WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 6 Физические свойства CdTe при совместном легировании V и Ge ¶ © С.Ю. Паранчич, Л.Д. Паранчич, В.Н. Макогоненко, Ю.В. Танасюк, М.Д. Андрийчук, В.Р. Романюк Черновицкий национальный университет, 58012 Черновцы, Украина (Получена 27 мая 2004 г. Принята к печати 9 августа 2004 г.) Методом Бриджмена получены монокристаллы теллурида кадмия, легированные ванадием и германием, с концентрацией примесей в расплаве NV = 1 · 1019 см-3, NGe = 5 · 1018; 1 · 1019 см-3. Исследованы электрические и гальваномагнитные характеристики в интервале температур 300-400 K. Установлено, что равновесные характеристики определяются глубокими уровнями ( E = 0.75-0.95 эВ), которые находятся почти посредине запрещенной зоны. Низкотемпературные спектры оптического поглощения свидетельствуют о том, что в области малых энергий примесные уровни ионов ванадия и германия находятся в различных зарядовых состояниях. Отжиг образцов в парах кадмия с последующим резким охлаждением приводит к распаду различных комплексов, образованных в процессе роста кристалла, увеличению электропроводности и концентрации носителей заряда.

1. Введение центрация легирующей примеси N превышает некоторую критическую величину Ncr, которая составляет Полупроводниковые монокристаллы CdTe, леги(2-3) · 1016 см-3. Для CdT : Ge наблюдается резкое изрованные переходными элементами группы железа менение удельного сопротивления в области критиче(3d-элементами), в последнее время интенсивно иссле- ского уровня легирования, при этом увеличивается на дуются как наиболее перспективные фоторефрактивные 6-7 порядков, улучшаются его фоточувствительность и материалы для ближней инфракрасной области спек- термостабильность [13,16]. Это объясняется компенситра. Основная особенность этих материалов состоит в рующим действием и амфотерным поведением германия том, что электрооптические коэффициенты (z ) CdTe в решетке CdTe.

41 в 3 раза превышают соответствующие показатели таких Таким образом, учитывая возможность образования технически важных кристаллов, как GaAs и InP [1,2].

дефектов в обеих подрешетках при легировании CdTe Еще одним преимуществом теллурида кадмия по германием (GeCd, GeTe), а также неравномерное распресравнению с оксидными кристаллами BaTiO3 и LiNbO3, деление ванадия в CdTe как в радиальном, так и аксиальфоторефрактивные свойства которых всесторонне ис- ном направлениях, можно ожидать, что при совместном следуются, является намного меньшее время отклика, легировании ванадием и германием значительно улучблагодаря высокой подвижности фотовозбужденных но- шатся однородность материала и его электрофизические сителей.

характеристики.

Известно [3,4], что в теллуриде кадмия только некото- Цель настоящей работы — получение монокристалрые примеси: ванадий, титан, германий, олово, железо и лов CdTe : V : Ge с NV = 1 · 1019 см-3, NGe = 5 · 1018;

марганец — могут образовывать донорно-акцепторные 1 · 1019 см-3 методом Бриджмена, исследование одноуровни вблизи середины запрещенной зоны. При этом родности их равновесных характеристик и оптических большая часть исследований проведена на кристаллах свойств.

CdTe : V [5–8], в которых подтверждено наличие ванадия в двух зарядовых состояниях (V2+, V3+) и определена 2. Экспериментальная часть глубина залегания уровня V2+, составляющая 0.94 эВ по отношению к зоне проводимости. Исследования оптичеМонокристаллы CdTe : V : Ge, с содержанием ской и фотоэлектрической неоднородности CdTe : V свиNV = 1 · 1019 см-3, NGe = 5 · 1018; 1 · 1019 см-3 в распладетельствуют, что в кристаллах, выращенных методом ве, полученные методом Бриджмена, имели диаметр Бриджмена, имеет место неравномерное распределение 12-18 мм и длину 6-8 см. В процессе выращивания примеси в аксиальном и радиальном направлениях [9].

