WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 6 Немонотонное поведение магнитофотопроводимости в p-CdHgTe © Д.Ю. Протасов¶, В.Я. Костюченко, В.Н. Овсюк Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия Сибирская государственная геодезическая академия, 630108 Новосибирск, Россия (Получена 14 июня 2005 г. Принята к печати 18 октября 2005 г.) Обнаружено, что в области температур, при которых в p-CdxHg1-x Te проводимость становится смешанной, магнитофотопроводимость, измеренная в геометрии эффекта Холла при подсветке вдоль магнитного поля (k B E), имеет немонотонную зависимость от магнитного поля. Немонотонность выражается в появлении максимума при B = 0 и появляется вследствие существенного магнитосопротивления, связанного с равновесными носителями заряда. Максимум появляется при условии, что проводимость равновесных электронов больше или равна половине проводимости равновесных тяжелых дырок, что выполняется в Cdx Hg1-x Te с x = 0.22 при температурах 140-150 K.

PACS: 72.20.My, 72.20.Fr, 72.80.Ey, 72.40.+W 1. Введение высокими характеристиками [3]. Исследуемые образцы представляли полоски длиной 10 мм и шириной 1 мм, коТройной твердый раствор CdxHgx-1Te (кадмий– торые укреплялись на сапфировой подложке. Омические ртуть–теллур, КРТ), где x — мольное содержание Cd, контакты к образцам были изготовлены из индия.

на сегодняшний день является основным материалом Для измерения магнитофотопроводимости образец додля изготовления фотоприемников инфракрасного из- полнительно освещался светодиодом, длина волны излулучения дальнего (10-12 мкм) и среднего (5-6мкм) чения = 0.94 мкм. Излучение, не попадая на контакты, диапазонов. Подвижность неосновных носителей заряда направлялось узкой диафрагмой на центральную область является одним из основных параметров полупровод- образца параллельно магнитному полю B.

ника, который во многом определяет свойства фото- Экспериментальная установка и методика измерений приемников. Наряду с временем жизни подвижность описаны в [1].

определяет диффузионную длину, которая является ключевым параметром при изотовлении фотоприемников 3. Теория с высокими характеристиками. Поэтому актуальными являются исследования фотоэлектромагнитных явлений Получим выражения, описывающие поведение МФП с целью определения рекомбинационно-диффузионных в магнитном поле B в случае смешанной проводимости.

параметров КРТ.

Для образцов в виде „холловского мостика“ изменение В работе [1] было проведено изучение магнитофотопродольного напряжения под действием излучения мапроводмости (МФП) в образцах p-типа проводимости лой интенсивности может быть записано как при температурах, близких к температуре жидкого азоcI (B) та, когда концентрация основных дырок (p) значительно U (B) =-, (1) превышает концентрацию неосновных электронов (n).

wd (B) В данной работе проведено теоретическое и экспегде c — расстояние между потенциальными контактами, риментальное исследование магнитофопроводимости с которых измеряется U (B), w и d — ширина и для образцов КРТ p-типа проводимости, выращенных толщина образца, I = const — постояннный ток через методом молекулярно-лучевой эпитаксии, в диапазоне образец.

температур T = 135-300 K, когда вклады в проводиЗависимость проводимости образца от магнитного мость электронов и дырок сравнимы.

поля для двух типов носителей — электронов и тяжелых дырок — дается известным выражением [4] 2. Образцы (B) = Образцы изготавливались из пленок, выращенных 2 n2µn(1+µ2B2)+p2µ2(1+µnB2)+2npµnµp(1-µnµpB2) p p методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках = e, nµn(1+µ2B2)+pµp(1+µnB2) из GaAs ориентации (013) [2]. Толщина пленок была p 7-10 мкм, состав соответствовал x = 0.21-0.23. Такие (2) пленки используются для создания фотоприемников с где e — абсолютный заряд электрона, p и n — кон¶ центрация дырок и электронов, µp и µn — подвижности E-mail: protasov@thermo.isp.nsc.ru Fax: (3832) 306858 дырок и электронов соответственно.

