WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Преобразование центров красной и инфракрасной люминесценции при электронном облучении и отжиге монокристаллов CdS и CdS : Cu © Г.Е. Давидюк, Н.С. Богданюк, А.П. Шаварова, А.А. Федонюк Волынский государственный университет им.Л.Украинки, 263009 Луцк, Украина (Получена 3 июня 1996 г. Принята к печати 10 сентября 1996 г.) Исследованы центры свечения и их преобразование при электронном облучении и отжиге в специально не легированных и легированных медью монокристаллах CdS. Атомы Cu, взаимодействуя в основном с дефектами в кадмиевой подрешетке, образуют центры CuCd, ответственные за люминесценцию при длинах волн m = 0.98 1.00 мкм. При температурах отжига, больших 50 C, вследствие увеличения подвижности точечных дефектов как в кадмиевой, так и в серной подрешетках CdS : Cu происходит преобразование комплексов дефектов, ответственных за полосы зеленой (m = 0.514 мкм), красной (m = 0.72 мкм) и инфракрасной (m = 0.98 мкм) люминесценции.

В состав многих промышленных кристаллофосфоров удельным сопротивлением = 1010 1011 Ом·см) моновходят соединения группы AIIBVI, легированные сере- кристаллов CdS практически не изменяет интенсивности бром и медью. Большинство центров свечения в этих ма- полос с максимумами на длинах волн m = 1.03 мкм териалах обусловлены дефектно-примесными комплек- (кривая 5) и m = 0.72 мкм (кривая 4), что свидетельсами, природа которых до конца не установлена. В ре- ствует о малой скорости введения свободных вакансий шении проблемы определения механизмов образования и кадмия (VCd), ответственных за полосу m = 1.03 мкм [6] природы оптически активных центров в бинарных соеди- и полосу m = 0.72 мкм, связанную с комплексом - + нениях перспективными являются методы радиационной (VCd - VS ) [5,7,8]. При этом мы не наблюдаем заметфизики, которые позволяют варьировать концентрацию ного увеличения оптического гашения фотопроводимособственных дефектов в изучаемых объектах при срав- сти (ОГФ) вследствие малого изменения концентрации нительно низких температурах. В работе исследовались ”медленных” центров рекомбинации, за которые также центры свечения и их преобразование при электронном ответственны VCd.

облучении и отжиге в специально не легированных и Облучение монокристаллов CdS : Cu ведет к соверлегированных медью монокристаллах сульфида кадмия, шенно иным результатам (рис. 1, кривые 1–3). С которые по многим параметрам считаются модельными увеличением дозы облучения происходит увеличение соединениями в группе халькогенидных широкозонных интенсивности полосы люминесценции m = 0.98 мкм полупроводников AIIBVI. Во избежание заметного вли(рис. 1, кривая 1), сопровождаемое увеличением ОГФ яния неконтролируемых примесей на процессы дефектообразования при облучении использовались образцы со сравнительно высоким уровнем легирования (концентрация меди NCu 1018 см-3) и большие дозы облучения ( > 1017 см-2), так что концентрация меди и радиационных дефектов превышала фоновый уровень концентрации неконтролируемых примесей. Для упрощения анализа взаимодействия атомов меди с радиационными дефектами облучение исследуемых образцов осуществлялось электронами с энергией E 1 МэВ, при котором, как известно [1], доминирующими первичными радиационными повреждениями являются наиболее простые точечные дефекты — пары Френкеля, образующиеся приблизительно в равных концентрациях в обеих подрешетках CdS [2]. При облучении образцы охлаждались парами жидкого азота и их температура не поднималась выше 10 15 C. Условия синтеза исследуемого материала и техника облучения описаны в [3–5].

Рис. 1. Зависимость относительных интенсивностей I/IНа рис. 1 приведены дозовые зависимости интенсивнополос люминесценции CdS : Cu (1–3) и CdS (4, 5) от дозы стей (I) известных для монокристаллов сульфида кадмия облучения электронами с энергией E = 1.2 МэВ. m, мкм:

красной и инфракрасной полос люминесценции.

1 — 0.98, 2, 4 — 0.72, 3 — 0.808, 5 — 1.03. I, I0 — Электронное облучение нелегированных, выращенных интенсивности люминесценции облученного и необлученного из специально очищенного порошка, высокоомных (с образцов соответственно.

1014 Г.Е. Давидюк, Н.С. Богданюк, А.П. Шаварова, А.А. Федонюк Рис. 2. Спектры люминесценции монокристаллов CdS : Cu: 1 — необлученный: 2 — облученный электронами с E = 1.2 МэВ и =2 · 1017 см-2; (3–5) — после облучения и отжига при температурах Ta = 60 (3), 100 (4) и 150 (5) C. Длительность отжига облученных образцов при каждой температуре составляла = 10 мин. Температура измерения T = 77 K.

