WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 7 Закрепление химического потенциала и электрические свойства облученных сплавов СdxHg1-xTe © В.Н. Брудный¶, С.Н. Гриняев Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова, 634050 Томск, Россия (Получена 5 декабря 2000 г. Принята к печати 27 декабря 2000 г.) Теоретически исследована композиционная зависимость уровня локальной электронейтральности Elnl в сплавах CdxHg1-xTe. Показано, что для составов x < 0.47 уровень Elnl расположен в области разрешенных энергий зоны проводимости, а для x > 0.47 — в верхней половине запрещенной зоны.

Из отождествления расчетных значений Elnl и предeльного положения уровня Ферми Flim в облученном высокоэнергетическими частицами CdxHg1-xTe делается вывод о том, что этим обусловлен соответственно n+- или n-тип проводимости такого материала.

Введение Результаты и их обсуждение Несмотря на многочисленные экспериментальные исТвердые растворы CdxHg1-xTe позволяют в широследования, остается не выясненным, почему высококих пределах (от 1 до 1.6 эВ) варьировать ширину энергетическое радиационное воздействие (бомбардизапрещенной зоны за счет изменения состава x при ровка электронами или ионами при различных темперапрактически неизменном параметре решетки. Именно турах) приводит к формированию в CdxHg1-xTe областей это сделало их объектами интенсивных экспериментальэлектронного типа проводимости (n+ — в случае малых ных и теоретических исследований, особенно для целей концентраций Cd и n — в остальных случаях), наприоптоэлектроники.

мер, [1–4]. Эта особенность поведения данного материСогласно современным данным, электрофизические, ала при высокоэнергетическом облучении используется оптические и рекомбинационные характеристики для изменения его электрических свойств, получения CdxHg1-xTe зависят главным образом от присутствия в материала n-типа проводимости, а также для создания решетке структурных дефектов — ростовых дислокаций, p-n-переходов методами ионной бомбардировки.

малоугловых границ, кластеров собственных дефектов Обычно такое поведение CdxHg1-xTe при высокоэнери точечных дефектов (вакансий, антиструктурных гетическом облучении пытаются связать со спецификой дефектов). При этом специально не легированные образования и накопления дефектов в данном материкристаллы имеют, как правило, p-тип проводимости, але, в частности с преимущественным формированием что обычно связывается с акцепторными состояниями собственных дефектов решетки донорного типа. Мы вакансий Hg. Поэтому одна из проблем физики и технопокажем далее, что электронный тип проводимости облогии — умение управлять ансамблем и концентрацией лученных образцов CdxHg1-xTe определяется не хараксобственных дефектов решетки в CdxHg1-xTe. Для этого терным типом вводимых радиационных дефетов в этом используются различные методы: выращивание материматериале, а обусловлен особенностями энергетического ала в условиях управления парциальными давлениями зонного спектра данного материала и его изменениями компонент газовой фазы, гомогенизирующий отжиг при вариации состава твердого раствора.

материала в насыщенных парах Hg, химическое легиИсследования, выполненные нами ранее для полупрорование расплава и т. п., а также внешние высокоэнерводников группы алмаза и бинарных соединений групгетические воздействия (бомбардировка электронами и пы AIIIBV, показали, что электрофизические свойства ионами, лазерное облучение, пластическая деформация, облученных материалов могут быть проанализированы ультразвуковая обработка, гидростатическое сжатие и и описаны в рамках концепции локальной электродр.), что позволяет в определенной степени управлять нейтральности. Эта концепция интенсивно развивалась ансамблем структурных нарушений для получения применительно к исследованиям границ раздела мематериала с заданными свойствами.

талл/полупроводник, гетеропары [5], а в последние годы В настоящей работе на основе теоретических исследо- использовалась при анализе электрофизических свойств ваний анализируются многочисленные эксперименталь- объемных облученных полупроводников [6].

ные данные по влиянию облучения частицами высоких В соответствии с экспериментальными данными выэнергий (электроны и ионы) на электрофизические ха- сокоэнергетическое облучение полупроводника всегда, независимо от условий облучения и предыстории матерактеристики сплавов CdxHg1-xTe.

риала, приводит к закреплению электронного химиче¶ ского потенциала (уровня Ферми) в предельном (стаE-mail: brudnyi@ic.tsu.ru Fax: (3822) 233034 ционарном) состоянии Flim, характерном для каждого 4 820 В.Н. Брудный, С.Н. Гриняев Расчетные и экспериментальные значения некоторых межзонных зазоров для граничных составов сплава CdxHg1-xTe, использованные при оценке Elnl(x) Зонные зазоры, эВ c c v Материал c-v c-v Lc-Lv X6 - v Lc-v X6 -X7 v-v Lv -Lv 6 8 7 8 6 4,5 8 6 8 8 7 4,5 Eg E0 E1 EX EL E2 0 HgTe Расчет -0.29 4.08 2.01 2.47 1.23 4.51 0.94 0.Эксперимент -0.30 [14] 4.10 [13] 2.15 [10] 4.47 [10] 1.08 [12] 0.63 [10] CdTe Расчет 1.58 5.46 3.64 3.41 2.88 5.11 0.89 0.Эксперимент 1.60 [15] 5.20 [13] 3.29 [10] 5.07 [10] 0.90 [11] 0.58 [10] Примечение. Экспериментальные данные взяты из работ, указанных в скобках рядом с числами.

