WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 7 Исследование электрофизических свойств CdxHg1-xTe ¶ © П.В. Бирюлин, В.И. Кошелева, В.И. Туринов Научно-производственное предприятие „Исток“, 141190 Фрязино, Россия (Получена 27 августа 2003 г. Принята к печати 17 октября 2003 г.) По температурным и полевым заввисимостям коэффициента Холла RH выявлено, что образцы n-CdxHg1-x Te с низкой концентрацией электронов, как правило, компенсированные, и степень компенсации нарушается при термоконверсии проводимости образца в p-тип. В образцах Cdx Hg1-x Te n-типа проводимости по зависимостям удельного сопротивления от температуры (T ) определена энергия ионизации донорного уровня: Ed = 24-32 мэВ. В этих же образцах после термоконвертирования (p-типа) определены энергии ++ ионизации акцепторов, связанных с двукратно заряженными вакансиями VHg : Ea = 32 и 48 мэВ. Кроме того, обнаружен глубокий уровень Et неизвестной примеси, имеющей амфотерный характер, c Et - Ev 0.7Eg.

Для изготовления быстродействующих, на частотный лах, откачанных форвакуумным насосом. Известно [6], диапазон свыше 100 МГц, фотодиодов инфракрасного что в результате изотермического отжига при темпедиапазона с максимумом чувствительности на длине ратурах выше 300C твердые растворы CdxHg1-x Te волны = 10.6 мкм более подходящим является ма- составов с x 0.2 имеют p-тип проводимости. Известно териал p-типа проводимости [1–4] из-за высокой по- также [7], что в этих растворах инвертирование проводимости с n- на p-тип происходит при кратковременном движности неосновных носителей, электронов, в p-базе нагреве выше 300C и последующей закалке. Считается, n+-p-переходов. Поскольку в наших работах исходными что при таких отжигах за дырочный тип проводимости служили образцы CdxHg1-x Te n-типа проводимости, ответственны вакансии ртути VHg, являющиеся акцептоспециально предназначенные для фоторезисторов, то рами [8,9].

такой материал мы подвергали термообработке для В табл. 1 представлены параметры исходных образцов конверсии типа проводимости и затем уже на p-образцах создавали n+-p-переходы ионной имплантацией. С це- n-типа проводимости и p-типа после инвертирующего отжига: n, p — концентрации электронов и дырок; µn, лью проследить изменение исходных электрофизических µp — подвижности; n, p — времена жизни.

свойств материала и как они сказываются на параметЗависимости RH = f (B) для образцов из одной и той рах изготавливаемых n+-p-переходов были выполнены же исходной пластины n-типа были близкими. Однако исследования, результаты которых приведены далее.

после отжига в одних и тех же режимах был отмечен Исходные пластины были произвольной формы, позначительный разброс RH в образцах p-типа проводиэтому измерения постоянной Холла RH и удельного мости (типичные зависимости приведены на рис. 1).

сопротивления проводили методом Ван дер Пау. ТемОтсюда следует вывод, что исходные пластины n-типа пературные зависимости (T ) и RH(T ) и зависимости проводимости имели высокую степень компенсации от магнитного поля RH(B) и (B) снимали методом донорных и акцепторных точечных дефектов (в том постоянного тока и постоянного магнитного поля на числе и остаточных примесей). Это подтверждается установке с автоматическим считыванием и обработкой концентрационной зависимостью холловской подвижноизмеряемых сигналов [5]. Время жизни носителей тока сти электронов µn = f (n) (рис. 2), когда уменьшение определяли из импульсных характеристик фотосигнаn достигается за счет компенсации примесей, что прилов на образцах при освещении их ультракороткими водит к увеличению рассеяния носителей заряда на ( 8 · 10-9 с) импульсами CO2-лазера на длине волны ионизованных примесях и собственных точечных дефек = 10.6 мкм. Мощность в импульсе 3 · 103 Вт ослабтах [10,11]. Степень компенсации сильно неоднородна ляли рассеивающими элементами. Измеряемые характепо исходной пластине и нарушается при отжиге. Разброс ристики записывали на универсальном запоминающем RH, так же как и разброс холловской подвижности дырок осциллографе C8-12.

