WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 6 Особенности фотопроводимости CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3) с тонкопленочным алюминиевым покрытием © Э.Ю. Салаев, Э.К. Гусейнов, Атеш Тезер, Н.Д. Исмайлов Институт фотоэлектроники Академии наук Азербайджана, 370141 Баку, Азербайджан ТУБИТАК, Мармара Исследовательский Центр, 41470 Гебзе, Турция (Получена 13 июня 1996 г. Принята к печати 25 октября 1996 г.) Приведены результаты экспериментального исследования фотопроводимости n- и p-CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3) при нанесении на поверхность тонких пленок алюминия. Анализ полученных результатов проведен с учетом влияния приповерхностной области пространственного заряда и рекомбинации в ней.

Из измерений фотопроводимости и барьерного фототока определены значения скорости поверхностной рекомбинации и поверхностной подвижности носителей заряда.

1. Введение 2. Методика эксперимента Неслабеющий интерес к монокристаллам CdxHg1-xTe В экспериментах использовались монокристаллы из-за их широкого применения в оптоэлектронике сти- CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3) n-типа проводимости с мулирует всесторонние исследования их физических Nd =(1-0.13) · 1015 см-3 и µn =(3-6) · 104 см2/В · с свойств, в том числе микроскопических. Изучение этих и p-типа проводимости с Na = (3-5) · 1015 см-3 и свойств и умение управлять параметрами поверхно- µp = (4.5-5.5) · 102 см2/В · с. Поверхность пластин сти необходимы для создания на основе этих кри- подвергалась химико-механической полировке с послесталлов фотоприемников с высокими фотоэлектриче- дующим травлением в 4%-м бромсодержащем травитескими параметрами. Поверхностно-управляемые фото- ле. Омические контакты на пластике создавались элекприемники по сравнению с обычными обладают по- трохимическим осаждением индия. Пленки алюминия вышенной фоточувствительностью, меньшим уровнем толщиной от 10 до 300 осаждались термическим исшумов и меньшей поверхностной рекомбинацией вли- парением в вакууме на установке с турбомолекуляряющими на характеристики приборов [1]. При по- ной системой откачки. Толщина алюминиевой пленки верхностном легировании CdxHg1-xTe металлами Ag, контролировалась с помощью интерференционного миAu из нейтральных растворов, являющемся одним из кроскопа МИИ-4 по толщине металлизации стеклянной методов управления состоянием поверхности [2], наблю- пластины, располагаемой ближе к источнику испарения, дается спад фоточувствительности в коротковолновой чем образец. При напылении алюминия омические конобласти спектра CdxHg1-xTe, связанный с повышением такты на образце прикрывались специальной маской, скорости поверхностной рекомбинации. В то же время обеспечивающей зазор шириной около 100 мкм между при исследовании фотопроводимости CdxHg1-xTe при омическими контактами и алюминиевым затвором. Для нанесении на поверхность монокристаллов CdxHg1-xTe контакта к полупрозрачному затвору по центру попеметодом термического испарения в вакууме различ- рек образца напылялась серебрянная полоска размерами ных металлов было показано, что спад фоточувстви- 50 300 мкм2, к которой прижималась упругая стальтельности в коротковолновой области спектра обусло- ная проволока. Величина поверхностного изгиба зон влен не только увеличением поверхностной рекомби- определялась по измерениям насыщенной фотоэдс [3].

нации, но и в значительной степени уменьшением ве- Вольт-амперные характеристики измерялись на частоличины поверхностной подвижности носителей заряда. те 50 Гц, а вольт-фарадные характеристики, определяСреди ряда использованных металлов особо отличает- емые резонансным методом, измерялись на частотах ся алюминий, при нанесении которого на поверхность 0.1–3 МГц. Остальные детали эксперимента описаны в CdxHg1-xTe может наблюдаться значительное увеличе- работах [4,5]. Все измерения проводились при темперание фоточувствительности в коротковолновой области туре 77 K.

спектра.

