WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 7 Низкотемпературные нестабильности электрических свойств полуизолирующих кристаллов Cd0.96Zn0.04Te : Cl ¶ © А.В. Савицкий, О.А. Парфенюк, М.И. Илащук, К.С. Уляницкий, С.Н. Чупыра, Н.Д. Вахняк Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, 58012 Черновцы, Украина (Получена 28 июня 2004 г. Принята к печати 10 ноября 2004 г.) Исследованы электрические (295–430 K) свойства и низкотемпературная (4.2 K) фотолюминесценция полуизолирующих кристаллов Cd1-x ZnxTe : Cl с разным содержанием примеси в расплаве (C0 = 5 · 1017-1 · 1019 см-3). На всех образцах при достаточно низких температурах (T = 330-385 K) Cl наблюдались неравновесные процессы, которые приводили к уменьшению концентрации носителей. Эти изменения имеют обратимый характер. Определена энергия активации такого процесса: Ea = 0.88 эВ. Как и в случае полуизолирующего CdTe : Cl, наблюдаемые явления можно объяснить изменением зарядового состояния атомов неконтролируемой меди: CuCd Cui. При введении Zn изменяется соотношение между концентрациями мелких доноров Cui и ClTe по сравнению с их количеством в исходном материале.

1. Введение 2. Экспериментальная часть Теллурид кадмия и Cd1-xZnxTe являются очень пер- Кристаллы были выращены вертикальным методом спективными в плане практического использования ма- Бриджмена из предварительно синтезированного матетериалами и поэтому интенсивно исследуются для со- риала, в который добавляли необходимое количество соли CdCl2. Количество хлора в жидкой фазе составляло здания многих приборов. Для большинства применений C0 = 5 · 1017-1 · 1019 см3.

нужны объемные структурно совершенные образцы с Cl Выращенные кристаллы имели крупноблочную струкминимальными значениями концентраций равновесных туру (5-8см3 — величина отдельного блока) при общем носителей и стабильными во времени параметрами. Для объеме слитка 50-60 см3. Образцы для электрических получения такого материала кристаллы легируют доноризмерений (размерами 1.5 1.2 12 мм) изготовляли с ными примесями, которые компенсируют собственные начальной (I), средней (M) и конечной (L) частей слитка дефекты акцепторного типа (считается, что это изоли(см. рис. 1). Приготовление образцов и нанесение конрованные вакансии кадмия).

тактов были обычными. Измерения температурных завиВ качестве легирующих доноров можно использовать водородоподобные примеси донорного типа (например, Cl [1]) и элементы, которые создают глубокие уровни в запрещенной зоне (V, Ti, Ge, Sn, Pb) [2]. Самые лучшие результаты по созданию детекторов рентгеновского и -излучения получены на теллуриде кадмия и твердых растворах Cd1-xZnx Te.

Большинство работ по изучению свойств легированного хлором CdTe и CdZnTe посвящены исследованию условий получения и структурных свойств объемных образцов полуизолирующего материала. Однако мало внимания уделяется изучению явлений переноса (особенно для CdZnTe) и определению возможной корреляции между равновесными параметрами кристаллов и технологическими режимами их получения.

При исследовании температурных зависимостей электрических свойств (, RH) образцов CdTe : Cl были обнаружены обратимые низкотемпературные изменения [3].

Цель данной работы заключается в изучении влияния Рис. 1. Температурные зависимости RH образцов примеси цинка на величину и характер таких изме- Cd0.96Zn0.04Te : Cl: 1 —образец C-I, 2 —образец E-M. Стрелки нений в полуизолирующих образцах Cd0.96Zn0.04Te : Cl. указывают на последовательность измерений. Римскими Известно [4], что при добавлении Zn к решетке тел- цифрами обозначены разные участки экспериментальных зависимостей, а вертикальными штриховыми линиями лурида кадмия увеличивается ковалентная составляювыделена переходная область (см. текст). На вставке — щая связи, что улучшает структурное совершенство температурные зависимости холловской подвижности тех материала.

