таблицы видно, что с увеличением Рис. 2. Спектры отражения образцов CdS с примесью хлотемпературы подложки толщина пленки уменьшается ра, полученных при разных температурах подложки T, C:

почти в 8 раз.

1 — 250, 2 — 300, 3 — 350, 4 — 400, 5 — 450, 6 — 500, Анализ данных таблицы показывает, что пленки, 7 — 550.

полученные при 500C, имеют параметры структуры, наиболее близкие к известным для чистого CdS.

нокристалла Eg = 2.42 эВ), можно считать, что при вы3.3. Спектры отражения света соких температурах наблюдается хорошее соответствие энергии запрещенной зоны (2.47 эВ при T = 500C) На рис. 2 приведены спектры диффузного отражения справочным данным (Eg для вюрцитной модификаисследуемых образцов в диапазоне энергий фотонов ции 2.52 эВ [12]).

h = 1.9-2.7 эВ охватывающем край поглощения. ВидТаким образом, спектральные данные подтверждают но, что в зависимости от температуры синтеза увеличивывод, сделанный ранее из РФА и СВЧ фотопроводимовается коэффициент отражения R практически при всех сти: пленки, полученные при T = 500C, действительно длинах волн.

наиболее чистые. Кроме того, такое существенное разлиПринимая во внимание, что коэффициент поглощения чие в Eg пленок, полученных при разных температурах в CdS с коротковолновой стороны этого диапазона синтеза, указывает на резкое различие их структурных (в области межзонных переходов) достаточно больсвойств.

шой ( 2 · 105 см-1) и отсюда — малое отражение, а с длинноволновой стороны, напротив, коэффициент отражения велик, можно считать, что весь падающий на 4. Обсуждение образец световой поток либо поглотится в пленке CdS, либо отразится, т. е. долей прошедшего света и погло- С использованием данных таблицы построены завищением в подложке можно пренебречь. Тогда коэффи- симости размера зерна (D103) и ширины запрещенной циент поглощения можно выразить через коэффици- зоны Eg от температуры получения пленок (рис. 3).

ент отражения как [13] ln[(Rmax - Rmin)/(R - Rmin)], Средний размер зерна (Dav) был найден с учетом где Rmin, Rmax — минимальное (коротковолновое) и наличия микродеформации, и он с ростом температуры максимальное (длинноволновое) значения коэффициен- получения пленок уменьшался. С тенденцией роста та отражения.

энергии запрещенной зоны и деформации при увеличеЗначения ширины запрещенной зоны Eg могут быть нии температуры коррелирует размер зерна D103.

определены из спектров поглощения экстраполяци- Изменение ширины запрещенной зоны может быть ей прямолинейного участка в координатах (h)2 — обусловлено различными факторами, например разh на ось абсцисс [13,14], или в нашем случае мером зерна, деформацией кристаллической решетки, из спектров коэффициента отражения в координатах изменением структурных параметров, собственными и {h ln[(Rmax - Rmin)/(R - Rmin)]}2 — h [15]. Опреде- примесными дефектами, концентрацией дефектов и т. д.

ленные из экспериментальных спектров значения Eg Чтобы выяснить, какой из этих факторов оказывает приведены в таблице. Видно, что Eg в зависимости решающее влияние на СВЧ поведение пленок, расот температуры подложки монотонно увеличивается смотрим приведенные на рис. 3 зависимости энергии от 2.405 до 2.47 эВ. запрещенной зоны и размера зерна D103 от темпераПринимая во внимание, что для порошков CdS энер- туры подложки, обе функции изменяются практически гия запрещенной зоны значительно ниже, чем для мо- одинаково. Кроме того, такая же зависимость от темнокристалла, и составляет Eg = 2.349 эВ [15] (для мо- пературы подложки наблюдается и для амплитуды СВЧ 1 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 516 Н.Л. Сермакашева, Ю.М. Шульга, Ю.В. Метелева, Г.Ф. Новиков ной структуры [19]. В соответствии с [15] для чистого CdS c/a = 1.6228. Тогда, исходя из данных РФА, приведенных в таблице, можно предположить, что в пленке, полученной при T = 500C, (c/a = 1.62339) наблюдается наименьшая микродеформация решетки.

С целью проверить это предположение была рассчитана микродеформация, возникающая в пленках в процессе синтеза, согласно [20], — по полной ширине на полувысоте пиков дифрактограммы с использованием выражения K cos = + 4 sin, (2) Dav где — угол Брэгга, — ширина на половине выРис. 3. Зависимость размера зерна D103 (1), ширины за- соты дифракционного пика, = 1.5418 (длина волны прещенной зоны Eg (2), обратной микродеформации 1/ (3) излучения CuK), Dav — средний диаметр зерна, K — пленок CdS от температуры подложки.

коэффициент формы (K 1), — остаточная (после синтеза) деформация пленок.

Зависимость cos от sin представляет собой прямую линию. Деформация может быть рассчитана по фотоотклика. Это наводит на мысль, что на оптические наклону этой прямой, средний размер зерна (Dav) по параметры, размер зерна и параметры СВЧ фотопроотсекаемому отрезку на оси ординат. На рис. 3 для водимости оказывает влияние один и тот же фактор.

наглядности приведена величина, обратная микродефорЗависимости параметров СВЧ фотоотклика от размера мации.

зерна не выявлено.

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.