В данной работе представлены результаты комплекс3. Результаты и обсуждение ного исследования фотопроводимости монокристаллов CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3) при нанесении меЭксперименты обнаруживают, что после осаждения тодом термического испарения в вакууме на химипленок алюминия на поверхность n- и p-CdxHg1-xTe начески травленную поверхность тонких пленок алюблюдается существенное изменение спектральной харакминия.

Особенности фотопроводимости CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3)... Рис. 1. Спектральная зависимость фотопроводимости Рис. 2. Спектральная зависимость фотопроводимости Cd0.28Hg0.72Te с v = 1 мкс при 80 K: 1 — со свободной n-Cd0.27Hg0.73Te с v = 12 мкс при 80 K: 1 — со свободной поверхностью; 2–4 — с поверхностью, покрытой пленкой поверхностью (s = 12 мкс); 2 — с поверхностью, покрытой алюминия толщиной: 2 — 50 (s = 2 мкс); 3 — 150 пленкой алюминия толщиной 170 (s = 12 мкс); 3 —спектр (s = 10 мкс); 4 — 150 (s = 5 мкс) с подсветкой. барьерной фотоэдс структуры Al-Cd0.27Hg0.73Te.

теристики и кинетики релаксации фотопроводимости. По поверхности. С уменьшением Eg наблюдалось уменьшесравнению с исходными данными для свободной поверх- ние s по сравнению с v. Для образцов с покрытием ности CdxHg1-xTe (рис. 1, кривая 1) по мере роста тол- при малых уровнях фотовозбуждения кинетика спада щины алюминиевой пленки (толщины 20 80 ) наблю- фототока отвечает простому экспоненциальному закону дается незначительное увеличение поверхностного вре- (рис. 3, a, кривая 1); с увеличением уровня импульсной мени жизни s и фоточувствительности в коротковолно- засветки появляется быстрая составляющая спада фотоответа с постоянной времени s, приближающейся к вой области спектра s (рис. 1, кривая 2). Увеличение s и s продолжается до насыщения при толщинах пленки, v. Дополнительная постоянная подсветка уменьшает s (рис. 3, a, кривая 3), но распределение фоточувствительпри которых уже проявляется их заметная проводимость ности в коротковолновой области спектра понижается в (толщины более 100 ) (рис. 1, кривая 3). Наибольший значительно меньшей степени (рис. 1, кривая 4).

эффект увеличения этих параметров — до 50 раз для составовв x = 0.28 0.3 — наблюдается для не- Из характера вольт-амперных зависимостей структур компенсированных и слабо компенсированных образцов, Al-CdxHg1-xTe следует, что диэлектрический зазор меобладающих сравнительно низким значением объемного жду металлом и полупроводником даже при приложевремени жизни носителей заряда v =(0.31.0)·10-6 с. нии напряжения смещения до 1 В является туннельноЭффект значительно ослабевает по мере уменьшения непрозрачным для носителей заряда. Это позволяет ширины запрещенной зоны монокристаллов CdxHg1-xTe. для определения поверхностных параметров использоКратность роста фоточувствительности в коротковолно- вать вольт-емкостной метод, применяемый для анализа вой области спектра K = s/s меньше кратности структур металл–диэлектрик–полупроводник (МДП) с увеличения поверхностного времени жизни K = s/s0 толстым диэлектриком. По оценке, величина плотности (где s0 и s0 — исходные значения фотопроводимости поверхностных состояний составила Nss 1012 см-2.