кристалла [6,7], а это в свою очередь определяет элек- электронном спектре кристалла. Детали метода изложетронные свойства облученного материала. Было пока- ны в работе [9], здесь лишь отметим, что по сравнению зано также, что стационарное положение уровня Фер- с [9] были дополнительно учтены нелокальные поправми в облученном полупроводнике совпадает с уровнем ки к псевдопотенциалу, позволившие получить лучшее локальной электронейтральности кристалла Elnl, котосогласие с экспериментальными данным по энергиям рое может быть рассчитано теоретически. Именно это межзонных оптических переходов.

позволяет оценить ожидаемое стационарное положение Вычисленные нами количественные параметры неуровня Ферми Flim Elnl в облученном материале и тем = которых межзонных зазоров для граничных составов самым не только проанализировать экспериментальные твердого раствора CdxHg1-xTe совместно с надежными результаты, но и a priori рассчитать ожидаемые электроэкспериментальными данными подтверждают высокое физические параметры облученного полупроводника.

качество использованных при оценке Elnl(x) зонных спекВ представленной работе теоретически исследована тров материалов (см. таблицу).

композиционная и температурная зависимости положеРасчетная композиционная зависимость значений перния уровня локальной электронейтральности Elnl(x) в вых межзонных переходов в CdxHg1-xTe представлена на сплавах CdxHg1-xTe в зависимости от их состава. Расчет рис. 1. Можно отметить, что концентрационная зависиElnl проведен на основе аналитического выражения [5] мость ширины запрещенной зоны CdxHg1-xTe, изученная exp(ikR) exp(ikR) в [16] на основе методов сильной связи с учетом эф=, фектов химического разупорядочения, выявляет слабую (Eck - Elnl) (Evk - Elnl) ck vk нелинейность Eg CdxHg1-xTe в зависимости от состава которое ранее применялось нами при аналогичных расx, связанную с беспорядком в замещении атомов катиончетах величины Elnl в твердых растворах полупроводной подрешетки, что обусловлено близостью потенциаников группы AIIIBV [8]. Здесь Eck(Evk) —собственлов Cd и Te. Эти исследования хорошо подтверждаются ные значения энергии зон проводимости (валентных), экспериментальными данными по зависимости величины k — волновой вектор, R — радиус-вектор решетки.

зазора c-v от состава сплава при T = 2K [17]. Это 6 Это выражение, полученное как обобщение на трехмерный случай связи уровня Elnl с точкой ветвления комплексной зонной структуры одномерного кристалла, дает хорошее соответствие с экспериментальными данными по значениям Flim Elnl для облученных = полупроводников группы AIIIBV и твердых растворов на их основе. Поскольку оценки величины Elnl в работе [5] для ряда полупроводников были выполнены на основе зонных спектров, полученных с использованием метода присоединенных плоских волн, который дает невысокую точность значений Eck(Evk), представлялось интересным провести расчеты положения Elnl в твердом растворе CdxHg1-xTe на основе метода, дающего более адекватное описание зонного спектра кристалла.

В работе при расчете зонного спектра сплава Рис. 1. Расчетная композиционная зависимость межзонных CdxHg1-xTe использован метод модельного переносимозазоров c-v = Eg, Lc-v = EL, Lc-Lv = E1 и положения 6 8 6 8 6 4,го псевдопотенциала, который является эффективным с уровня локальной электронейтральности Elnl (относительно уровня v) в CdxHg1-xTe (T = 0K).

точки зрения полноты и точности получения данных об Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Закрепление химического потенциала и электрические свойства облученных сплавов СdxHg1-xTe жет зависеть от предыстории материала и условий его облучения, процессы накопления дефектов в кристалле протекают таким образом, чтобы обеспечить эволюцию электронного химического потенциала в направлении Elnl и его закрепление в этом положении при плотности радиационных дефектов (РД), превышающей плотность легирующих примесей или ростовых дефектов. Критические дозы, необходимые для достижения уровнем Ферми своего стационарного положения, определяются исходным уровнем легирования материала.

При этом уравнение электронейтральности для облученного материала, в котором уровень Ферми закреплен вблизи Elnl, может быть записано в виде Рис. 2. Изменение положения уровней c, v, v относитель6 7 nst(x) + N-(x) pst(x) + Ni+(x), = но уровня локальной электронейтральности Elnl при изменении j j i содержания Cd в сплаве CdxHg1-xTe (T = 0K).

где значками nst(x) и pst(x) обозначены зависимости стационарных концентраций свободных электронов и позволяет использовать для расчета межзонных зазоров дырок от состава в облученном материале, N-(x) и j j в СdxHg1-xTe приближение виртуального кристалла.