(в областях 0.95 1 и 1.4 1.6 мкм) и сопротивле- больших дозах электронов, по-видимому, обусловлено ния облучаемого образца (почти на 5 порядков после несколькими причинами. При электронном облучении облучения дозой 2 · 1017 см-2). Это подтверждает вместе с излучательными вводятся также безызлучательсделанное нами предположение [9] о взаимодействии ные ”быстрые” центры рекомбинации, которые, накапри облучении межузельных подвижных атомов меди пливаясь, перераспределяют на себя значительную долю (Cui), являющихся донорами, с радиационно введенными рекомбинационного потока неравновесных носителей [3].

VCd, при котором образуются акцепторные центры CuCd Роль таких центров могут, например, играть преципи(медь в катионном узле решетки CdS), являющиеся от- таты межузельных атомов, образование которых при ветственными за полосу люминесценции m = 0.98 мкм больших интенсивностях электронного облучения непои ОГФ. Такой механизм взаимодействия атомов Cu с средственно наблюдалось с помощью электронного мирадиационными дефектами в кадмиевой подрешетке объ- кроскопа [11]. Кроме того, с увеличением концентрации ясняет большую скорость введения центров CuCd в моно- радиационных дефектов увеличивается экранирующее кристаллах CdS : Cu по сравнению с чистыми образцами, действие одних дефектов полями других, что соответв которых свободные VCd интенсивно аннигилируют с ственно ведет к изменению сечений захвата носителей межузельными атомами кадмия (Cdi). Следует отметить, центрами рекомбинации и, возможно, к увеличению что в спектре возбуждения люминесценции электронно- роли безызлучательных переходов или оже-процессов, облученного образца CdS : Cu ( 2 · 1017 см-2) про- понижающих квантовый выход и фоточувствительность исходит увеличение (в 2 раза) интенсивности примес- сильно облученных образцов. Концентрационное гашеной полосы на 0.498 мкм (T = 77 K) по сравнению ние люминесценции во многих кристаллофосфорах — с полосой 0.68 0.70 мкм, наблюдаемой до облуче- хорошо известный в литературе факт [12].

ния. Это свидетельствует об образовании комплексов Как было показано в ряде работ (см., например, [13]), мелких доноров (по-видимому, Cdi) с CuCd-центрами, VCd и VS в CdS неподвижны при комнатной темпет. е. донорно-акцепторных пар, ответственных за полосу ратуре, хотя во время облучения вследствие сильнолюминесценции m = 0.98 мкм. Образование подобных го возбуждения решетки они могут обладать заметной комплексов при фотохимических реакциях в монокри- подвижностью. Этим, по-видимому, объясняется обрасталлах CdS : Cu наблюдалось в работе [10]. зование в CdS : Cu при электронном облучении ком+ Преобразование центров красной люминесценции при плексов Cu- VS, ответственных за люминесценцию при Cd электронном облучении легированных Cu монокристал- m = 0.72 мкм [5] (рис. 1, кривая 2).

лов CdS (рис. 1, кривые 2 и 3) описано в работе [5] и Скорости введения центров зеленой люминесценции хорошо согласуется с рассмотренным выше механизмом (m = 0.514 мкм), за которые ответственны межузельвзаимодействия атомов Cu с собственными дефектами ные атомы серы (Si), в нелегированных и легированрешетки в этих соединениях. ных образцах практически одинаковы [3]. Сравнение Уменьшение интенсивности всех полос люминесцен- результатов изохронного отжига этих центров в CdS : Cu ции и фоточувствительности облучаемого образца при (рис. 2, 3) с результатами отжига в нелегированных Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Преобразование центров красной и инфракрасной люминесценции при электронном облучении... лов CdS, легированных редкоземельным ионами Yb3+ и Tm3+ [13]. Появление новых линий и изменение относительных интенсивностей линий, известных для CdS, при Ta = 47 107 C, интерпретируется как следствие миграции дефектов, возникающих при смещении атомов серы, и связывания их с редкоземельными ионами.

При Ta > 40 C вследствие распада связанных пар Френкеля в серной подрешетке возникают свободные Si и VS. Дефекты Si ответственны за увеличение интенсивности зеленой полосы люминесценции; VS и CuCd, взаи+ + модействуя между собой по типу (Cu- +VS Cu- VS ), Cd Cd образуют центры, ответственные за полосу люминесценции m = 0.72 мкм, интенсивность которой увеличива ется при отжиге до 100 C. Уменьшение концентрации CuCd ведет к уменьшению интенсивности излучения m = 0.98 мкм (рис. 2, кривые 2–4 и рис. 3, кривые 1–3).

Рис. 3. Зависимость интенсивностей (I) полос люминесценции При температурах, больших 100 C, вследствие увемонокристаллов CdS : Cu (1–4) и CdS (5, 6), облученных элек- личения подвижности Si и ухода их на различные тронами (E = 1.2 МэВ, = 2 · 1017 см-2) от температуры стоки, которыми могут быть VS, скопления дефек+ изохронного отжига. Длительность отжига = 10 мин.