свободное пространство над расплавом в кварцевой Таким образом, проблема получения однородного фотоампуле равнялось объему кристалла.

рефрактивного материала остается открытой.

Чистота исходных материалов Cd и Te обеспечиС другой стороны, последние работы, касающиеся валась их дополнительной очисткой. Зонную очистку исследований CdTe : Ge свидетельствуют, что эти матетеллура проводили в пирексовых контейнерах, коториалы наряду с CdTe : V и CdTe : Ti также являются перрые после вакуумирования заполняли водородом и заспективными фоторефрактивными материалами [10–12].

паивали. Концентрация остаточных примесей, опредеАвторами [13–15] показано, что независимо от меленная с помощью эффекта Холла, при 77 K составтода выращивания полуизолирующее состояние в криляла (1-2) · 1014 см-3 на 2/3 длины слитка. Кадмий сталлах CdTe : Ge достигается при условии, что конмарки Cd-0000 дополнительно очищали в графитовых ¶ E-mail: parsu@chnu.cv.ua контейнерах, которые размещали в кварцевых ампулах, Физические свойства CdTe при совместном легировании V и Ge которые вакуумировали, заполняли водородом и отпа- Изменение подвижности с температурой близко к 3/ивали. Очистку проводили методом зонной плавки при зависимости T, что указывает на доминирующее движении расплавленной зоны вдоль слитка 10-12 раз рассеяние на оптических фононах [18]. Поскольку со скоростью 3.5 см/ч. При этом скорость последнего эффективные плотности состояний в зоне прохождения составляла 1.5 см/ч, что позволяло полу- проводимости Nc = 2(mkT/2 )3/2 и валентной n 3/чать монокристаллический материал, более пригодный зоне Nv = 2(mkT/2 )3/2 пропорциональны T, p для дальнейшего использования.

температурная зависимость удельного сопротивления Образцы для электрических и оптических измерений =(enµn + epµp)-1 определяется только экспоненизготовляли из различных участков кристалла путем ме- циальной функцией (m и m — эффективная масса n p ханической резки, шлифовки и оптической полировки с электрона и дырки; µn и µp — подвижности носителей).

последующей химической обработкой в бромметиловом Поэтому зависимости (T ), в координатах lg() травителе. Для исследований кинетических эффектов от 103/T, представляются прямыми линиями, наклон использовали образцы размером 10 2.5 1.5 мм. Изкоторых сразу же дает величину энергии активации E.

мерения проводили на специально сконструированной Определенная таким образом энергия активации E, установке для исследований полуизолирующих кристала также значение E, полученное из зависимостей 3/лов в температурном интервале 300-400 K. В состав lg(R · T ) = f (103/T ) для различных образцов, составустановки входят два идентичных электрометрических ляет 0.75-0.95 эВ. Такое значение энергии активации усилителя, собранные по стандартной схеме [17]. Для свидетельствует, что в процессах переноса заряда увеличения входного сопротивления электрометричерешающую роль играет глубокий примесный уровень.

ского усилителя входной дифференциальный каскад был Что касается самой верхней части кристалла, то его сконструирован на тщательно подобранной паре поэлектрические характеристики имеют полуметалличелевых транзисторов типа КПС-104А. Это дало возский ход (рис. 2), который мы связываем с вытеснением можность увеличить входное сопротивление усилителя до 1013 Ом. Коммутация входных цепей электрометрического усилителя осуществлялась электромагнитными реле типа РЭС-60 с герметическими контактами и высоким удельным сопротивлением изоляции.

Оптические свойства исследованы при 300 и 80 K по стандартной методике на основе монохроматоров МДР-23 и ИКС-21.

Термическая обработка образцов осуществлялась в кварцевых ампулах, в одной части которых располагались образцы, в другой — некоторое количество Cd для создания давления паров. Диффузионный отжиг проводился в горизонтальной двухтемпературной печи.

Температура в области расположения образцов составляла 720C, температура чистого кадмия — 690C. При Рис. 1. Температурные зависимости электропроводности этих условиях время отжига было 72 ч.