же образцов. Штриховая линия — зависимость µH(T ) при ¶ E-mail: p_ebox@mail.ru рассеивании на оптических фононах.

Низкотемпературные нестабильности электрических свойств полуизолирующих кристаллов... симостей электропроводимости и коэффициента Холла проводили на постоянном токе как при возрастании температуры, так и в направлении ее уменьшения.

Низкотемпературную (4.2 K) фотолюминесценцию (ФЛ) исследовали по стандартной методике на свежесколотых поверхностях. Разрешающая способность была не ниже 1 мэВ.

3. Результаты и обсуждение Все исследуемые кристаллы были дырочного типа проводимости с удельным сопротивлением () при 295 K от 2.7 · 107 до 1.08 · 108 Ом · см и подвижностью µH в пределах 58-80 см2/В · c (см. таблицу).

Особенностью образцов Cd0.96Zn0.04Te : Cl было то, что в процессе измерений они отжигались при достаточно Рис. 2. Типичные изотермические релаксационные зависимоснизких температурах (330-385 K, рис. 1). При изме- ти проводимости полуизолирующих образцов Cd0.96Zn0.04Te : Cl при температурах 368 (1), 351 (2) и 344 K (3). На вставке — рении в направлении увеличения температуры можно температурная зависимость постоянной времени релаксации, выделить два прямолинейных участка с разными углами полученная при исследовании разных кристаллов. Цифры наклона: при T < 330 K (I участок) и T > 385 K (II учавозле экспериментальных точек соответствуют нумерации обсток), между которыми находится переходная область.

разцов в таблице.

При последующем понижении T измеренные значения RH сначала совпадают с полученными в первой половине измерительного цикла (II участок) и располагаются выше их при дальнейшем охлаждении, образовывая Наблюдаемые изменения носили обратимый характер III участок.

и при сохранении образцов при комнатной температуре В таблице приведены энергии ионизации уров- в течение нескольких месяцев их параметры возвращаней E для разных образцов, которые соответствуют лись к первоначальным значениям.

проводимости на конкретных участках зависимостей Анализ температурных зависимостей холловской поlg RH = f (103/T ). Сравнивая значения E1, E2 и E3, движности носителей показал, что во всех образцах превидим, что проводимость всех кристаллов после отжига обладает рассеивание на тепловых колебаниях решетки определяется более глубокими уровнями ( E2 > E1), а (см. вставку на рис. 1). Особенностью кристаллов являпри переходе к третьему участку энергия активации не ется то, что при температурах, которые превышают T изменяется или немного возрастает ( E3 E2). отжига (II область на зависимости lg RH = f (103/T )), наблюдается резкое уменьшение величины RH ·. При этом угол наклона в зависимости µ T изменяется Равновесные характеристики образцов Cd0.96Zn0.04Te : Cl перед от 1.4 (I область) до >3.4 (II область). Наначалом измерений (295 K) и энергии активации разных участблюдаемое уменьшение подвижности не может быть ков экспериментальных зависимостей lg RH = f (103/T ) вызвано рассеиванием на дополнительно заряженных точечных дефектах, поскольку оценивание их необДо нагревания E, эВ ходимого количества по формуле Брукса–Херинга [5] № C0, см-2 0, µH, /0, I II III Cl приводит к нереальным значениям N. Такой ход завиОм · см см2/В · с E1 E2 Eсимости lg(RH · ) = f (log T) можно объяснить тем, что при температурах, соответствующих II области экспе1 A-I 5 · 1017 6.8 · 107 60 6.8 0.63 0.72 0.риментальной зависимости, нарушается строгое соот2 A-M - 1.0 · 108 57 8.1 0.62 0.73 0.ношение p/ni =(µn/µp)2, которое должно выполняться 3 A-L - 4.7 · 107 65 5.0 0.60 0.67 0.при примесной проводимости, и осуществляется переход 4 B-M 1 · 1018 6.6 · 107 62 5.7 0.60 0.67 0.5 B-L - 2.7 · 107 78 7.6 0.52 0.71 0.71 к смешанной проводимости. Измерения RH при более 6 C-I 5 · 1018 8.5 · 107 62 36 0.49 0.73 0.высоких температурах подтвердили это: при T 200 K 7 C-M - 4.2 · 107 58 60 0.44 0.71 0.происходит изменение его знака и переход к электрон8 C-L - 4.8 · 107 70 10.2 0.44 0.70 0.ному типу проводимости.

