WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 6 Электрические характеристики монокристаллов CdTe Pb при высоких температурах ¶ © П.М. Фочук, О.А. Парфенюк, О.Э. Панчук Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, 58012 Черновцы, Украина (Получена 28 июня 2005 г. Принята к печати 19 октября 2005 г.) Впервые исследованы высокотемпературные (400-900C) электрические свойства монокристаллов CdTe Pb под контролируемым давлением пара Cd (0.001-3атм). Измерялись температурные и барические зависимости удельной проводимости и коэффициента Холла. Пониженная по сравнению с нелегированным CdTe концентрация электронов свидетельствует об увеличении количества примесных точечных дефектов, связанных с примесью Pb. Полученные результаты объясняются с использованием теории квазихимических реакций дефектообразования Крегера в предположении возможности существования свинца в изолированном 2состоянии (Pb+ ) и в составе ассоциата (Pb+ VCd )-.

Cd Cd PACS: 72.80.Ey 1. Введение 2. Экспериментальная часть Монокристаллы CdTe Pb выращивали вертикальным При практическом использовании CdTe в большинметодом Бриджмена. Содержание основных фоновых стве случаев нужны монокристаллы с низкой конценпримесей определяли методом атомно-абсорбционного трацией носителей, что может быть обеспечено проанализа и, как правило, оно было на уровне цессами самокомпенсации. По сравнению с другими (5-8) · 1015 см-3. Образцы изготавливали из шайб, выпримесями компенсирующее действие Pb исследовано резанных из начала, середины и конца слитка, чем обесгораздо меньше. Известно, что при добавлении Ge, Sn печивалось различное количество примеси в материале.

и Pb в CdTe образуются глубокие уровни [1]. Эти Для высокотемпературных электрических измерений центры определяют равновесные характеристики образиспользовали образцы с размерами 2.52.515 мм3, цов и рекомбинационные процессы при фотовозбуждекоторые фиксировались в кварцевом держателе шестью нии [2]. На данный момент не существует определенного прижимными вольфрамовыми зондами с графитовыми мнения о природе этих глубоких центров. Считается, наконечниками. Вместе с держателем в ампулу ставили что элементы IVA подгруппы в CdTe могут проявлять рассчитанное количество Cd, откачивали ее, запаивали амфотерные свойства, входя в узлы обеих подрешеток и потом проплавляли под вакуумом в 2 местах для с образованием стойких ассоциатов (MCd-MTe), где создания герметичности.

M — атомы Ge, Sn и Pb [3], являться составляющими комплексов (VCd-MCd) [3,4] или существовать в изолированном состоянии MCd [5–8]. Следует отметить, 3. Результаты и их обсуждение что кристаллы CdTe, легированные Ge и Sn, обладают выской фоторефрактивностью [9,10], которая в CdTe Pb Проводимость всех исследуемых образцов CdTe Pb пока не исследована.

была p-типа и определялась при температурах Преобладающее большинство исследований свойств T = 295-430 K глубоким уровнем EV +(0.43 ± 0.03) эВ кристаллов CdTe с примесями Ge, Sn или Pb прово- (см. таблицу).

дились при низких температурах, когда система соб- Высокотемпературные измерения начинали, как праственных и примесных дефектов „заморожена“. Более вило, с изотерм при 400-500C и заканчивали при информативными с точки зрения дефектной структуры 900C. Далее некоторые серии измерений повторяли материала являются высокотемпературные измерения еще 1-2 раза для регистрации наблюдаемых изменений эффекта Холла (400-900C), в ходе которых можно концентрации носителей после действия высоких темпеизменять концентрации и подвижности собственных ратур и давлений паров Cd.

дефектов в широких пределах, а также исследовать их Поскольку коэффициент распределения свинца в CdTe изменение в зависимости от давления пров Cd, Te, не известен, для оценки его возможного содержания в температуры и скорости охлаждения в условиях in situ. образце мы экстраполировали аналогичные данные по Ge и Sn. Рассчитанная по уравнению Пфанна ориентиНастоящая работа посвящена изучению электричеровочная концентрация Pb в образцах изменялась от ских характеристик кристаллов CdTe Pb при высоких 5 · 1017 см-3 (образец Pb1) до 1 · 1019 см-3 (обратемпературах и контролированном давлении пара Cd зец Pb5).

