WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Из этого следует, что Na-Nd =(0.2-0.8)Na, т. е. ширина области пространственного заряда согласно формуле (5) увеличится не более, чем в несколько раз по сравнению с некомпенсированным полупроводником.

С учетом изложенного, при дальнейших расчетах концентрацию некомпенсированных акцепторов, не допуская существенной ошибки, будем принимать равной Рис. 6. Вольт-амперная характеристика диода Al/p-CdTe среднему значению указанного выше интервала, т. е.

( = 2 · 104 Ом · см): измеренная (кружки) и рассчитанная по 1016 см-3, чему соответствует W = 1 мкм. Заметим, что формуле (1) (сплошные линии).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 758 Л.А. Косяченко, Е.Л. Маслянчук, В.М. Склярчук Рис. 7. I-V -характеристики диода Шоттки CdTe, рассчитанные для различного удельного сопротивления подложки (Na - Nd = 1016 см-3, T = 300 K).

предполагалось, что уровень Ферми на поверхности ода ухудшаются, а при = 3 · 109-3 · 1010 Ом · см — раздела металл/полупровоник во всех случаях отсто- практически исчезают. Другим важным результатом явит от потолка валентной зоны на 1 эВ, т. е. высота ляется то, что во всем интервале изменения обратбарьера на контакте 0 составляет 1 эВ- µ (подобный ная ветвь вольт-амперной характеристики изменяется „захват“ уровня Ферми поверхностными состояниями очень слабо. Не зависит от удельного сопротивления при большой их плотности характерен для многих и прямой ток через диод, но только в области низких полупроводников [18]). Эффективное время жизни в об- напряжений, где I exp(eV /2kT). Это полностью соглаласти пространственного заряда было принято равным суется с экспериментальными результатами, в обобщен = 3 · 10-9 с, площадь диода A = 10 мм2. Поскольку ном виде представленными на рис. 4. Как следует из в полуизолирующем материале необходимо учитывать вышеизложенного, основные закономерности поведения электронную компоненту тока, энергия уровня Ферми I-V -характеристики диодов Al/p-CdTe теперь находят µ находилась, исходя из задаваемой величны удельного свое объяснение. 1) Обратный ток, имея генерационную сопротивления материала, по формуле [17]: природу, не может сильно изменяться при изменении удельного сопротивления материала, поскольку 1 - 1 - 4e22µnµpnопределяется временем жизни носителей и толщиной i µ = kT ln. (6) области пространственного заряда, которые не имеют 2eµnn2/Nv i прямой связи с величиной. 2) В области низких Подвижность электронов µn была принята равной прямых смещений, где зависимость I exp(eV /2kT) - 1000 см2/(В · с). В левой части рис. 7 приведены выполняется, величина тока определяется теми же парезультаты расчета для значений в интервале раметрами и, поэтому, также не должна существенно 105-109 Ом · см, на правой — более подробно от зависеть от. 3) По мере увеличения уровень Ферми = 109 Ом · см до величины = 3 · 1010 Ом · см, со- удаляется от валентной зоны (увеличивается µ) и одответствующей практически собственной проводимо- новременно уменьшается 0. При этом участок прямой сти CdTe. ветви, где прямой ток пропорционален exp(eV /2kT), все Как видно из рис. 7, по мере увеличения удельного больше ограничивается сверху, как это и наблюдается на сопротивления материала выпрямляющие свойства ди- экспериментальных кривых.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Особенности переноса заряда в диодах Шоттки на основе полуизолирующего CdTe 5. Модуляция сопротивления полуизолирующих монокристаллах. В качестве примера на рис. 8, a показана вольт-амперная характеристика подложки с высоким удельным диода CdTe, изготовленного на подложке с удельным сопротивлением сопротивлением 2 · 109 Ом · см. Только при прямых напряжениях, меньших 2 В, наблюдается участок линейКак следует из экспериментальных данных, привеного возрастания тока (штриховая прямая на рис. 8, a).

денных в работах Такагаши с соавт. [3–7], прямой При больших напряжениях экспериментальные точки ток через детектор CdTe с барьером Шоттки, изгоотклоняются вверх.

товленный на кристалле с удельным сопротивлением Мы объясняем увеличение тока при повышенных пря(1-3) · 109 Ом · см, при напряжении, большем 10 В, мых смещениях уменьшением последовательно вклюстремительно возрастает, значительно превышая обратченного сопротивления подложки Rs. Количественную ный ток через диод. Подложка с таким удельным характеристику такого уменьшения сопротивления дает сопротивлением толщиной 0.5 мм при площади диода зависимость дифференциального сопротивления диода 4 4мм2 имеет сопротивление (0.3-1) · 109 Ом, и поRdi f = dV /dI от напряжения при прямом включении.

этому ток, ограниченный этим сопротивлением, при На рис. 8, b приведены такие кривые для трех диодов, напряжении 10 В не должен превышать 10-8 А.