и поверхностного времени жизни носителей заряда на Анализ этих характеристик для структур на основе nсвободной поверхности образцов; s, s — значения и p-CdxHg1-xTe указывает на истощающий изгиб зон для поверхности с нанесенным слоем алюминия). Для при U = 0. На это же указывает одинаковая в сильно компенсированных образцов с v > 10-5 c по- среднем величина фотоэдс насыщения (s 60 мВ для верхностное время жизни s практически не изменялось, состава x = 0.28 при 77 K) при наличии теплового тогда как фотопроводимость s чаще всего уменьшалась фона, воздействующего на эти структуры. Ток генерации в несколько раз (иногда в 20 раз) (рис. 2, кривая 2) фонового излучения может понижать начальную высоту по сравнению с исходным значением s для свободной барьера s на 30–50 мВ, так что можно полагать, что Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 742 Э.Ю. Салаев, Э.К. Гусейнов, Атеш Тезер, Н.Д. Исмайлов Рис. 3. Кинетика релаксации фотопроводимости. a: 1, 2 — при малом и большом уровнях импульсной засветки, 3 — при наличии постоянной подсветки и барьерного фототока. b: 1 —при R0 =1 МОм, 2 —при R0 =0.3 кОм для структуры Al-Cd0.28Hg0.72Te.

s 0.1 В. Однако использование данных значений где l s и Nss в формировании барьера по модели Бардина не дает удовлетворительного объяснения результатам, L- = L-1 exp -(x) dx;

d получаемым для n- и p-CdxHg1-xTe одинакового состава.

Для структур металл-CdxHg1-xTe необходимо учитывать l нарушение стехиометрии в поверхностном слое при -L = L-1 exp -(x) p (x) dx - d нанесении металла из-за слабо связанных атомов ртути, вакансии которых создают акцепторные уровни в запрещенной зоне [6]. Поэтому факторы, определяющие высопри истощении ту барьера на n- и p-CdxHg1-xTe, могут различаться. И, l по-видимому, слабое изменение изгиба поверхностных зон на начальной стадии нанесения пленок алюминия L- = LeL-1 exp(-s)/ -s - 1. (4) d связано с формированием переходного слоя и перестройкой системы поверхностных состояний. Проблема формирования барьера требует особого изучения, и поэтому Если после нанесения металла на поверхность образца далее мы рассматриваем только результаты, полученные поверхностный изгиб зон увеличивается, то, как следует для слоев алюминия толщиной 100–300. из (3), при малых скоростях поверхностной рекомбиАнализ наблюдаемых особенностей фотопроводимо- нации S < Ld(1 + L-)v-1 и рекомбинации в ОПЗ, сти проведем с учетом фотопроводимости приповерх- L < L-, поверхностное время жизни носителей заряда s возрастает. В этом случае, как и наблюдается для ностной области пространственного заряда (ОПЗ) и рекомбинации в ней. Как было показано в [5], при ис- слабо компенсированных образцов CdxHg1-xTe, фоточувствительность в коротковолновой области спектра тощении фотопроводимость CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3) локализуется в приповерхностной ОПЗ и аппроксимиру- растет. Для образцов с высокой степенью компенсации концентрации носителей заряда и сравнительно больется выражением шими значениями v, из-за ограничения s скоростью поверхностной рекомбинации и рекомбинации в ОПЗ, () =eI(1 + b) µpss 1 - exp(-l)/(1 + l) трудно реализовать условие s >v. Вследствие этого, для этих образцов спад фоточувствительности в коротко+ µpvv exp(-l)/(1 + Ld), (1) волновой области спектра после нанесения пленки, как следует из (2), может быть обусловлен меньшими знагде I — интенсивность генерации пар электрон–дырка;