(PCd) с целью уточнения их дефектной структуры.

Подвижность носителей µH = RH ( — проводи¶ E-mail: fochuk@chnu.cv.ua мость, RH — коэффициент Холла) во всех образцах 668 П.М. Фочук, О.А. Парфенюк, О.Э. Панчук Равновесные характеристики образцов CdTe Pb при 300 K Концентрация примеси Приведенная Концентрация Удельная проводимость, Подвижность Образец в расплаве C0, ат/ см3 длина g дырок p, см-3 Ом-1 · см-1 носителей µH, см2/В · с Pb Pb1 5 · 1018 0.33 3 · 10-Pb2 1 · 1019 0.89 4.2 · 1012 3 · 10-5 Pb3 5 · 1019 0.43 1.9 · 1010 2 · 10-7 Pb4 5 · 1019 0.30 5.3 · 1010 6 · 10-7 Pb5 5 · 1019 0.78 1.6 · 1011 8 · 10-7 Примечание. g — отношение расстояния от начала слитка до того места, откуда вырезался образец, к общей длине слитка. —биполярная проводимость.

при T > 400C имеет электронный характер (рис. 1), за исключением образца Pb3. В начале измерений (400C) в образце Pb3 наблюдались малые значения RH ( 15 см2/В · с), и с понижением температуры (до T 270C) величина становилась еще меньше. Самые высокие значения подвижности наблюдались для образца Pb1, а самые низкие — для Pb5.

Рис. 2. Зависимости концентраций электронов от давления паров Cd для образца Pb5 при T = 600C (1–3) и 500C (4).

Номера кривых показывают последовательность измерений после предварительной термообработки в области более высоких температур (700-900C). Штриховая кривая — нелегированный CdTe при 600C.

Рис. 1. Температурная зависимость холловской подвижности носителей заряда µH = RH для 3 образцов CdTe Pb :

1 — Pb1, 2 — Pb2, 3 — Pb3. Стрелки показывают направление измерений.

Барические зависимости концентрации электронов n от давления паров Cd показаны на рис. 2, 3. При 500C величина n практически не зависела от PCd, наклон зависимости в двойном логарифмическом масштабе составляет = 0.05 (рис. 2, кривая 4). При повышении температуры увеличиваются как n, так и, и при T = 900C концентрация электронов приближается к таковой для нелегированного CdTe (рис. 3). Наклоны также практически сравниваются с характерным для такого же материала значением 0.33 [11,12]. Практически при всех T и PCd наблюдается некоторое понижение n по сравнению с нелегированным материалом (штриховые Рис. 3. Зависимости концентрации электронов от давления палинии на рис. 2, 3), что свидетельствует о значительной ров Cd для образца Pb5 при разных температурах. Штриховые концентрации акцепторной примеси.

линии — нелегированный CdTe.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Электрические характеристики монокристаллов CdTe Pb при высоких температурах Процессы самокомпенсации можно описать следующими уравнениями:

Pb(s) +VCd Pb+ + e-, (1) Cd 0 2Pb(s) +2VCd Pb+ VCd + h+, (2) Cd 2- 2- Pb+ + VCd Pb+ VCd APb. (3) Cd Cd Протеканию процессов самокомпенсации (1)–(3) способствует повышение содержания легирующей примеси в кристалле в виде донорных дефектов замещения Pb+, Cd которые, согласно теории квазихимических реакций дефектообразования Крегера [13], вызывают увеличение содержания заряженных вакансий кадмия и соответственно смещение равновесия в реакциях образования ассоциатов (2), (3) в правую сторону, т. е. в сторо2ну увеличения [(Pb+ VCd )-]. Кристаллы CdTe Pb при Cd 300 K всегда имеют p-тип проводимости, дополнительно Рис. 4. Температурные зависимости концентрации электронов подтверждая, что в качестве основных акцепторных в образце Pb3 при разных давлениях паров Cd. Приведены примесных дефектов следует рассматривать ассоциаты 2значения PCd и энергии активации. Штриховые линии — не(Pb+ VCd )-. Тогда для сильно легированных кристаллов Cd легированный CdTe.