изготовленных на подложках с разным удельным сопроВ то же время экспериментальное значение прямого тивлением 2 · 104, 2 · 107 и 2 · 109 Ом · см. Как видно, тока при 10 В составляет 10-5-10-4 А, т. е. является для каждого диода по мере повышения напряжения на 3-4 порядка большим. Мы также наблюдали аналодифференциальное сопротивление сначала уменьшается, гичные свойства диодов Шоттки CdTe, изготовленных на после чего наблюдается участок постоянного сопротивления, как и на рис. 2. Однако при дальнейшем увеличении напряжения дифференциальное сопротивление снова уменьшается и тем сильнее, чем больше удельное сопротивление материала: для нижней кривой — приблизительно вдвое, средней — на 1 порядок, верхней — более чем на 2 порядка.

Рассмотрим процесс модуляции объемной области диода (базы) p-типа проводимости в результате инжекции электронов. На границе области пространственного заряда с нейтральной частью кристалла (для этой точки примем x = 0) концентрация электронов определяется формулой Eg - µ eV n(0) =Nc exp - exp, (7) kT kT причем при прямом смещении напряжение V приближается к контактной разности потенциалов Vbi, т. е. для оценок можно положить V = 0/e (рис. 3).

Избыточная концентрация электронов n по мере удаления от точки x = 0 в глубь кристалла уменьшается как в результате диффузии, так и дрейфа вследствие падения напряжения на подложке, которое в интересующем нас случае высоких напряжений равно V -Vbi. С учетом диффузии и дрейфа распределение n по координате описывается уравнением d2 n d n n Dn + µnF - = 0, (8) dx2 dx n где F =(V -Vbi)/(d-W ) V /d, поскольку Vbi составляет незначительную часть приложенного напряжения, а W — толщины кристалла d. Решение этого уравнения будем искать в виде n = C exp(kx), подстановка котоРис. 8. a — вольт-амперная характеристика диода Al/p-CdTe рого в (7) приводит к характеристическому уравнению на подложке с удельным сопротивлением 2 · 109 Ом · см.

b — дифференциальное сопротивление диодов на подложках Ldr k2 + k - = 0, (9) с разным удельным сопротивлением.

L2 Ln n Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 760 Л.А. Косяченко, Е.Л. Маслянчук, В.М. Склярчук Рис. 9. Слева — распределение элекронов, инжектированных в подложку p-типа при разных действующих напряжениях и n = 10-7 с; справа — при разном времени жизни и V = -10 В. Удельное сопротивление подложки 109 Ом · см.

корнями которого являются На рис. 9 приведены результаты расчета n(x) по формуле (11) с учетом (14) и (15). Слева показа1 Ldr Ldr 2 1 но распределение избыточных электронов в подлож= - ± +, (10) ке p-типа с удельным сопротивлением 109 Ом · см и L1,2 2L2 2L2 Ln n n n = 10-6 с при разных напряжениях (взяты типичные значения и n для материала, который применяется где через Ln =(Dnn)1/2 обозначена диффузионная длина в детекторах CdTe). Справа показано, как изменяется электронов, а через Ldr = µnFn — длина дрейфа (при распределение электронов при уменьшении n.

F 0 корни k1,2 становятся равными ±1/Ln). Таким Как видно, электрическое поле, которое возникает в образом, результате падения напряжения на подложке, сильно x x влияет на распределение инжектированных электронов.

n(x) =A exp + B exp. (11) L1 L2 Если при V = 0 все электроны сосредоточены в тонком слое (толщиной Ln), который граничит с областью Для нахождения коэффициентов A и B воспользуемся пространственного заряда, то при увеличении напряжеследующими граничными условиями:

ния область с увеличенной концентрацией электронов 1) при x = 0 n = n(0), откуда сразу же имеем расширяется так, что при V = 10 В концентрация электронов уже заметно превышает концентрацию дырок по A + B = n(0), (12) всей толщине подложки (штриховая горизонтальная линия). Возле омического контакте проявляет себя (резкий 2) при x = d поверхностная рекомбинация уравновеспад при x d), хоть и незначительно, поверхностная шивается притоком электронов, поэтому рекомбинация (S = 106 см/с).

d n Влияние модуляции проводимости подложки в реS · n(d) =-Dn - µnF n(d). (13) зультате инжекции электронов быстро ослабляется при dx x=d уменьшении времени жизни электронов, так что при Подставив n и n/dx в (8), получим уравнение, дополn < 10-7 с инжекция даже при значительном падении няющее уравнение (12) для A и B, решением которого напряжения станет заметной только в тонком слое, приотносительно A является легающем к барьерной области диода (рис. 9, справа).

Очевидно, что влияние инжектированных электронов -Dn Dn ослабляется при уменьшении удельного сопротивления A = 1 - S + + µnF S + + µnF L1 Lподложки, поскольку при этом горизонтальная линия на рисунке, соответствующая концентрации дырок, переме-щается вверх по шкале концентрации носителей и, в d d exp -. (14) конце концов, превышает концентрацию электронов по L1 Lвсей толщине подложки.