чениями поверхностной подвижности носителей заряда µv, µs — объемная и поверхностная подвижности носиµs по сравнению с объемной µv. В условии локализации телей заряда; b = µnv/µpv µns/µps; — коэффициент фотопроводимости в ОПЗ при µs = µv и s = v спекпоглощения; l — ширина ОПЗ; Ld — диффузионная тральная зависимость () тождественна спектральной длина для неосновных носителей заряда; —квантозависимости конденсаторной фотоэдс U() [7]. Повая эффективность внутреннего фотоэффекта. В области этому понижение () относительно кривой U() в сильного поглощения, когда имеем коротковолновой области спектра пропорционально отношению µv/µs. Из сравнения спектров U() и () s = eI(1 + b) µss, (2) (рис. 2, кривые 2, 3), принимая для n-CdxHg1-xTe значе ние µv = 6·104 см2/В·с, была определена поверхностная s-1 = v-1 (1 + L )/(1 + L-) + S/Ld(1 + L-), (3) подвижность носителей заряда µs = 2 · 104 см2/В · с.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Особенности фотопроводимости CdxHg1-xTe (x = 0.2 0.3)... При увеличении уровня импульсной засветки или присутствия постоянной подсветки поверхностные зоны спрямляются, что ведет к появлению быстрой компоненты спада фототока с s, приближающимся к v. При этом во столько же раз должна уменьшаться фоточувствительность в коротковолновой области спектра. Однако по мере спрямления зон условие локализации фотопроводимости в ОПЗ нарушается и вклад поверхности в общую фотопроводимость уменьшается, при этом µs приближается к µv, чем и объясняется слабое уменьшение () при подсветке. Таким образом, наблюдаемый Рис. 4. Зависимость фототока короткого замыкания от спад s после нанесения алюминиевой пленки на образец приложенного напряжения на затворе в структурах: 1 — обусловлен не скоростью поверхностной рекомбинации, Al–n-Cd0.27Hg0.73Te с Nd = 1013 см-3, 2 —Al–p-Cd0.3Hg0.7Te а меньшими значениями µs по сравнению с µv.

с Na = 5 · 1015 см-3.

Для определения величины S удобно воспользоваться кривыми релаксации фототока в поверхностнобарьерной структуре Al-CdxHg1-xTe (рис. 3, a). В Наблюдаемые особенности качественно хорошо обърежиме холостого хода R0 > R (здесь R0 —сопротиясняются флуктуационной теорией для барьерных струквление нагрузки, R — сопротивление ОПЗ) постоянная тур [10], в соответствии с которой в сильно компенсивремени нарастания 1 = R · C (где C — емкость рованных материалах туннелирование носителей заряда ОПЗ). В режиме короткого замыкания R0 R фототок в ОПЗ может быть облегчено из-за образования пронарастает с постоянной времени 2 = R0·R и, достигнув колов — флуктуационных скоплений ионизированных определенного значения, спадает с постоянной времени доноров и акцепторов, приводящих к локальному сужеr, связанной с S выражением [8] нию барьера. Туннельные токи ограничивают увеличение -высоты барьера и поверхностного времени жизни. Этот L L r = Le(-s ) (Spe + S) -s, (5) фактор усиливается с уменьшением ширины запрещенной зоны материала. Так, для CdxHg1-xTe состава x = 0.где Spe — скорость эмиссии носителей заряда через (Eg 0.1 эВ) с v = 3 · 10-6 с после нанесения слоя диэлектрический зазор. В нашем случае Spe S. Опреалюминия наблюдается даже уменьшение поверхностноL делив величины s = 7, r = 4 · 10-5 с, Le = 6 · 10-5 см, го времени жизни до величины 5 · 10-7 c. Этим и объиз выражения (5) находим S = 500 см/с, так что, ясняется, на наш взгляд, неизменность или уменьшение действительно, S Ldv-1(1 + L-) =6 · 104 см/с.

s для сильно компенсированных образцов CdxHg1-xTe Принимая во внимание (4) и (5), выражение (3) мож- (x = 0.2 0.3) после нанесения на поверхность слоя но записать в виде s-1 = v-1[(1 + L )/(1 + L-)] + r-1, алюминия.

из которого следует, что s может возрастать лишь при условии, когда второе слагаемое намного меньше 4. Заключение первого, и при уменьшении рекомбинации в ОПЗ при увеличении поверхностного изгиба зон ((1 + L ) 1).

Наблюдаемые особенности фотопроводимости для nТакой вывод справедлив, если пренебречь туннельными и p-CdxHg1-xTe с тонким алюминиевым покрытием хоявлениями в ОПЗ, что и принималось в работе [8].

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.