CdTe Pb приближенное уравнение электронейтральности будет иметь следующий вид:

2Pb+ = Pb+ VCd. (4) Cd Cd Температурные зависимости (рис. 4) также показывают более низкую концентрацию электронов по сравне- Отметим, что при 300 K ассоциаты в кристаллах присутнию с нелегированным материалом. Наклоны линейных ствуют в несколько большем количестве, чем простые зависимостей lg n = f (1000/T ) в большинстве случаев доноры.

не соответствуют энергии 0.65-0.75 эВ, характерной Исходя из близости атомных радиусов Te (0.17 нм) для нелегированного CdTe. На основании данных, при- и Pb (175 нм) можно предположить также образование веденных на рис. 4, энтальпия процесса, ответственного дефектов акцепторного типа (Pb- ) и более сложных с Te за увеличение концентрации электронов в образце Pb3 их участием (Pb+ Pb-)0 (хотя экспериментально такие Cd Te при нагревании, определенная из уравнения Аррениу- центры не обнаружены):

са, составляет для всех изобар E =(0.89 ± 0.01) эВ Pb(s) +VTe Pb- + h+, (5) Te (PCd = 0.01-1атм). Поэтому можно считать, что тем пературная зависимость n определяется в первую очеPb- + Pb+ Pb+ Pb-. (6) Te Cd Cd Te редь примесными, а не собственными дефектами. Для остальных образцов значения энтальпии этого процес- Выше были проанализированы процессы компенсации са находились в более широком диапазоне энергий: с учетом только дефектов, образованных на основе примесных атомов свинца. Полное уравнение электро E 0.9-1.0 эВ. Еще одной особенностью образца Pbбыл переход от смешанной проводимости к электрон- нейтральности должно учтиывать все возможные типы заряженных дефектов:

ной в широком температурном интервале, который начинался при T 350C и завершался при 500C 2+ 2[h+] +[Pb+ ] +2[Cd2+] +2[VTe ] =[e-] + Pb+ VCd Cd i Cd (рис. 1).

Проведем анализ некоторых реакций образования 2- +[Pb- ] +2[VCd ] +[VCd]. (7) Te примесных точечных дефектов в кристаллах CdTe Pb.

Как следует из исследований спектров электронного Тогда парамагнитного резонанса [6–8], атомы Pb образуют в 2+ [e-] =[h+] +[Pb+ ] +2[Cd2+] +2[VTe ] CdTe дефекты донорного типа Pb+. Cd i Cd Несмотря на значительное содержание Pb, исследуе- 2- 2- - Pb+ VCd - [Pb-] - 2[VCd ] - [VCd]. (8) Cd Te мые кристаллы имели достаточно высокое сопротивление, поэтому можно предположить существенное влиПри T > 700C и максимальном PCd концентрация яние на дефектную структуру CdTe Pb процессов приэлекторонов с достаточной точностью может быть расмесной самокомпенсации, при которой донорные центры считана по уравнению, в котором сохранены по 2 основPb+ компенсируются сложными дефектами акцепторноCd ных типа донорных и акцепторных точечных дефектов:

