WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 7 Изменения электрофизических свойств кристаллов Cd1-xZnxTe после термообработки © Е.С. Никонюк¶,, З.И. Захарук, Е.В. Рыбак, С.Г. Дремлюженк, В.Л. Шляховый, М.А. Ковалец Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, 58012 Черновцы, Украина Украинский национальный университет водного хозяйства и природопользования, 33028 Ровно, Украина (Получена 28 ноября 2005 г. Принята к печати 9 декабря 2005 г.) Проведен анализ примесно-дефектной системы в кристаллах Cd1-x Znx Te (0.02 x 0.15) до и после термообработки при температурах 720–1170 K. Установлено, что в большинстве этих кристаллов проводимость контролируется двумя типами акцепторов A1 (EV = 0.03-0.05 эВ) и A2 (EV = 0.012-0.15 эВ). Изменение электрофизических свойств кристаллов после термообработки зависит от концентрации неконтролируемых примесей в исходном материале и степени компенсации акцептора A1. Увеличение сопротивления и однородности образцов происходит в результате двух последовательных термообработок.

PACS: 72.20.Fr, 72.80.Ey, 81.05.Dz, 81.40.Gh В последнее время возрос интерес к изучению свойств Электрические сигналы на зондовых контактах и твердых растворов Cd1-xZnxTe в связи с широким последовательном эталонном сопротивлении измеряли использованием этих материалов в электронике. В боль- компенсационным (при R < 103 Ом) или электрометшинстве случаев для практического применения нужен рическим методами. Обработка поверхности образцов и конструкция измерительной установки обеспечивали высокоомный материал. В данной работе представлены результаты исследования влияния термической обработ- отсутствие шунтирования поверхностью или элементом установки при R < 1012 Ом. Криостатный блок позволял ки на электрофизические характеристики кристаллов проводить измерения удельной электропроводности ( ) твердого раствора Cd1-xZnxTe с целью увеличения и коэффициента Холла (RH) в области от 80 до 420 K удельного сопротивления материала.

при индукции магнитного поля 0.5 Тл. Концентрацию носителей заряда p и их подвижность µp рассчитывали по формулам: p =(eRH)-1, а µp = RH, т. е. холл-фактор 1. Экспериментальная часть принимали равным единице.

Монокристаллы твердых растворов Cd1-xZnxTe (0.02 x 0.15) выращивали методом Бриджмена– 2. Результаты и обсуждение Стокбаргера в вакуумированных кварцевых ампулах, покрытых пиролитическим графитом. Использовались ис2.1. Характеристика выращенных кристаллов ходные компоненты марки „Экстра“, которые проходили Cd1-x Znx Te многостадийную дополнительную очистку (вакуумную Все исследованные кристаллы Cd1-xZnx Te характедистилляцию, капельную очистку в атмосфере водорода, ризовались p-типом проводимости. На рис. 1 показаны многократную зонную плавку).

типичные температурные зависимости коэффициентов Термообработка отполированных образцов проводиХолла образцов p-Cd1-xZnx Te. Следует отметить, что лась в вакууме и в парах кадмия. Перед началом из сотен исследуемых на протяжении 15 лет образцов электрофизических исследований поверхность отожжентолько единицы демонстрировали электрофизические ных образцов шлифовали и полировали для снятия параметры, которые существенно отличались от привенарушений стехиометрии в приповерхностном слое в денных на рис. 1. Причем весь набор кривых мог быть результате термообработки.

получен при одном значении x для партии кристаллов Электрофизические измерения проводили на механииз разных исходных материалов и выращенных в разных чески отполированных монокристаллических образцах тепловых условиях.

в форме прямоугольного параллелепипеда. Токовые и Анализ температурных зависимостей коэффициента зондовые контакты к кристаллам p-типа изготовляли Холла проводили в рамках модели компенсирующих акметодом искровой обработки контактных площадок [1] цепторов, поскольку нет причин допускать, что конценс последующим осаждением слоев золота и меди [2].