тов, дислокации и, по-видимому, Cu- VS -центры, проCd Температура измерения T = 77 K. m, мкм: 1 — 0.51; 2 — исходит уменьшение интенсивности зеленой люминес0.98; 3, 5 — 0.72; 4 — 0.605, 6 — 1.03.

ценции (рис. 2 и 3). ”Аннигиляция” атомов серы с вакансиями на центрах красной люминесценции + Cu- VS + S- CuCd ведет к уменьшению интенсивCd i ности излучения с m = 0.72 мкм и к увеличению кристаллах (рис. 2 в работе [4]) свидетельствует об интенсивности люминесценции с m = 0.98 мкм (рис. 2, одинаковой схеме их протекания. Все эти факты, покривая 5 и рис. 3, кривые 1–3).

видимому, объясняются, если считать, что атомы Cu в Таким образом, при электронном облучении моноосновном взаимодействуют с собственными дефектами в кристаллов CdS : Cu атомы Cu в основном взаимодейкадмиевой подрешетке монокристаллов CdS. По-другому ствуют с дефектами в кадмиевой подрешетке, обрапротекает отжиг центров красной и инфракрасной люмизуя центры CuCd, ответственные за люминесценцию несценции в нелегированных и легированных образцах.

m = 0.981.00 мкм. При температурах, больших 50 C, Изохронный отжиг облученных нелегированных кривследствие увеличения подвижности точечных дефектов сталлов до температуры Ta = 150 C практически не изкак в кадмиевой, так и в серной подрешетках CdS : Cu меняет интенсивности полос люминесценции m = 1.происходит преобразование комплексов дефектов, ответи 0.72 мкм (рис. 3, кривые 5 и 6). Аналогичный отжиг ственных за полосы зеленой (m = 0.514 мкм), красной облученных CdS : Cu ведет к значительному изменению (m = 0.72 мкм) и инфракрасной (m = 0.98 мкм) интенсивностей инфракрасной (m = 0.98 мкм) и краслюминесценции.

ной (m = 0.72 мкм) полос люминесценции (рис. 2, 3).

До температур Ta = 80 100 C происходит увеличение интенсивности полосы зеленой люминесценции, со- Список литературы провождаемое синхронным увеличением интенсивности [1] В.В. Емцев, Т.В. Машовец. Примеси и точечные дефекполосы m = 0.72 мкм и уменьшением интенсивности ты в полупроводниках (М., Радио и связь, 1981).

полосы m = 0.98 мкм (рис. 2, кривые 1–4 и рис. 3, [2] R.O. Chester. J. Appl. Phys., 38, 1745 (1967).

кривые 1–3).

[3] Г.Е. Давидюк, Н.С. Богданюк, А.П. Шаварова. ФТП, 28, Увеличение интенсивности зеленой полосы люминес2056 (1994).

ценции можно объяснить распадом ассоциированных [4] Н.С. Богданюк, Г.Е. Давидюк, А.П. Шаварова. ФТП, 29, (связанных) пар Френкеля в серной подрешетке, ко- (1995).

[5] Н.С. Богданюк, Г.Е. Давидюк, А.П. Шаварова. ФТП, 29, торые вместе с разделенными парами образуются при (1995).

электронном облучении монокристаллов CdS и CdS : Cu.

[6] B.A. Kulp. Phys. Rev., 125, 1865 (1965).

Связанные пары Френкеля вследствие взаимного экрани+ [7] И.Б. Ермолович, Г.И. Матвиевская, Г.С. Пекарь, рования полей VS и S-, по-видимому, не проявляются в i М.К. Шейнкман. Укр. физ. журн., 18, 733 (1973).

излучении, а скорее играют роль ”быстрых” безызлуча[8] J.E. Ralph. Phys. St. Sol. (a), 53, 611 (1979).

тельных центров рекомбинации, о чем свидетельствует [9] А.П. Галушка, Г.Е. Давидюк, В.Т. Мак, В.И. Куц, Н.С. Боувеличение фоточувствительности при отжиге облученгданюк. ФПТ, 9, 2174 (1975).

ных образцов. Наши выводы подтверждаются резуль- [10] С.С. Остапенко, М.К. Шейнкман, Ю.Н. Эмиров. ФТП, 15, татами по исследованию люминесценции монокристал- 1747 (1981).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1016 Г.Е. Давидюк, Н.С. Богданюк, А.П. Шаварова, А.А. Федонюк [11] T. Yoshiie, H. Jwanaga, N. Shibata, M. Ichihara, K. Suzuki, S. Takekchi. Def. Rad. Effects. Semicond. [Proc. 11 Int. Conf.

(Bristol–London, 1981) p. 443].

[12] А.М. Гурвич. Введение в физическую химию кристаллофосфоров (М., Высш. шк., 1982).

[13] Дж. Уоткинс. Всб.: Точечные дефекты в твердых телах (М., Мир, 1979) с. 221.




© 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.