µp = f (p) (рис. 3), в p-образцах уменьшался только при Исходные пластины n-CdHgTe имели толщину p > 1 · 1016 см-3, когда в образцы вводилась отжигом d 800 мкм и размеры в поперечнике до 20 мм (плавысокая концентрация собственных точечных дефектов стины были неправильной формы). Пластины разделяли акцепторного типа (вакансии VHg и VCd [13]).

на несколько образцов, на которых проводили измерения По зависимости = f (T ) (рис. 4) были определены электрических и фотоэлектрических характеристик до энергии ионизации донорных уровней (Ed) в n-CdHgTe инвертирующего тип проводимости отжига и после.

до отжига и акцепторных (Ea) в p-CdHgTe после инРежим отжига не менялся и был таким: температура вертирующего отжига (табл. 2). На одном из образотжига Ta =(300 ± 5)C, время отжига t =(30 ± 1) мин;

цов, Cl, было получено Ed + Ed = Eg (Eg — ширина отжиг осуществлялся в парах ртути, в стеклянных ампузапрещенной зоны), т. е проявился один и тот же уро¶ E-mail: birulin@sl.ru вень в материалах n-типа до отжига и p-типа после Исследование электрофизических свойств Cdx Hg1-xTe Таблица 1. Электрофизические параметры образцов Cdx Hg1-xTe n-типа проводимости до отжига и p-типа после инвертирующего отжига n-тип p-тип Образец d, мкм b l, смn, см-3 µn, 105см2/В · с n, 10-7с co, мкм p, см-3 µp, см2/В · с p, 10-8с co, мкм A1 9.5 · 1013 1.83 3.0 10.4 1.1 · 1015 447 7 10.2 813 / 580 1 A2 1.19 · 1014 1.84 - - 5.3 · 1014 647 - 10.27 825 / 660 0.7 1.A3 1.04 · 1014 1.77 - 10.2 9.6 · 1015 401 1 9.9 834 / 675 0.5 0.A4 1.3 · 1014 2.15 - - 1.7 · 1016 452 - - 811 / 558 0.9 1.B3 6.1 · 1013 1.6 2 10.29 1.5 · 1016 523 10 - 854 / 619 0.8 2.B4 6.2 · 1013 1.6 - 10.4 6.6 · 1014 520 - 10.87 817 / - 0.6 1.C1 1.1 · 1014 1.9 1.5 10.1 1.0 · 1016 463 3 10.2 743 / 636 0.8 1.C2 1.1 · 1014 2.0 - 9.9 1.8 · 1016 410 - - 844 / 719 0.6 1.C3 1.2 · 1014 1.83 2.5 - 7.2 · 1016 400 - - 835 / 605 0.7 1.C4 8.5 · 1013 1.8 - - 5.5 · 1014 632 - 9.8 840 / 676 0.7 1.D1 5.5 · 1014 1.87 - 11.7 1.8 · 1016 491 4 - 830 / 504 0.7 1.D2 5.0 · 1014 1.9 2.5 11.3 9 · 1014 471 - 10.96 - 1.8 · 1015 320 - 12.42 - 1.7 · 1016 436 6 12.29 829 / 494 0.6 1.G1 1.59 · 1014 2.5 5 12.01 2.8 · 1016 492 8 12.6 807 / 505 0.8 1.G2 1.73 · 1014 2.43 - 12.26 1.0 · 1015 631 - 12.4 671 / - 0.6 0.G3 1.73 · 1014 2.57 - 12.75 1.05 · 1015 621 - 12.49 806 / 687 0.6 0.H1 1.5 · 1014 2.6 1.6 13.88 1.8 · 1015 658 - - 674 / - 0.7 1.K1 1.78 · 1014 2.3 - 12.75 1.68 · 1015 565 - 12.45 765 / 386 0.6 1.K2 1.78 · 1014 2.27 - 12.85 1.46 · 1015 601 - - 777 / 392 0.7 0.Примечание. co — граничная длина волны спектра фотопроводимости. b и l — ширина и длина образца. В колонке d указана исходная толщина образца n-типа и (через косую черту) толщина образца p-типа после инвертирующего отжига и последующего травления для удаления поверхностного слоя.

отжига. Собственные точечные дефекты в подрешетках + 5.35 · 10-4(1 - 2x)T - 0.810x2 + 0.832x3 [14] (где T металла или халькогена ведут себя либо как доноры, измеряется в K, а Eg в эВ), находим состав (x) образцов либо как акцепторы. Поэтому обнаруженный уровень CdxHg1-x Te; эти данные также приведены в табл. 2.