2го типа (Pb+ VCd )-. Эти центры будем рассматривать в Cd 2- 2качестве доминирующих. [e-] =[Pb+ ] +2[Cd2+] - Pb+ VCd - 2[VCd ]. (9) Cd i Cd Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 670 П.М. Фочук, О.А. Парфенюк, О.Э. Панчук Рассмотрим ситуацию для образца Pb5 на начальном более значительной растворимости Pb в CdTe. Косэтапе измерений (рис. 2). При 500C концентрация венным подтверждением этого предположения является электронов в образце 6 · 1015 см-3 и практически не сравнение концентрационных зависимостей удельного зависит от PCd. Это позволяет предположить, что она сопротивления кристаллов CdTe, легированных оловом 2определяется преобладанием [Pb+ ] над [(Pb+ VCd )-], и свинцом [14,16]. При охлаждении большая часть Cd Cd 2Cd2+ выпадает из твердого раствора, образуя включения поскольку вклад [Cd2+] и [VCd ] при этой температуре i i несуществен [14]. Приближенное уравнение электроней- второй фазы, тральности имеет вид mCd2+ + 2me- (Cdi)m, (14) i 2[e-] =[Pb+ ] - Pb+ VCd. (10) Cd Cd 2- 2а [VCd ] и [(Pb+ VCd )-] „замораживаются“. Поэтому Cd При 600C концентрация электронов в 1.5-2 раза после охлаждения до 300 K можно предположить довыше, чем при 500C, и уже наблюдается зависимость минирование акцепторных дефектов, чему соответствует n от давления паров Cd (рис. 2, кривая 1). Хотя при уравнение электронейтральности уменьшении PCd концентрация электронов падает, она все же остается существенно выше, чем в нелегирован 2- 2[h+] = Pb+ VCd + 2 VCd - Pb+. (15) ном CdTe. Это связано с усилением роли собственных Cd Cd донорных дефектов Cd2+ в процессе образования элекi 22Следует отметить, что [Pb+]Cd и [(Pb+ VCd )-] связаны тронов при нагревании (поскольку концентрация [VCd ] в Cd между собой через полную концентрацию свинца:

этих условиях малая, ею можно пренебречь) [15].

Серия измерений при более высоких температурах 2[Pb] =[Pb+ ] + Pb+ VCd. (16) (700C) и давлениях паров Cd, где весьма существенна Cd Cd [Cd2+], привела к дальнейшему увеличению n приблиi Заметим, что в уравнении (16) учитывается только зительно в 2 раза (рис. 2, кривая 2), что может быть электрически активная часть примеси.

обусловлено протеканием следующих реакций:

2Отношение [Pb+ ]/[(Pb+ VCd )-] в процессе термооб2- Cd Cd Cd(g) +VCd Cd0 + 2e-, (11) Cd работки может варьироваться. В первую очередь на него 2влияют высокая температура и низкие давления пара Cd(g) + Pb+ VCd Pb+ + Cd0 + 2e-. (12) Cd Cd Cd Cd, т. е. условия, которые способствуют возникновению Некоторое падение n по мере приближения к области в кристалле значительных концентраций VCd.

максимального давления паров Cd может быть вызвано увеличением [VTe] — концентрации вакансий, которые преобладают при этой температуре, и протеканием про4. Заключение цессов (5), (11), (12).

После измерений при высоких температурах (900C), Впервые исследованы электрические свойства криво время которых в кристалле образуются также зна- сталлов CdTe Pb при высоких температурах в атчительные количества вакансий Cd, возврат к более мосфере паров Cd. Показано, что при значительной низкой температуре (T = 600C — рис. 2, кривая 3) концентрации Pb образование точечных дефектов в сопровождается уменьшением n, что объясняется проматериале определяется процессами самокомпенсации.

цессом образования ассоциатов (уравнение (3)). В этом Часть примеси находится в виде Pb+, другая в виде Cd 2случае приближенное уравнение электронейтральности ассоциатов (Pb+ VCd ). В зависимости от температуры, Cd приобретает следующий вид:

PCd и предыстории образца можно изменять структуру точечных дефектов CdTe в значительных пределах. Тер2[e-] =[Pb+ ] +[Cd2+] - Pb+ VCd. (13) Cd i Cd мообработка при высоких температурах способствует 2Наблюдаемое увеличение n и тангенса угла наклона увеличению [(Pb+ VCd )-], а при высоких давлениях Cd зависимостей lg n = f (103/T ) при дальнейшем повыше- PCd —увеличению[Pb+ ].

Cd нии температуры (700-900C) до значений, характерных для нелегированного CdTe, ( = 0.3) связано с Список литературы протеканием процессов самокомпенсации и существованием части атомов Pb в виде Pb+, а другой —в виде Cd 2- [1] А.В. Савицкий, О.А. Парфенюк, М.И. Илащук, А.Й. Сав(Pb+ VCd )-. Направление и величина таких изменений Cd чук, С.Н. Чупыра. ФТП, 38 (5), 516 (2004).

близки к характерным для кристаллов нелегированно[2] П.М. Горлей, О.А. Парфенюк, М.И. Илащук, К.С. Ульяницго CdTe.

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.