664 Д.Ю. Протасов, В.Я. Костюченко, В.Н. Овсюк При увеличении температуры выше 77 K роль реком- магнитофотопроводимость может быть выражена как бинации Шокли–Рида в КРТ p-типа уменьшается [5]. По- U (B)(B)2. Проводимость неравновесных носиэтому в области температур 135-300 K захватом нерав- телей (B) уменьшается, а удельное сопротивление, новесных носителей на ловушки можно пренебречь и связанное с равновесными носителями, (B) возрастает считать, что концентрации неравновесных электронов в магнитном поле, так как уменьшается эффективи дырок равны: n = p. Концентрации электронов и ная подвижность носителей в направлении тянущего дырок при освещении представим в виде n = n0 + n, электрического поля [5]. Наличие двух конкурирующих p = p0 + p. В случае малого уровня генерации нерав- процессов — это уменьшение (B) и увеличение (B), новесных носителей заряда можно пренебречь членами которые с разной скоростью изменяются в магнитном порядка n2, p2, n p. Тогда под действием освещения поле, и приводит к появлению максимума магнитофотоизменение в магнитном поле проводимости образца, проводимости.

содержащего электроны и дырки, запишется в виде Положение максимума (Bmax) зависимости магнитофотопроводимости от индукции магнитного поля B n0µn + p0µ2 +(n0 + p0)µnµp p найдем из условия d U /dB = 0. Учтя, что µn µp, (B)= n 2e получаем n0µn(1 + µ2B2) +p0µp(1 + µnB2) p 1 2n0 p0µn - qµp(p2 + 2n2) µp p0 + µnnµn(1 + µ2B2) +µp(1 + µnB2) 0 p Bmax =.

- 0(B), (3) 2 2p0 0 µpµn µp p3 + µnn0(p2 - p0n0 + n2) n0µn(1 + µ2B2) +p0µp(1 + µnB2) 0 p (5) 0 — темновая проводимость.

В области температур, при которых происходит появПодставляя выражение (3) в (1) и производя необление максимума МФП, n2 p2. Тогда выражение (5) 0 ходимые упрощения, получаем выражение для эффекта примет вид магнитофотопроводимости в области высоких темпе1 2n0µn - µp p0 µp p0 + µnnратур:

Bmax =. (6) 2 µp p3 + µnn0p0(p0 - n0) µpµn cI (B) U (B) =Отсюда следует условие появления максимума МФП:

wd (B) p n. (7) cI n µn = wd e (n0µn + p0µp)2 +(p0 - n0)2µnµ2BМаксимумы магнитофотопроводимости, наблюдаемые p при разных направлениях магнитного поля, расположе2 (n0µn + p0µp)2 + p0µpµnB2(2n0µn+ p0µp) -p2µ3µnB4.

ны симметрично относительно B = 0.

0 p (4) На рис. 1 приведена кривая, рассчитанная по 4. Эксперимент и обсуждение формуле (4) для следующих параметров носителей: µn = 2м2/В · с, n0 = 1 · 1020 м-3, µp = 0.02 м2/В · c, На рис. 2, a приведены измеренные полевые зависиp0 = 1 · 1022 м-3.

мости магнитофотопроводимости при температурах 77, Как видно из рис. 1, магнитофотопроводимость име155 и 175 K для образца Cdx Hg1-x Te с x = 0.22. Магниет максимум при B = 0.59 Тл. Причина появления тофотопроводимость является четной функцией магнитмаксимума заключается в следующем. Согласно (4), ного поля, поэтому показаны значения для одного направления магнитного поля. Через экспериментальные точки проходят теоретические кривые, рассчитанные по формуле (4).

При увеличении температуры максимумы смещаются в сторону больших значений индукции магнитного поля, так как в исследуемых образцах подвижность неосновных носителей уменьшается при возрастании температуры по закону T-3/2. Для температуры 175 K (см. рис. 2) вычисления по формуле (5) дают положение максимума Bmax = 2.5 Тл, что превышает максимальное значение магнитного поля в эксперименте (2Тл).

Концентрация и подвижность электронов и дырок определялась подгонкой теоретических выражений (4) к экспериментальным данным. Подгонка проводилась методом наименьших квадратов, в качестве метода оптимизации был выбран метод Хука–Дживса [6]. Значения Рис. 1. Теоретическая кривая магнитофотопроводимости — расчет по формуле (4). концентраций и подвижностей приведены в таблице.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Немонотонное поведение магнитофотопроводимости в p-CdHgTe Значение концентраций и подвижностей носителей µn, м2/В · с µp, м2/В · с n, 1019 м-3 p, 1021 м-T, K Спектр Спектр Спектр Спектр МФП МФП МФП МФП подвижности подвижности подвижности подвижности 77 6.9 - - 0.028 - - 7.135 2.8 2.9 0.019 0.02 1.9 1.8 8 8.145 2.7 2.8 0.014 0.016 4.5 3.5 13 155 2.5 2.5 0.011 0.011 7.9 8.2 11 165 2.2 2.2 0.01 0.01 25 19 18 175 2.0 1.9 0.009 0.01 48 34 22 Дополнительно на исследуемом образце были изме- блицы, можно рассчитать, что максимумы для данного рены эффект Холла и магнитосопротивление. Значения образца появляются при температуре 140 K. На рис. 2, b концентраций и подвижностей электронов и дырок, показаны магнитополевые зависимости МФП для температур 135 и 145 K. Как можно видеть, при 135 K определенные методом спектра подвижности [7], также максимума на кривой нет, в то время как при 145 K приведены в таблице.

