WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Проводимость, стимулированная осцилляциями температуры в распавшихся твердых растворах сульфида и теллурида кадмия © А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин Санкт-Петербургский технологический институт, 198013 Санкт-Петербург, Россия (Получена 7 октября 1996 г. Принята к печати 28 января 1997 г.) Исследованы релаксационные свойства пленок распавшихся твердых растворов сульфида и теллурида кадмия. Обнаружена проводимость, стимулируемая осцилляциями температуры. Изучены релаксации, вызванные изменением внешнего электрического поля и температуры. Установлено, что для исследованных образцов характерны возрастающие релаксации тока и остаточная проводимость. Результаты интерпретируются на основе модели неоднородного полупроводника.

В [1] собщалось о релаксационных процессах в слоях зависимость от температуры [2–4]. При непрерывном CdSxTe1-x, имющих место при низких температурах. нагреве системы, находившейся ранее в равновесии, ее Данная работа посвящена исследованию особенностей проводимость примет вновь равновесное значение лишь процессов при более высоких температурах — вы- тогда, когда характерное время нагрева t+ сравняется с ше 300 K. Исследовались долговременные реаксацион- характерным временем установления равновесия между ные процессы, инициированные изменением темпера- примесными уровнями и зоной проводимости [4].

туры, освещенности и внешнего напряжения в слоях При более низких температурах влияние примесей как CdSxTe1-x, подвергнутых термоактивированному рас- бы ”выключается”. По достижению равенства t+ и паду. примеси ”включаются” и происходит резкое возрастание Резкое увеличение напряжения вызывало быстрое воз- сквозного тока через систему. Увеличение скорости нарастание тока до некоторого максимума, затем моно- грева уменьшает t+ и поэтому для включения примесей требуется более высокая температура. Отсюда сдвиг тонное убывание до минимума, и вновь возрастание области резкого возрастания тока.

вплоть до стационарного значения. Характерное время Исходя из t+ = и используя [4] возрастания тока (при 400 K порядка минуты) было во много раз больше времени убывания и экспоненциально =0 exp(Er/kT ), зависело от температуры. Закорачивание образца после установления стационарного значения тока вызывало t+ =/|(d0/dT )(dT /dt)|, (1) монотонное уменьшение последнего. Время релаксации ”остаточной проводимости” зависело от температуры.

можно получить приближенное равенство Его можно было значительно уменьшить светом с энергией фотонов > 1.1 эВ. При облучении ток kT1T2 (dT/dt)2TEr ln (2) релаксации резко возрастал.

T2 - T1 (dT/dt)1TНа рис. 1 приведены результаты исследования релаксационных свойств, обусловленных изменениями темпера- ( — чувствительность аппаратуры, 0 — измеряемая туры. Кривые 1, 2, полученные при нагреве с постоянной аппаратурой величина).

скоростью, содержат участки резкого возрастания провоДля определения Er достаточно знать температуры димости. Увеличение скорости сдвигало начало резкого включения примесей Ti для разных скоростей нагрероста в область более высоких температур, ва (dT/dt)i. Из (2) для образца, соответствующего Было выявлено такое нетривиальное явление, как про- рис. 1, получено Er 0.4 эВ. Согласно [3], эта веводимость, стимулированная осцилляциями температу- личина определяет энергию, необходимую для перехода ры (ПСОТ), т. е. осцилляции температуры вызывали су- электронов из высокоомных областей (ВО) неоднородщественное возрастание проводимости образцов. Вели- ной системы в низкоомные области (НО). В случае чина дополнительной проводимости (амплитуда ПСОТ) исследованных образцов, очевидно, ВО — включения зависела от температуры (кривые 3, 4). Выдержка образ- распавшегося твердого раствора с большой шириной ца при постоянной температуре даже в течение значи- квазизапрещенной зоны, а НО — включения с малой тельно большего времени практически не изменяла его шириной. На границах этих областей несомненно имеют проводимости. Рассмотренный эффект носил обратимый место поверхностные состояния (ПС) с энергией s, характер. вносящие вклад в формирование потенциального реУстановление электронного равновесия в неоднород- льефа зон. Следовательно, энергетическую диаграмму ном полупроводнике связано с необходимостью пре- системы можно представить так, как показано на рис. 2.

