WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 6 Электрические свойства пленок теллурида кадмия, синтезированных в тепловом поле градиента температуры ¶ © А.П. Беляев, В.П. Рубец, М.Ю. Нуждин Санкт-Петербургский государственный технологический институт, 198013 Санкт-Петербург, Россия (Получена 10 ноября 2002 г. Принята к печати 4 декабря 2002 г.) Сообщается о результатах изучения электрических свойств пленок CdTe, синтезированных в тепловом поле градиента температуры, в зависимости от кристаллической структуры, давления окружающей атмосферы и толщины пленок. Представлены результаты исследования пленок с различной структурой: от поликристаллической до состоящей из блоков кристалла. Выявлено возрастание удельной проводимости с ростом кристаллического совершенства пленок, с повышением давления окружающей атмосферы и уменьшением толщины пленок. Продемонстрирована возможность удовлетворительного описания эксперимента в рамках модели неоднородного полупроводника с межкристаллитными барьерами.

1. Введение Толщина пленок измерялась на микроинтерферометре МИИ-4, обеспечивающем измерение с точноЭлектрические свойства пленок очень сильно зависят стью ±0.03 мкм.

от способа и условий синтеза. Не являются исключением и пленки теллурида кадмия, о нетривиальном 3. Результаты эксперимента способе получения и структуре которых сообщалось в работах [1,2]. В этой связи, учитывая особый интерс Экспериментальные исследования включали в себя опто- и микроэлектроники к CdTe, далее представлеизмерения удельного сопротивления пленок в планарной ны результаты изучения электрических свойств пленок геометрии, а также изучение влияния кристаллической теллурида кадмия, синтезированных в тепловом поле структуры, давления окружающей атмосферы и толщиградиента температуры.

ны пленок на проводимость.

Проводимость образцов возрастала от 10-8 Ом-1см-1 для пленок со структурой, близкой к 2. Исследованные образцы поликристаллической (рис. 1, a), до 10-7 Ом-1см-1 — и методика эксперимента для эпитаксиальных пленок (рис. 1, d). Проводимость зависела также от окружающей атмосферы. В вакууме Все исследованные образцы синтезировались на под( 10-3 Па) значения проводимости уменьшались, в ложке из слюды мусковит в тепловом поле градиента сравнении с вышеприведенными данными, примерно на температуры по методике [2]. В зависимости от конкретпорядок.

ного режима их кристаллическая структура изменялась Удельная проводимость образцов зависела от их толот поликристаллической до эпитаксиальной. Пленки щины. Результатам, представленным на рис. 1, соотсостояли из отдельных блоков (кристаллитов) столбчаветствует толщина пленок d 0.5 мкм. Детально влитого вида, размер и взаимная разориентация которых яние толщины пленок на удельную проводимость исопределяли совершенство кристаллической структуры следовалось на образцах с поликристаллической структого или иного образца. Образцы, близкие к поликритурой (рис. 1, a). Результаты исследования отражасталлическим, состояли из кристаллитов с характерет рис. 2. Увеличение толщины приводило к поным размером 0.3 мкм, эпитаксиальные пленки — нижению удельной электропроводности от 2 · 10-из блоков кристалла размером 1.0 мкм с взаимной до 5 · 10-9 Ом-1см-1.

разориентацией 2-15.

Процесс установления равновесного значения провоТип проводимости образцов, согласно знаку термоэдс, димости во всех образцах был связан с долговременсоответствовал электронному типу.

ными релаксациями. Характерное время релаксаций Электрические измерения проводились в планарной достигало 100 с.

геометрии в токовом режиме с помощью электрометра Температурная зависимость проводимости описыВ7-30. Использовались индиевые контакты. Омичность валась простой экспонентой с энергий активации контактов контролировалась по начальным участкам (0.70-0.72) эВ.

вольт-амперных характеристик (ВАХ).

Все исследованные образцы обладали слабой фоСтруктурные исследования проводились на электроточувствительностью. Под влиянием света от лампы нографе ЭМР-100 и электронном микроскопе ПЭМ-100.

накаливания мощностью 50 Вт проводимость возрастала ¶ E-mail: belyaev@tu.spb.ru не более чем в 2 раза.

672 А.П. Беляев, В.П. Рубец, М.Ю. Нуждин Рис. 2. Зависимость удельной проводимости пленок CdTe, синтезированных в тепловом поле градиента температуры, от толщины пленки.

4. Обсуждение результатов Известно, что конденсированные пленки, как правило, относятся к неупорядоченным системам [3]. Как свидетельствуют экспериментальные результаты, не являются исключением и пленки теллурида кадмия, синтезированные в тепловом поле градиента температур. Низкая удельная проводимость ( 10-8 Ом-1см-1), высокая энергия активации проводимости ( 0.7эВ), наличие долговременных релаксаций проводимости ( 100 с), а также малое увеличение проводимости при освещении (малая кратность фотопроводимости) однозначно свидетельствуют, что все исследованные пленки CdTe являются неоднородными полупроводниками [4–6].

Токоперенос в неоднородных полупроводниках осуществляется по уровню протекания и проводимость при относительно высоких температурах описывается выражением = 0 exp(-E/kT), (1) которое качественно соответствует исследованным образцам CdTe. Здесь E отражает энергетическое расстояние до уровня протекания, отсчитанное от энергии Ферми; 0 — предэкспоненциальный множитель; k — постоянная Больцмана; T — абсолютная температура.