связан с примесью, проявляющей в CdHgTe амфотерный Сильная зависимость от магнитного поля поперечного характер. Сообщений в литературе о таком поведении магнитосопротивления (B) (рис. 5), чувствительного примесей в узкозонном материале CdHgTe до сих пор к неоднородностям, и в то же время слабая зависимость не встречалось.

RH(B) при T = 78 K (рис. 1) свидетельствуют о неодПриведенные в табл. 2 значения Eg при 78 K найдены нородности образцов. Размеры образцов n-типа проводипо спектральным характеристикам фотопроводимости мости до отжига и после травления их в Br + метанол на образцах n-типа, Eg(78 K) =1.24/co, где co — (для удаления поверхностного слоя, в который могла граничная длина волны (в мкм) спектра фотопроводимо- произойти диффузия ртути из паровой фазы при отжиге сти по уровню 0.5 от максимума фоточувствительности в парах ртути) при отношении длины образца к толщине (табл. 1). Используя выражение Eg = -0.302 + 1.93x l/d > 10 (табл. 1) позволяют не учитывать „геометрический“ эффект при измерении.

Сильная зависимость (B) (рис. 5), наблюдаемая наТаблица 2. Состав и энергетические параметры образцов ми при T = 78 K, отмечалась и в других работах [15–17].

CdxHg1-x Te В CdHgTe аномальное поведение гальваномагнитных эффектов при T 78 K одни исследователи связывают n-тип p-тип с фундаментальными свойствами CdHgTe (наличие приНомер n(78 K), месной акцепторной зоны, перекрывающейся с зоной образца Eg(78 K), эВ Ed, эВ 1014 см-3 Состав, x Ea, эВ проводимости Ec) [18]. Другие объясняют эти аномалии микронеоднородностями технологического происхождеA1 0.119 0.024 0.95 0.216 0.ния [19], которые в кристаллах CdHgTe присутствуют A2 0.121 0.024 1.0 0.217 0.всегда из-за особенностей синтеза и роста кристаллов B3 0.120 0.032 0.61 0.216 B4 0.120 - 0.62 0.217 - в системе CdTe–HgTe. Это — локальная варизонность C1 0.120 0.027 1.5 0.216 0.материала [20], значительная нестехиометричность криC2 0.125 0.023 1.1 0.220 сталлов, выделения второй фазы [21], некоррелиро2 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 786 П.В. Бирюлин, В.И. Кошелева, В.И. Туринов Рис. 2. Зависимость холловской подвижности электронов в образцах n-CdHgTe от концентрации электронов при T = 78 K (табл. 1) (точки и проведенная через них кривая). Штрихпунктирная линия — теоретическая кривая из работы [11] для рассеяния носителей тока на полярных оптических фононах [11] и на ионизованных примесях и собственных точечных дефектах [10] в чистых и слабо легированных образцах n-CdHgTe с x 0.2 и концентрацией нескопенсированных акцепторов |Na - Nd| 1017 см-3.

Рис. 1. Зависимость постоянной Холла в образцах CdHgTe n-типа проводимости (до отжига) и p-типа (после инвертирующего отжига) от магнитной индукции при T = 78 K.

ванное распределение примесей и высокий уровень примесного фона в силу узкозонности материала [22] и т. п. Все это может быть причиной, в частности, образования связанных кластеров [19]. Эти микронеоднородности вызывают флуктуации потенциала, в потенРис. 3. Зависимость холловской подвижности дырок в образциальных ямах локализуются электроны, и величины цах p-CdHgTe от концентрации дырок при T = 78 K (табл. 1).

проводимости кристаллов, даже выращенных в одном Штрихпунктирная линия — теоретическая кривая из рабои том же технологическом процессе, различаются из-за ты [12] для рассеяния на фононах и ионизованных примесях случайного распределения микронеоднородностей [19].

в p-CdHgTe с x 0.2.