трация компенсирующих доноров в исследуемых криТокоподводящие медные проволоки припаивали сплавом сталлах на несколько порядков меньше концентрации ак0.99% In + 0.01%Cu.

цепторов (далее это подтверждено анализом подвижно¶ сти носителей тока). В этом случае энергия активации, E-mail: semirivne@mail.ru ¶¶ E-mail: sgdrem@mail.ru определенная из зависимости lg(RHT3/2) = f (103/T ), Изменения электрофизических свойств кристаллов Cd1-xZnxTe после термообработки В кристаллах Cd1-xZnxTe при x 0.13, в отличие от кристаллов Cd1-xMnx Te [5], не наблюдается четкой зависимости между содержанием цинка и концентрацией акцепторов. Можно допустить, что акцепторы Aобусловлены примесями типа NaCd, LiCd [6], при этом существенное уменьшение энергии ионизации может быть вызвано корреляцией в пространственном распределении доноров и акцепторов, возможно, вплоть до образования близких донорно-акцепторных пар. Акцепторы A2 могут быть ассоциатами типа (DCdVCd) или стабильными состояниями примесей Cu и Ag. Как и в случае кристаллов CdTe [4], величина энергии ионизации этих акцепторов определяется общей чистотой кристаллов, которую можно оценить через суммарную концентрацию ионизированных центров Ni.

Рис. 1. Температурная зависимость коэффициента Холла Величину Ni определяли из анализа температурной в кристаллах Cd1-x Znx Te с различным содержанием Zn, x:

зависимости подвижности носителей (рис. 2). При этом 1 —0.02, 2 и 2a — 0.04, 3 — 0.045, 4 и 4a — 0.06, 5 — 0.08, предполагалось, что подвижность дырок лимитируется 6 —0.1, 7 — 0.13.

двумя механизмами рассеивания: на колебаниях кристаллической решетки [3] и на ионизированных примесях, в соответствии с формулой Брукса–Херинга [7].

соответствует, как известно, энергии ионизации акцепВыяснилось, что для разных образцов значения Ni торов. На основе такого анализа установлено, что в находятся в пределах от 2.5 · 1016 до 5 · 1017 см-3. Так кристаллах Cd1-xZnx Te при 0.02 x 0.15 дырочная как в случае отсутствия компенсации акцепторов их проводимость, как правило, контролируется двумя тиконцентрация соизмерима с концентрацией дырок в пами акцепторов: мелкими A1 с энергией ионизации области полной ионизации ([A1] psat < 3 · 1016 см-3, 0.03-0.05 эВ и относительно глубокими A2 с энергией рис. 1), а при низких температурах Ni =[A1 ] psat, ионизации 0.12–0.15 эВ. При этом в большинстве слуможно считать, что модель некомпенсированного получаев оба типа акцепторов одновременно присутствуют проводника не реализуется. В это же время при наличии в образцах в соизмеримых концентрациях. Например, компенсации в низкотемпературной области, если все в образцах 5, 6 (рис. 1) мелкие акцепторы полностью рассеивающие ионизированные центры являются изокомпенсированы и влияют только на расстояние носилированными, величина Ni определяется соотношенителей тока, а генерацию дырок в зону обеспечивают ем Ni =[D+] +[A-] 2[D+] 2[A-]. Но в некоторых акцепторы A2. В других образцах при низких темпераобразцах с рабочими акцепторами A1 (например, турах (T < 150 K) генерируют носители заряда только и 3 на рис. 1, 2) имеет место неравенство Ni < 2[A-].

акцепторы A1, а при T > 150 K становится заметным Это обусловлено тем, что при низких температурах вклад акцепторов A2.

доноры и акцепторы, которые случайно приблизились Для расчета концентрации акцепторов были выбраны такие величины: эффективная масса плотности состояния v-зоны m = 0.63m0 [3] (такая же, как и для p кристаллов CdTe); статистический фактор = 4 для акцепторов A1 и = 2 для акцепторов A2. Использована следующая температурная зависимость энергии ионизации акцепторов:

A = A0 - gT (A0/Eg0), где A0 — энергия ионизации при абсолютном нуле, Eg0 — ширина запрещенной зоны при 0 K, g — ее температурный коэффициент (g = 4 · 10-4 эВ/K для CdTe и считается верным для Cd1-xZnx Te).