9 D-M 1 · 1018 1.8 · 108 72 6.2 0.77 0.80 0.Исследования изотермических релаксационных зави10 E-M 1 · 1019 1.6 · 108 80 4.0 0.75 0.78 0.симостей проводимости образцов при температурах, которые соответствуют переходной области, показа Примечание. Первая буква — название слитка, другая — разме ли, что их начальные участки могут быть описаны щение в нем образца. — сопротивление после измерительного цикла.

экспоненциальной зависимостью = 0 exp(-t/ ), где Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Образец 790 А.В. Савицкий, О.А. Парфенюк, М.И. Илащук, К.С. Уляницкий, С.Н. Чупыра, Н.Д. Вахняк 0 — электропроводность образца в равновесных усло- проявление двух типов переходов является типичным виях; — время релаксации. Построив зависимости для ФЛ кристаллов CdTe в прикраевой области спектра.

lg(0/ ) = f (t), получили прямые, по наклону которых Их связывают с переходами зонных и локализованных определили время релаксации (см. рис. 2). Температур- на мелких донорных уровнях электронов на мелкий ную зависимость образцов можно описать экспонен- акцепторный центр. Поэтому можно считать, что линия с максимумом при 1.5915 эВ соответствует (B, A) циальным законом = 0 exp(Ea/kT ), где Ea —энергия излучению, а при 1.5772 эВ — (D, A) переходам.

активации процесса. Из зависимости lg = f (103/T ) BA Глубину залегания акцепторного дефекта Ea при определили Ea, которая составляла 0.88 эВ (см. вставку (B, A)-переходах можно найти по известной формуле:

на рис. 2).

Типичные спектры ФЛ образцов Cd1-xZnxTe перед kT BA BA Ea = Eg - hmax +, началом измерений и после термообработки приведены на рис. 3. Для конкретных образцов спектры ФЛ могут BA где T — температура электронов, hmax — положеотличаться лишь положением максимумов отдельных ние максимума бесфононной линии. Используя знаполос излучения, что обусловлено их разным составом, BA чения Eg = 1.6304 эВ и hmax = 1.5915 эВ, получим и незначительными изменениями в соотношении их BA Ea = 0.039 эВ. Поскольку в CdTe глубины залегания интенсивностей.мелких акцепторных примесей (Li, Na, N, P) и VCd В экситонной области спектра (1.605-1.630 эВ) пробольше (0.05-0.06 эВ [10]), (B, A)-полоса в исследуеявляются линии экситонов, связанных на нейтральных мых кристаллах не может формироваться при переходонорах (D0, X) иакцепторах (A0, X). Полоса (D0, X) явдах на изолированные дефекты. Это указывает на то, ляется довольно узкой (полуширина 2мэВ) с положеBA что уровень Ea = 0.039 эВ имеет сложную природу нием максимума при 1.6174 эВ. Линия (A0, X) является (донорно-акцепторная пара — DAP) и понижение энерболее широкой и на ней разделяются две составляющие гии ионизации происходит благодаря кулоновскому вза0 (A1, X) и (A2, X) с максимумами при 1.6129 и 1.6117 эВ имодействию между ее составляющими. Исследуемые соответственно. Две менее интенсивные линии излучекристаллы имеют значительное количество дефектов ния обусловлены рекомбинацией свободных экситонов донорного типа (фоновых и легирующей примеси ClTe), с верхней (HPB) и нижней (LPB) поляритонных веток.