одоления потенциальных барьеров. Отсюда — большое Внешнее поле, приложенное к такой неоднородной сивремя установления равновесия и экспоненциальная его стеме искажает потенциальный рельеф [1,5]. В НО Проводимость, стимулированная осцилляциями температуры в распавшихся твердых растворах... характерным временем, определяемым опустошением ловушек.

Дополняет справедливость модели выявленное ускорение релаксации остаточной проводимости светом с >1.1 эВ. т. е. при энергиях, близких к экспериментальному Er 0.95 эВ (ионизация уровня ПС s).

Рассмотрим процессы при осцилляциях температуры.

Изменение температуры нарушает равновесие между НО и ВО. Восстановление равновесия требует аномально большого времени. Экстраполяция экспериментальной температурной зависимости характерного времени возрастающих релаксаций показывает, что для исследованных образцов при T = 300 K характерное время будет равно десяткам часов. Большое значение объясняет причину кажущейся стабильности тока при относительно низких температурах. Однако большое время требуется неравновесным носителям для перехода из ВО в НО активационным путем, но возможен и другой путь, более Рис. 1. Температурные зависимости плотности тока ( j) быстрый — за счет перескоков по примесным уровням.

при монотонном нагреве образца с постоянной скоростью Прыжковый механизм релаксаций тем более вероятен, dT /dt = 0.2 (1), 0.07 K/с (2), при осцилляциях температуры что для слоев AIIBVI, синтезированных конденсацией (3), а также амплитуды проводимости ( j/ j), стимулированв вакууме, свойственна высокая плотность состояний в ной осцилляциями температуры (4).

квазизапрещенной зоне [7].

В силу значительной величины потенциального рельефа системы перескоки электронов должны осуществляться как многофононные процессы. Необходимым внешнее поле быстро экранируется, а в ВО — наобоусловием таких перескоков являются тепловые флукрот, усиливается. В результате нарушается равновесие туации, выравнивающие глубины ям, между которыми между электронами зоны проводимости и примесными совершается перескок [8]. Осцилляции температуры уровнями объема i и поверхностными состояниями s.

способствуют флуктуациям. Очевидно, это и приводит к Вблизи границ НО, ориентированных к положительному ускорению релаксаций, которое проявлется в виде ПСОТ.

полюсу, концентрация свободных носителей возрастает и создаются условия для их захвата на s, что способствует возрастанию межкристаллитных барьеров и, следовательно, уменьшению сквозного тока. С другой стороны НО концентрация электронов уменьшается. Возникают условия для ионизации s. Этот процесс будет приводить к понижению межкристаллитных барьеров и возрастанию проводимости. Если энергия ионизации s будет больше амплитуды потенциального рельефа зоны проводимости, то скорость второго процесса будет меньше.

Тогда установление равновесия после резкого включения внешнего напряжения будет характеризоваться током, вначале убывающим, а затем — возрастающим, что соответствует нашему эксперименту. Сказанное позволяет рассматривать энергию, вычисленную из угла наклона температурной зависимости характерного времени возрастания релаксационного тока, как энергию ионизации s 0.95 эВ. Результат согласуется с [6].

Модель подтверждают исследования релаксаций ”остаточной проводимости”. Снятие внешнего поля вновь изменяет потенциальный рельеф, вновь нарушается равновесие между зоной и уровнями. Локализованные Рис. 2. Схематическое избражение зонной диаграммы распавзаряды, образовывавшие под влиянием внешнего поля шегося твердого раствора сульфида и теллурида кадмия без экранирующие квазидиполи, сформируют разность воздействия (a) и при воздействии (b) внешнего электрического поля.