Ni+(x) — концентрации заряженных акцепторов ( j) Полученные значения расчетных межзонных зазоров i и доноров (i) соответственно. Здесь мы пренебрегли в сплаве хорошо согласуются с экспериментальными данными. Так, величина критической концентрации пе- исходными химическими примесями и ростовыми дефектами в условиях, когда плотность РД в материале рехода к бесщелевому материалу (xc 0.14) близка = выше плотности исходных легирующих примесей или к литературным данным. Композиционные зависимости ростовых дефектов. При этом, как и в облученных полунаименьших по энергии прямых переходов c - v, 6 проводниках группы алмаза и группы соединений AIIIBV, Lc - Lv и непрямого перехода Lc - v получились 6 4,5 6 стабилизация уровня Ферми в CdxHg1-xTe при радиапрактически линейными (рис. 1).

ционном воздействии должна обеспечиваться за счет Вычисление значений Elnl для различных состаодновременного введения РД как донорного, так и аквов твердого раствора проводилось по методу спецепторного типа. Детальные исследования этого вопроса циальных точек (10 точек) [18] с учетом 100 спинпроведены для InAs, в котором в результате облучения орбит. Получены (при T = 0K) расчетные значения уровень Ферми закрепляется в области разрешенных Elnl(HgTe) =Ev + 0.32 эВ и Elnl(CdTe) =Ev + 0.98 эВ, энергий зоны проводимости, так же как и в CdxHg1-xTe при этом композиционная зависимость Elnl(x) почти для составов x < 0.47, а для составов x > 0.47, соотлинейна. Расчетные композиционные зависимости поветствующих закреплению уровня Ферми в запрещенной ложения уровней v, c и y относительно уровня 8 6 зоне, исследованы на примере GaAs [19,20]. Это озналокальной электронейтральности Elnl представлены на чает, что в облученном твердом растворе CdxHg1-xTe рис. 2. Эти зависимости могут быть использованы для именно разностная концентрация заряженных доноров анализа и прогнозирования электронных свойств облуи акцепторов радиационного происхождения определяет ченного CdxHg1-xTe. Действительно, в соответствии с стационарную концентрацию свободных электронов и представленными данными уровень Ферми в облученном задает электронный тип проводимости такого материала.

CdxHg1-xTe закрепляется в зоне проводимости (для x 0.47), что соответствует материалу n+-типа проводимости, и в верхней половине запрещенной зоны для Заключение составов x > 0.47, что соответствует материалу n-типа проводимости. Эти расчеты хорошо подтверждаются Высокоэнергетическое радиационное воздействие примногочисленными экспериментальными исследованиями водит к стабилизации уровня Ферми вблизи уровоблученного CdxHg1-xTe, например, [1–4].

ня локальной электронейтральности твердого раствора Таким образом, результаты численных ошибок по- CdxHg1-xTe, что соответствует его положению в зоне ложения уровня Elnl(x) Flim(x) показывают, что = проводимости для составов x < 0.47 и в верхней электронный тип проводимости образцов CdxHg1-xTe, половине запрещенной зоны для остальных составов, облученных частицами высоких энергий, определяется что и определяет n+- или n-тип проводимости облученне характером введенных дефектов, а особенностями ного материала соответственно. Эффект радиационного электронного спектра данного материала и изменениями воздействия проявляется в компенсации исходной проэтого спектра при вариации состава твердого раствора. водимости материала, при этом электронные свойства При этом, хотя тип вводимых в решетку дефектов мо- облученного CdxHg1-xTe определяются минимальным Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 822 В.Н. Брудный, С.Н. Гриняев энергетическим зазором между Elnl(x) Flim(x) и бли- The pinning of the chemical potential = жайшим зкстремумом в зонном спектре идеального криand electrical properties of irradiated сталла и изменяются при варьировании состава раствора CdxHg1-xTe alloys от материала n+-типа проводимости в случае граничного V.N. Bruknyi, S.N. Grinyaev состава HgTe до высокоомных образцов n-типа проводимости в случае CdTe.

V.D. Kuznetsov Siberian Physical Technical Institute, 634050 Tomsk, Russia Работа выполнена при частичной поддержке гранта Министерства образования РФ ”Фундаментальные ис

Abstract

The composition dependence on the local neutrality следования в области ядерной физики и физики пучков level Elnl in CdxHg1-xTe alloys has been investigated using the nuионизирующих излучений” (№ 97-12-9, 2-2).

merical calculations. It has been revealed that for the composition x < 0.47 the Elnl-energy is within the range of the conduction band Список литературы energies while for x > 0.47 —in the upper half of the forbidden gap. Proceeding from identification of the Elnl-energy with the [1] J. Meingailis, J.L. Ryan, T.C. Herman. Appl. Phys. Lett., 44, Fermi-level limit position (Flim) in a semiconductor irradiated by 2647 (1973).

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.