и коэффициента Холла R образцов, взятых с различных частей монокристалла CdTe : V : Ge, NV = 1 · 1019 см-3, NGe = 5 · 1018 см-3 (средней — 1, 2; конечной —3, 4).

3. Результаты исследований и их обсуждение На рис. 1 приведены температурные зависимости проводимости и коэффициента Холла R для образцов CdTe: V: Ge (NV = 1 · 1019 см-3, NGe = 5 · 1018 см-3), взятых с различных частей кристалла. Образцы при комнатной температуре имели p-тип проводимости, а подвижность дырок не превышала 85 см2/В · с. Следует отметить, что исследования, проведенные в цикле нагрев-охлаждение, подтверждают высокую повторяемость результатов, что свидетельствует о хорошей термостабильности материала. Приведенные зависимости (T ) и R(T ) типичны для компенсированных полупроводников, причем различия в значениях и R для обРис. 2. Температурные зависимости электропроводности разцов средней и конечной частей кристалла небольшие, и коэффициента Холла R для образца, изготовленного с что свидетельствует о хорошей однородности свойств верхней части монокристалла CdTe : V : Ge, NV = 1 · 1019 см-3, вдоль растущего кристалла. NGe = 5 · 1018 см-3.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 746 С.Ю. Паранчич, Л.Д. Паранчич, В.Н. Макогоненко, Ю.В. Танасюк, М.Д. Андрийчук, В.Р. Романюк зоне, традиционно используются оптические переходы зона-уровень или уровень-зона.

Результаты оптических исследований при 78 K для образцов, изготовленных с различных участков кристалла, представлены на рис. 4. В приведенных спектрах поглощения наблюдается несколько зон, интенсивность которых увеличивается в направлении роста кристалла.

Для их объяснения рассмотрим схему расщепления энергетических уровней иона V2+ кристаллическим полем и энергетическую схему уровней в запрещенной зоне CdTe с примесью Ge [10,19] (рис. 5, a, b).

Таким образом, увеличение поглощения в области 0.85 эВ соответствует внутрицентровому переходу иона V2+ между состояниями 4T1(F) и A2(F) [20,21].

Зона поглощения вблизи 0.94 эВ соответствует фотоРис. 3. Температурные зависимости электропроводности нейтрализации уровня ионизированного донора Ge+ кристаллов CdTe : V : Ge (1, 2) и коэффициента Холла (3, 4):

(парамагнитного Ge3+) электроном валентной зоны [11].

1, 3 —до отжига; 2, 4 — после отжига.

Широкая зона в интервале энергий 1.1-1.4эВ может быть обусловлена результатом взаимного влияния ионизированных состояний V и Ge.

Согласно [11,12], в кристаллах CdTe : Ge было обнаружено две полосы поглощения, энергии максимумов которых составляют 1.1 и 1.22 эВ соответственно. Предполагается, что первая из них объясняется наличием A-центра (пара донор-вакансия кадмия) и его нейтрализацией за счет захвата свободной дырки, Рис. 4. Спектры поглощения при T = 78 K монокристаллических пластин, изготовленных с различных частей кристалла CdTe: V: Ge, NV = 1 · 1019 см-3, NGe = 1 · 1019 см-3 (нумерация отвечает положению пластин в кристалле от начала кристаллизации).

неконтролируемых примесей (например, меди) в конечную часть кристалла в процессе кристаллизации.

На рис. 3 показаны температурные зависимости (T ), R(T ) для образцов CdTe : V : Ge (NV = 1 · 1019 см-3, NGe = 5 · 1018 см-3) как до, так и после термического отжига в парах Cd. Из рисунка видно, что если до термического отжига электропроводность и концентрация носителей n составляли 10-10 Ом-1 см-1 и 106-107 см-соответственно, то после отжига с последующим резким охлаждением увеличивалась на 4 порядка, а концентрация n возросла до 1014-1015 см-3. Такое влияние термической обработки CdTe : V : Ge, в отличие от CdTe : Ge, свидетельствует, что при данной температуре отжига в режиме охлаждения осуществляется изменение дефектной системы таким образом, что различного рода комплексы, образованные в процессе кристаллического роста, распадаются.