В результате расчета получены концентрации акцепторов, величины которых находились в разных образцах в пределах: [A1] =5 · 1016-1.5 · 1017 см-3, [A2] =3 · 1015-1.5 · 1016 см-3. Таким образом, в больРис. 2. Температурная зависимость подвижности дырок в кришинстве случаев выполняется неравенство [A1] > [A2], сталлах Cd1-xZnxTe с различным содержанием Zn (нумерация как и в кристаллах CdTe [4]. образцов соответствует рис. 1).

3 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 804 Е.С. Никонюк, З.И. Захарук, Е.В. Рыбак, С.Г. Дремлюженко, В.Л. Шляховый, М.А. Ковалец на расстояние меньше 30, рассеивают носители не как изолированные центры, а как диполи, т. е. значительно слабее. Отметим, что наличие указанного неравенства и существенного снижения энергии ионизации акцепторов A1 наблюдается одновременно, поэтому можно говорить об общей причине обоих эффектов: коррелированное распределение точечных дефектов.

Если рассматривать исследованные кристаллы как базовый материал для эпитаксиального наращивания узкозонных слоев, то, исходя из возможности шунтирования слоев КРТ в будущем, кристаллы с рабочими акцепторами A1 не отвечают требованиям к подложкам:

их удельное сопротивление при 80 K не превышает 105 Ом · см. Улучшить ситуацию может только удачная термическая обработка, которая должна обеспечить полную компенсацию акцепторов A1 и не сопровождаться Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента Холла загрязнением кристаллов.

отожженных образцов p-Cd1-xZnx Te: a — образцы серии a после TT1: 1 — исходный; 2 — TTT = 720 K, = 48 ч;

3 — TTT = 750 K, = 24 ч; 4 — TTT = 780 K, = 10 ч;

2.2. Свойства образцов Cd1-x ZnxTe после 5 — TTT = 810 K, = 6ч; b — образцы серии a (1, 2 ) и термообработки серии b (3, 3, 3 ) после TT1.

Известно, что изменение типа рабочих акцепторов из A1 на A2 в кристаллах CdTe [4] имеет место при термической обработке, которая сопровождается эффекобеспечивала полной компенсации акцепторов A1. Потами „самоочистки“; при этом наиболее эффективным этому такие образцы подвергались термообработке TTявляется отжиг при температурах 720–780 K продолпри 1170 K ( 4ч) под давлением насыщенных паров жительностью 50 ч. Мы провели такую термообракадмия. Такую же обработку проходили образцы серии a.

ботку (TT — thermal treatment) образцов Cd1-xZnxTe Оказалось, что:

при температурах 720–870 K (TT1). Выяснилось, что а) образцы серии a изменяли тип проводимости на в случае кристаллов Cd1-xZnx Te ожидаемый эффект электронный, при этом концентрация носителей соимеет место лишь для образцов с высокой чистотой, ставляла n = 1014-1015 см-3 и определялась мелкими Ni < 5 · 1016 см-3 (образцы серии a). В частности, редонорами D1;

зультаты исследований отожженных образцов, аналогичб) образцы серии b стали полуизолирующими n- и ных образцу 3 на рис. 2, свидетельствуют (рис. 3):

p-типа проводимости с ярко выраженной неоднорода) при температуре отжига 720 K ( = 50 ч) не происностью, которая проявлялась в барьерном характере ходит однородной и полной компенсации акцепторов A1;

температурной зависимости подвижности носителей.