потенциалов на электродах. Отсюда ток релаксации с Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 968 А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин Туннельный механизм ПСОТ согласуется с экспе- [6] В.А. Сментына. Автореф. докт. дис. (Киев, ИПАН УССР, 1988).

риментальной температурной зависимостью амплитуды [7] A.P. Belyaev, V.P. Rubets, I.P. Kalinkin. Thin Sol. Films, 158, ПСОТ (рис. 1, кривая 4). Действительно, регистриру25 (1988).

емую экспериментально проводимость можно условно [8] Н. Мотт, Э. Дэвис. Электронные процессы в некристалразделить на две составляющие: 1) проводимость после лических веществах (М., Мир, 1982).

установления квазиравновесия в зоне (устанавливается [9] Б.А. Бобылев, Э.Г. Косцов. ФТП, 23, 224 (1989).

быстро); 2) дополнительная проводимость, возникаюРедактор Л.В. Шаронова щая после установления равновесия между зоной проводимости и уровнями (устанавливается медленно). В силу нелинейной зависимости положения уровня Ферми The conductivity stimulated by от температуры вклад дополнительной проводимости с temperature oscillations in decomposed температурой возрастает. Следовательно, должна возраsolid solutions of cadmium sulfide and стать и амплитуда ПСОТ. Однако наряду с увеличеtelluride нием вклада дополнительной проводимости происходит экспоненциальное уменьшение времени, необходимого A.P. Belyaev, V.P. Rubets, I.P. Kalinkin для ее установления. Значит, проводимость, регистриSt.Petersburg Institute of Technology, руемая экспериментально, уже при первой осцилляции 198013 St.Petersburg, Russia будет содержать возрастающую с температурой часть дополнительной проводимости. Соответственно, это спо

Abstract

Relaxation properties of the films of decomposed собствует уменьшению амплитуды ПСОТ. Конкуренция cadmium sulfide and telluride solid solutions are studied. The процессов и формирует максимум на температурной conductivity stimulated by temperature oscillations is detected. The кривой амплитуды ПСОТ.

relaxations induced by variations in external electric field and В заключение — два замечания. Первое касается tempetature are studied. It is established that for the studied процессов возрастания тока релаксации. Предложенная samples are typical increase of the relaxation current and residual модель близка к модели, полученной в результате чиconductivity. The results are considered in the framework of the сленного анализа переходных токов в полупроводнике inhomogeneous semiconductor model.

с барьерными контактами [9]. Отличие имеется лишь в механизме понижения барьеров. В [9] предполагается только полевое воздействие на барьеры, усиленное перераспределением зарядов, ПС не учитываются. В рассмотренной модели за полевым воздействием следует изменение барьеров за счет изменения заряда на ПС.

Нам представляется, то механизм [9] в исследованных системах мог присутствовать на каждой обратно смещенной гетерогранице, но поскольку в поликристаллах, несомненно, присутствуют ПС, то полевое воздействие на барьеры, как правило, должно вызывать описанный выше механизм.

Второе замечание касается экспериментального наблюдения ПСОТ. Для эксперментального наблюдения, как показано выше, необходимы образцы не только со своеобразным потенциальным рельефом, но и с высокой плотностью состояний в квазизапрещенной зоне.

Очевидно, это является причиной редкого наблюдения описанного явления.

Работа выполнена при поддержке Всероссийского фонда фундаментальных исследований (№ 96-02-19138).

Список литературы [1] А.П. Беляев, В.П. Рубец, И.П. Калинкин. ФТП, 31, (1997).

[2] А.Я. Шик. ЖЭТФ, 71, 1159 (1976).

[3] А.Я. Шик, А.Я. Вуль. ФТП, 8, 1675 (1974).

[4] А.Я. Вуль, Ш.И. Набиев, А.Я. Шик. ФТП, 11, 506 (1977).

[5] Б.И. Шкловский. ФТП, 13, 93 (1979).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.