Рис. 5. a — расщепление энергетических уровней иона V2+ Для определения энергии оптической ионизации в решетке CdTe [19]. b — энергетическая схема уровней, уровня, который расположен глубоко в запрещенной обусловленных примесью Ge в запрещенной зоне CdTe [10].

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Физические свойства CdTe при совместном легировании V и Ge которая образовалась при нейтрализации Ge+. Второй [6] A. Partovi, J. Millerd, E.M. Garmire, M. Ziari, W.H. Steier, S.B. Trivedi, M.B. Klein. Appl. Phys. Lett., 57, 846 (1990).

максимум, расположенный вблизи 1.22 эВ, соответствует [7] Kh. Allachen, M. Tapiero, Z. Guellil, J.P. Zielinger, возбуждению электрона с уровня A- в зону проводиJ.C. Launay. Cryst. Growth, 184/185, 1142 (1998).

мости. За счет этого процесса увеличивается плотность [8] A. Zerrai, G. Marrakachi, G. Bremond, J.Y. Moisan, G. Martel, состояний A0. Электроны, возникшие под действием M. Gauneau, B. Lambert, P. Gravey, N. Wolffer, A. Aoudia, излучения, захватываются Ge+, который при этом пеY. Marfaing, R. Triboulet, J.M. Koebel, M. Hadj-Ali, P. Siffert.

реходит в нейтральное состояние Ge0. Кроме того, Cryst. Growth, 161, 264 (1996).

в спектрах низкотемпературного поглощения CdTe : V [9] С.Ю. Паранчич, Л.Д. Паранчич, В.Н. Макогоненко, в окрестности энергии 1.22 эВ наблюдалась широкая В.Р. Романюк, М.Д. Андрийчук, Ю.В. Танасюк. ЖПС, 70 (3), 381 (2003).

полоса поглощения, отвечающая внутрицентровому пе[10] B. Briat, K. Shcherbin, B. Farid, F. Ramaz. Opt. Commun., реходу между состояниями 4T1(F) и T1(P) ионов V2+ с 156, 337 (1998).

последующей автоионизацией. Для кристаллов CdTe : Ge [11] B. Briat, F. Ramaz, B. Farid, K. Shcherbin, H.J. von Barхарактерным является максимум при 1.35 эВ. Эта полоса deleben. Cryst. Growth, 197, 724 (1999).

поглощения отвечает возбуждению электрона с уровня, [12] K. Shcherbin, S. Odulov, F. Ramaz, B. Briat, H.J. von Barкоторый соответствует нейтральному состоянию Gedeleben, P. Delaye, G. Roosen. Opt. Mater., 18, 151 (2001).

(диамагнитное состояние Ge2+), в состояние ионизиро[13] В.В. Матлак, К.Д. Товстюк, А.В. Савицкий, Е.С. Никонюк.

ванного донора Ge+.

ФТП, 6 (10), 2065 (1972).

Итак, в спектрах низкотемпературного поглощения в [14] Л.П. Щербак, Е.С. Никонюк, О.Э. Панчук, А.В. Савицкий, П.И. Фейчук, В.В. Матлак. Неорг. матер., 13 (3), области малых энергий выявлены примесные уровни, (1977).

которые относятся как к ионам ванадия, так и к ионам [15] O. Panchuk, A. Savitsky, P. Fochuk, Ye. Nykonyuk, O. Parгермания в различных зарядовых состояниях, ионизация fenyuk, L. Shcherbak, M. Ilashchuk, L. Yatsunyk, P. Feychuk.

которых будет давать вклад в общий процесс фотопроCryst. Growth, 197, 607 (1999).

водимости.

[16] В.П. Заячкивский, А.В. Савицкий, Е.С. Никонюк, М.С. Кица, В.В. Матлак. ФТП, 8 (5), 1036 (1974).

[17] А.Г. Куксов. ПТЭ, 3, 132 (1987).

Заключение [18] Физика и химия соединений AIIBVI, под ред. С.А. Медведева (М., Мир, 1970).

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.