за счет микронеоднородностей формируются дрейфоРассмотрим процессы, которые протекают при вые барьеры для носителей, которые проявляются в TT2. Это, во-первых, установление равновесия между экспоненциальном спаде подвижности дырок при пониобъемом кристалла и газовой фазой за счет химиженных температурах;

ческой диффузии, во-вторых, это распад кадмиевых б) при температурах отжига 750–780 K эффект „самопреципитатов, при котором генерируются собственные очистки“ максимальный; в частности, такой показатель термодоноры типа Cdi [8]. Понятно, что оба процесса чистоты кристаллов на основе CdTe, как отношение обеспечивают компенсацию не только A1-центров, но и величины подвижности носителей заряда при 80 K (µ80) к величине подвижности при 300 K (µ300), составля- более глубоких акцепторов, и при отсутствии других конкурирующих процессов у всех образцов концентрает 12;

ция электронов должна быть 1017 см-3. Поскольку это в) при более высоких температурах отжига далеко не так, следующими заслуживающими внимания (T > 780 K) величина отношения µ80/µ300 уменьшается, но до 840 K сохраняется полная компенсация акцеп- являются процессы внутренней генерации вакансий кадмия с дислокационных атмосфер, а также примесных торов A1; отметим, что в данном случае происходит наблюдаемое ранее [4] возрастание концентрации ак- акцепторов (Li, Na, Cu) и доноров (Al, Cl) с расплавцепторов A2 на фоне уменьшения концентрации акцеп- ленных включений теллура.

торов A1. При достаточно медленном охлаждении термобраВ образцах с более высокой концентрацией некон- ботанных образцов описанные процессы должны идти тролируемых примесей (Ni 5 · 1016), в которых в обратном направлении. Интересно было проследить µ80/µ300 < 5 (образцы серии b), хотя признаки „само- за тем, как влияет на свойства образцов, подвергнуочистки“ и проявлялись, но термообработка TT1 не тых TT2, последующая TT1, которую условно назовем Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Изменения электрофизических свойств кристаллов Cd1-xZnxTe после термообработки TT1. Выяснилось (рис. 3), что большинство образцов [7] Ф.Дж. Блатт. Теория подвижности электронов в твердых телах (М.; Л., ФМ, 1964). [Пер. с англ.: F.J. Blatt.

после TT1 обладают дырочной проводимостью, они Theory of mobility of electrons in solids (N.Y., Academic достаточно однородные; акцепторы A1 в них полностью Press, 1957)].

компенсированы, а p-проводимость контролируется ак[8] Е.С. Никонюк, М.И. Кучма, М.А. Ковалец, В.Л. Шляховый, цепторами A2 или еще более глубокими. Концентрация З.И. Захарук. Тез. докл. 1-й Укр. науч. конф. по физике акцепторов A2 в таких образцах существенно ниже, чем полупроводников (Одесса, 2002) т. 2, с. 303.

в „самоочищенных“ образцах после TT1.

Редактор Л.В. Беляков Дефектно-примесные системы в термообработанных и охлажденных до комнатной температуры кристаллах Change of Cd1-xZnxTe single crystals неравновесны. В связи с этим целесообразно проследить за возможной эволюцией электрофизических парамет- electrical properties after thermal ров при комнатной температуре, а также при нагреве до treatment T 420 K после продолжительного хранения отожженE.S. Nikoniuk, Z.I. Zakharuk, E.V. Rybak, ных образцов.

S.G. Dremlyuzhenko, V.L. Schlyakhovyi, В образцах 1 и 2 (серия a, рис. 3), в которых M.A. Kovalets Ni 4 · 1016 см-3, существенных изменений параметров Yu. Fed’kovich Chernivtsi National University, на протяжении первого года хранения не обнаружено, 58012 Chernivtsi, Ukraine а в образце 1, где Ni = 1.5 · 1016 см-3, стабильность Ukrainian National University (повторяемость) сохраняется до 420 K. В образце 2, of Water Management and Conservation, где Ni = 4 · 1016 см-3, обнаружено незначительное воз33028 Rivne, Ukraine растание концентрации дырок при нагреве до 420 K с релаксацией к первоначальному состоянию при комнат

Abstract

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.