Исходя из того же предположения [19], что наши кристаллы неоднородны, причем имеются крупномасштабные (200-400 мкм) флуктуации потенциала, вызывающие сильную зависимость (B), мы приняли этот параметр за относительную меру неоднородности образцов и попытались установить связь между амплитудой магнитосопротивления /(B) (рис. 6) и разбросом в пределах одной пластины такого параметра n+-p-перехода, как удельное дифференциальное сопротивление фотодиода при нулевом смещении R0A. Из данных рис. и табл. 3 следует, например, что самые высокие R0A были получены на образце B3 с максимальной величиной /(B), т. е. с максимальной неоднородностью по составу. Усредненное значение R0A (усреденение по фотодиодам, изготовленным на каждом образце CdHgTe) тоже имеет тенденцию падать с уменьшением /(B). Все это указывает на то, что неоднородность изменяется плавно, а не скачкообразно. В противном Рис. 4. Зависимость удельного сопротивления образцов случае, при наличии кластеров или, например, преципиCdHgTe n-типа проводимости (до отжига) от температуры:

татов Te и высокой плотности дислокаций, как следствие 1 —B3, 2 —A1, 3 —C1, 4 —C2, 5 —B4.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Исследование электрофизических свойств Cdx Hg1-xTe Рис. 5. Зависимость поперечного магнитосопротивления образца B3 CdHgTe n-типа проводимости (до отжига) от температуры при различных величинах магнитной индукции B, Гс:

1 — 505, 2 — 1280, 3 — 3170, 4 — 7490, 5 — 12 680.

Рис. 7. Спектральные характеристики фотопроводимости образцов CdHgTe n-типа проводимости (до отжига) и p-типа (после инвертирующего отжига) при T = 78 K. a — образец A1, n-тип (1) и p-тип (2). b —образец B3, n-тип (3) и образец B4, p-тип (4).

их распада при инвертирующем отжиге материала, были бы получены большие темновые токи [23], т. е. низкие значения R0A. Следовательно, это есть плавное изменение концентрации акцепторов по толщине образца из-за неоднородной степени компенсации или изменения состава ( x). Такие виды неоднородностей имеются в образцах всегда, как показала вся совокупность наших многолетних исследований. На это указывают и кривые рис. 1 для n-образцов B3 и B4, резко различающиеся по RH после отжига, а также зависимость от магнитной индукции B в этих p-образцах, чего не наблюдалось в других образцах p-типа. К тому же можно считать маловероятным присутствие в исходных образцах таких дефектов, как включения второй фазы, кластеры и т. п.

Измерения спектральных характеристик сигнала фотопроводимости US (рис. 7) на образцах до отжига (n-тип) и после отжига (p-тип) показали, что, как правило, со сменой типа проводимости с n на p происходил сдвиг co либо в коротковолновую область, либо в длинноволновую. Так как после отжига травлением Рис. 6. Зависимость относительного поперечного магнитосопротивления в образцах CdHgTe n-типа проводимости (до снимался с обеих сторон образца слой 100 мкм, отжига) от магнитной индукции при трех температурах.

эти данные указывают на неоднородность образцов по 2 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 788 П.В. Бирюлин, В.И. Кошелева, В.И. Туринов Таблица 3. Параметры фотодиодов на основе CdxHg1-x Te Образец Номер ФД co, мкм R0A, Ом· см-2 pp, 1016см-3 /(B)(B = 12770 Гс) R0A, Ом· см 2 10.0 0.68 1. A1 4 9.9 0.71 0.4.3-5.4 0.A2 5 9.8 0.72 0. 7 - 0.61 0. 9 - 0.89 0. B3 11 9.8 0.32 0.2.1-5.9 0. B4 12 10.1 0.81 1. 14 9.9 0.63 0. 3 10.1 0.54 0. C1 18 10.8 0.17 1.5 4.5 0. 21 9.94 0.32 3.Примечание. Диаметр n+-p-переходов (по фотошаблону) составляет 300 мкм. В колонке /(B) показан разброс значений (согласно рис. 6), полученных при T = 78 K на исходных образцах, из которых изготавливались соответствующие группы фотодиодов. Усреднение R0A проведено по всем фотодиодам каждой группы. Значения концентрации основных носителей в p-области n+-p-переходов pp получены из измерений вольтфарадных характеристик фотодиодов.

Рис. 8. Временные характеристики фотосигналов на образцах, измеренные на CdHgTe B3 n- и p-типа, D2 p-типа проводимости, фотодиода 12 из образца B3, а также (для сравнения) образца примесного InSb. Измерения проводились с помощью запоминающего осциллографа C8-12 после возбуждения фотосигнала ультракороткими импульсами лазерного излучения с длиной волны = 10.6мкм.

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.