Таким образом, наблюдаемое сверхлинейное возрастаНайдя A, сразу же имеем ние тока при значительных прямых напряжениях, прилоB = n(0) - A. (15) женных к диоду, изготовленному на полуизолирующем Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Особенности переноса заряда в диодах Шоттки на основе полуизолирующего CdTe монокристалле, объясняется модуляцией сопротивления [15] M. Zha, E. Gombia, F. Bissoli, A. Zappettini, L. Zanotti. Phys.

Status Solidi B, 229, 15 (2002).

подложки инжектированными неосновными носителями [16] M. Fiederle, C. Eiche, M. Salk. J. Cryst. Growth, 146, (в данном случае — электронами). Зная распределение (1995).

избыточных электронов, можно с учетом инжекции [17] L.A. Kosyachenko, O.L. Maslyanchuk, I.M. Rarenko, рассчитать сопротивление подложки, вольт-амперную V.M. Sklyarchuk. Phys. Status Solidi C, 1, 925 (2004).

характеристику и дифференциальное сопротивление ди[18] С.М. Зи. Физика полупроводниковых приборов (М., Мир, ода. Это представляется неоправданным, поскольку ди1984).

од Шоттки в детекторе рентгеновского и -излучения Редактор Л.В. Беляков используется при обратном включении.

Features of charge transport in Schottky 6. Заключение diodes on semi-insulating CdTe L.A. Kosyachenko, O.L. Maslyanchuk, V.M. Sklyarchuk Получены диоды Al/p-CdTe на основе монокристаллов с удельным сопротивлением 102-109 Ом · см (300 K).

Chernivtsi National University, Вольт-амперная характеристика диода, изготовленно58012 Chernivtsi, Ukraine го на монокристалле как с низким, так и высоким удельным сопротивлением, описывается генерационно

Abstract

Electrical characteristics of CdTe-based X- and -ray рекомбинационными процессами в области пространdetectors with Schottky diodes are investigated. The experimental ственного заряда в соответствии с моделью Саа-Нойса– data have been obtained from Al/p-CdTe diodes with the substrate Шокли, адаптированной для диода Шоттки. Наблюresistivity in the range 102 to 109 · cm (300 K). The results даемые значительные прямые токи и выпрямляющие are interpreted in terms of the Sah–Noice–Shockley generation– свойства в диодах Шоттки на высокоомном CdTe обусrecombination theory with account for Schottky diode peculiarities.

ловлены модуляцией проводимости подложки инжектиIn the case of semi-insulating material, the large forward currents рованными неосновными носителями (электронами).

observed are shown to be caused by the electron injection into the substrate.

Список литературы [1] Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев, С.М. Рывкин, Ю.В. Рудь.

ЖТФ, 36, 1146 (1966).

[2] Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев, С.М. Рывкин, Ю.В. Рудь.

ФТП, 1, 805 (1967).

[3] P. Siffert, B. Rabin, H.Y. Tabatabai, R. Stuck. Nucl. Instrum.

Meth., 150, 31 (1978).

[4] A.J. Dabrovski, J. Iwanczyk, W.M. Shymczyk, P. Kokoschinego, J. Stelzhammer. Nucl. Instrum. Meth., 150, 25 (1978).

[5] T. Takahashi, K. Hirose, C. Matsumoto, K. Takizawa, R. Ohno, T. Ozaki, K. Mori, Y. Tomita. Proc. SPIE, 3446, 29 (1998).

[6] C. Matsumoto, T. Takahashi, K. Takizawa, R. Ohno, T. Ozaki, K. Mori. IEEE Trans Nucl. Sci., 45, 428 (1998).

[7] T. Takahashi, B. Paul, K. Hirose, C. Matsumoto, R. Ohno, T. Ozaki, K. Mori, Y. Tomita. Nucl. Instrum. Meth. A, 436, 111 (2000).

[8] T. Takahasi, S. Watanabe, G. Sato, Y. Okada, S. Kubo, Y. Kuroda, M. Onishi, R. Ohno. IEEE Trans. Nucl. Sci., 48, (2001).

[9] T. Takahasi, S. Watanabe, IEEE Trans. Nucl. Sci., 48, (2001).

[10] Home page of Amptek Inc.: www.amptek.com [11] C. Sah, R. Noyce, W. Shockley. Proc. IRE, 45, 1228 (1957).

[12] L.A. Kosyachenko, I.M. Rarenko, Z.I. Zakharuk, V.M. Sklyarchuk, Ye.F. Sklyarchuk, I.V. Solonchuk, I.S. Kabanova.

Semiconductors, 37, 238 (2003).

[13] L.A. Kosyachenko, O.L. Maskyanchuk, V.V. Motushchuk, V.M. Sklyarchuk. Sol. Energy Meter. and Solar Cells, 82 (1/2), 65 (2004).

[14] D.M. Hofmann, W. Stadler, P. Chrismann, B.K. Meyer. Nucl.

Instrum. Meth. A, 380, 117 (1996).

Pages:     | 1 ||



© 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.