Положение уровня протекания зависит от характера и амплитуды случайного потенциала, существующего в образце. Для структуры, подобной структуре исследованных пленок, случайное поле формируется главным образом на границах кристаллитов [6,7]. Многократно проверено, что подобные границы в ковалентных кристаллах AIIBVI [8] играют роль акцепторов. Они аккумулируют на поверхностных состояниях отрицательный заряд и тем самым формируют межкристаллитные барьеры. Усредненное влияние межкристаллитных Рис. 1. Электронограммы пленок CdTe, синтезированных в тепловом поле градиента температуры, с удельной электро- барьеров на проводимость учитывается введением уровпроводностью, 10-8 Ом-1см-1: a —1,2, b —1.4, c —2.0, ня протекания, который характеризует минимальную d — 16.

энергию носителей тока, достаточную для протекания Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Электрические свойства пленок теллурида кадмия, синтезированных в тепловом поле градиента... сквозь образец по классическим траекториям. Чем выше 5. Заключение межкристаллитные барьеры, тем больше энергия уровня В результате проведенных исследований можно сдепротекания, а следовательно, меньше концентрация нолать следующие выводы.

сителей тока на этом уровне.

1. Проводимость пленок теллурида кадмия, синтезироТокоперенос по уровню протекания для исследованванных в тепловом поле градиента температуры, зависит ных образцов, помимо прочего, подтверждается завиот совершенства кристаллической структуры, толщины симостью проводимости от совершенства кристалличепленок и окружающей атмосферы. Увеличению проской структуры (рис. 1). Большая взаимная разориенводимости способствует возрастание кристаллического тация кристаллитов пленки способствует возрастанию совершенства структуры, уменьшение толщины пленок межкристаллитных барьеров и тем самым приводит к и повышение давления окружающей атмосферы.

понижению проводимости.

2. Проводимость пленок теллурида кадмия при тоВлияние атмосферы воздуха на проводимость пленок копереносе в планарной геометрии удовлетворительно также подтверждает концепцию неоднородного полупроописывается моделью неоднородного полупроводника с водника. Это можно увидеть, если принять во внимамежкристаллитными барьерами на границах блоков, из ние, что любая из исследованных однофазных пленок которых состоят пленки.

представляет собой квазигетерогенную трехслойную сиРабота выполнена при финансовой поддержке гранта стему. Первый слой, сравнительно тонкий, — переходРФФИ № 02-03-32405.

ный, дефектный слой. Второй слой, очевидно, самый толстый — это основной слой пленки, по совершенству структуры которого мы судим о кристаллическом Список литературы совершенстве структуры всей пленки. Третий слой — слой поверхностный. Свойства этого слоя определяются, [1] А.П. Беляев, В.П. Рубец, М.Ю. Нуждин, И.П. Калинкин.

в значительной мере, влиянием атмосферы. ФТТ, 43 (4), 745 (2001).

[2] А.П. Беляев, В.П. Рубец, М.Ю. Нуждин, И.П. Калинкин.

Таким образом, удельную проводимость пленки ЖТФ, 72 (4), 120 (2002).

можно представить в виде суммы:

[3] Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристаллических веществах (М., Мир, 1982).

= (d11 + d22 + d33), (2) [4] В.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства d легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

[5] А.Я. Шик. ЖЭТФ, 71 (9), 1159 (1976).

где i и di — удельная проводимость и толщина i-го [6] A.P. Belyaev, I.P. Kalinkin. Thin Sol. Films, 158, 25 (1988).

слоя соответственно.

[7] А.П. Беляев, И.П. Калинкин, В.А. Санитаров. ФТП, 18 (11), Проводимость 3, казалось бы, должна в атмосфере 1975 (1984).

воздуха уменьшаться, поскольку известно, что кислород, [8] Yu.A. Ossipyan, V.F. Petrenko, A.V. Zaretskii. Adv. Phys., 35, адсорбируясь на поверхности, образует также уровни 115 (1986).

акцепторного типа. Однако многократный опыт покаРедактор Т.А. Полянская зал [8], что при длительном пребывании в воздушной атмосфере на поверхности пленки адсорбируется столь Influence of sharply non-equilibrium большое количество кислорода, что возможна инверсия conditions on stehiometry of the layer типа проводимости поверхностного слоя пленки. При composition of cadmium telluride этом, естественно, проводимость поверхностного слоя, condensed from vapour phase как и общая проводимость образца, будет возрастать вместе с возрастанием концентрации адсорбированного A.P. Belyaev, V.P. Rubets, M.Yu. Nuzhdin, I.P. Kalinkin кислорода. Подобное поведение коррелирует не только St. Petersburg State Technological Institute, с выявленным влиянием атмосферы, но и с влиянием 198013 St. Petersburg, Russia толщины пленки на ее удельную проводимость (рис. 2).

Проводимость падает с толщиной в силу уменьшения вклада 3d3/ d в суммарную проводимость низкоомного поверхностного слоя, см. (2).

Выявленные в эксперименте долговременные релаксации проводимости в рамках модели неоднородного полупроводника с межкристаллитными барьерами объясняются инерционностью установления равновесия между носителями, разделенными потенциальными барьерами [7]; низкая кратность фотопроводимости — высокой дефектностью структуры, сокращающей время жизни неосновных носителей.

3 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, 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.