поэтому образование таких пар является вполне возможСоответствующие энергии равны 1.6209 и 1.6193 эВ.

ным. О большей концентрации дефектов донорного типа Исходя из энергетического размещения полос LPB свидетельствует наличие интенсивной полосы излучения и HPB и принимая во внимание, что энергия свяэкситонов, связанных на нейтральных донорах.

зи экситона в CdTe равна Eex = 10.3мэВ [7], ширина В донорно-акцепторной области ФЛ (1.35-1.53 эВ) запрещенной зоны образца составляет Eg = 1.6304 эВ.

проявляется типичная для CdTe широкая полоса изТакое значение Eg соответствует составу x = 0.07, поDAP лучения с максимумом бесфононной линии hmax при скольку для Cd1-xZnxTe между шириной запрещен1.4689 эВ (DAP-полоса). Она вызвана переходами на ной зоны и составом существует соотношение [8]:

акцепторные центры в области энергий 0.12-0.17 эВ.

Eg(Cd1-xZnx Te) =Eg(CdTe) +0.322x + 0.463x2.

Такими дефектами могут быть атомы Cu в кадмиевых Природа полосы (A0, X) в CdTe исследовалась многиузлах, энергия ионизации которых Ea = 0.146 эВ [10], ми авторами, но единого мнения об ее возникновении не или это ассоциаты с участием VCd и доноров (A-центры).

существует (см. работу [9]). Чаще всего считается, что В общем случае могут одновременно происходить пеона имеет сложную природу и формируется при участии реходы на разные типы центров, которые принимают простых акцепторов CuCd и ассоциатов (VCd-D) или (VCd-2D), где D — атомы фоновых примесей донорного типа. Широкий максимум составляющей (A1, X) и наличие признаков его определенной структуры указывают на то, что в исследуемых кристаллах Cd1-xZnxTe более высокоэнергетическая составляющая создается экситонами, связанными на сложных акцепторных дефектах, в состав которых входят разные типы мелких доноров.

Составляющая (A2, X) может формироваться при рекомбинации экситонов, связанных на акцепторах меди.

Интенсивность ФЛ в прикраевой области (1.54-1.60 эВ) значительно меньше. Здесь выделяются две линии излучения при энергиях 1.5915 и 1.5772 эВ, а также их первые фононные повторения. Одновременное Эффективный коэффициент распределения Zn в CdTe = 1 и, по Рис. 3. Спектральная зависимость низкотемпературной ФЛ данным разных авторов, находится в границах 1.35-1.60 [6]. Поэтому образца Cd0.96Zn0.04Te : Cl до (штриховая линия) и после отсостав образцов твердого раствора Cd1-x Znx Te : Cl будет зависеть от их расположения по длине слитка. жига при 373 K на протяжении 1 ч (сплошная линия).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Низкотемпературные нестабильности электрических свойств полуизолирующих кристаллов... участие в появлении DAP-полосы, что значительно DAP-полосы, который может быть объяснен увеличениусложняет ее интерпретацию. ем концентрации мелких доноров, переходы с которых Если считать, что DAP-излучение создается перехо- являются причиной возникновения ФЛ в данной области дами электронов из зоны проводимости, глубина за- спектра. Интенсивность линий ФЛ при термообработке DAP легания соответствующих акцепторных центров Ea практически не изменяется в краевой части спектра и может быть определена из формулы (1). Используя может незначительно изменяться в ту или иную сторону DAP DAP значения Emax = 1.4689 эВ, получим Ea 0.16. Такая в экситонной области. При этом на всех кристаллах до глубина залегания A-центра не свойственна для леги- и после термообработки, кроме линии (A0, X), всегда рованных Cl кристаллов (0.14 эВ [11]). Поэтому можно присутствует интенсивная (D0, X)-полоса ФЛ.

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.