наблюдается максимум при B = 0.4Тл.

Параметры носителей заряда, полученные из измереПри дальнейшем возрастании температуры образец ний магнитофотопроводимости, согласуются со значениКРТ p-типа становится собственным: p n ni. Однако ями, измеренными методом спектра подвижности.

проводимость в таких образцах однополярная (элекКак видно из рис. 2, a, кривая фотопроводимости тронная) вследствие большого различия в подвижнодля температуры 155 K имеет максимум при индукстях электронов и дырок. В однополярном проводнике ции магнитного поля B = 0.82 Тл. Если воспользоваться зависимость сопротивления от магнитного поля (B) условием появления максимумов (6) и данными тадостаточно слабая. Подвижность электронов близка к 1 м2/В · с. В этих условиях при увеличении магнитного поля (B) уменьшается с меньшей скоростью, чем возрастает 2(B), поэтому магнитофотопроводимость монотонно увеличивается.

5. Заключение В работе проведено исследование МФП для образцов КРТ p-типа, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, в области смешанной проводимости. Обнаружено немонотонное поведение МФП в магнитном поле, заключающееся в появлении максимумов при B = 0.

Приведенные результаты показывают, что полученные теоретические выражения хорошо описывают экспериментальные данные. Путем подгонки теоретического расчета к эксперименту были определены концентрации и подвижности носителей заряда. Параметры носителей заряда, полученные из измерений магнитофотопроводимости, согласуются со значениями, измеренными методом спектра подвижности.

Авторы благодарят С.А. Дворецкого и В.С. Варавина за предоставленные образцы и А.Ф. Кравченко за полезные обсуждения.

Список литературы [1] В.С. Варавин, С.А. Дворецкий, В.Я. Костюченко, В.Н. Овсюк, Д.Ю. Протасов. ФТП, 38 (5), 532 (2004).

Рис. 2. Магнитофотопроводимость образца CdxHg1-x Te при [2] Yu.G. Sidorov, S.A. Dvoretsky, N.N. Mikhailov, M.V. Yakushev, температурах 77, 155, 175 K (a) и 135, 145 K (b). Точки — V.S. Varavin, V.V. Vasiliev, A.O. Suslyakov, V.N. Ovsyuk. Proc.

эксперимент, сплошные линии — расчет согласно (4). SPIE, 4355, 228 (2001).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 666 Д.Ю. Протасов, В.Я. Костюченко, В.Н. Овсюк [3] V.V. Vasiliev, V.N. Ovsyuk, Yu.G. Sidorov. Proc. SPIE, 5065, 39 (2001).

[4] Е.В. Кучис. Гальваномагнитные эффекты и методы их исследования (М., Радио и связь, 1990).

[5] V.S. Lopes, A.J. Syllaios, M.C. Chen. Semicond. Sci. Technol., 8, 824 (1993).

[6] T.E. Shoop. A practical guid to computer method for engineers (N.J., 1979).

[7] W.A. Beck, J.R. Anderson. J. Appl. Phys., 62 (2), 541 (1987).

Редактор Л.В. Шаронова The nonmonotonic behavior of magnetophotoconductivity in p-HgCdTe D.Yu. Protasov, V.Ya. Kostuchenko, V.N. Ovsyuk Institute of Semiconductors Physics, Russian Academy Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia Siberian State Geodetic Academy, 630108 Novosibirsk, Russia

Abstract

It has been found, that the magnitophotoconductivity of p-Cdx Hg1-x Te has nonmonotonic dependence on magnetic field in the temperature interval where the conductivity is mixed.

The magnetophotoconductivity was measured in Hall geometry at illumination along magnetic field (k B E). This nonmonotonic behavior manifests itself in occurence of a maximum at B = 0 and is due to significant magnetoresistivity connected with equilibrium charge carriers. The maximum occurs provided that equilibrium electron conductivity is more or equal to half of equilibrium heavy holes conductivity, that takes place in CdxHg1-x Te with x = 0.at the temperatures 140-150 K.

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.