WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 9 Исследование особенностей гальваномагнитных явлений в слоях n-CdxHg1-xTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии ¶ ¶¶ ¶¶¶ © В.С. Варавин, А.Ф. Кравченко, Ю.Г. Сидоров Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 14 февраля 2001 г. Принята к печати 15 февраля 2001 г.) Измерены магнитополевые зависимости коэффициента Холла и проводимости в эпитаксиальных структурах CdxHg1-xTe n-типа проводимости при температуре 77 K. Структуры выращивались методом молекулярнолучевой эпитаксии с заданным распределением состава твердого раствора по толщине. Особенностью полученных зависимостей являются уменьшение проводимости и абсолютной величины коэффициента Холла с ростом магнитного поля. Экспериментальные зависимости можно описать только с привлечением электронов с низкой подвижностью. Показано, что анодный оксид, нанесенный на поверхность пленки CdxHg1-xTe, увеличивает концентрацию электронов с низкой подвижностью, а анодный фторид — уменьшает.

Обсуждаются возможные причины, приводящие к появлению медленных электронов. Наиболее вероятными источниками с низкой подвижностью могут являться приповерхностные слои и электрические микронеоднородности пленок CdxHg1-xTe.

Введение к появлению электронов с низкой подвижностью, в конкретном материале не всегда ясны.

Твердый раствор CdxHg1-xTe (КРТ) широко ис- Наиболее часто называемая причина полевой зависипользуется при создании эффективных инфракрас- мости коэффициента Холла и проводимости в КРТ — это компенсация материала дырками. Однако во многих слуных (ИК) фотоприемников на спектральные диапазоны 3-5 и 8-14 мкм. Успешное применение этого узкозон- чаях компенсация дырками отсутствует и, в частности, ного материала в качестве чувствительного ИК элемен- измерения спектра подвижности приводят к заключению та требует точного определения электрических параме- о присутствии малоподвижных электронов [5].

Цель данной работы состоит в изучении влияния тров носителей заряда. Обычно параметры вычисляют различных обработок и методов приготовления границ из зависимостей коэффициента Холла и электрической слоев n-типа проводимости в структурах КРТ, вырапроводимости от магнитного поля и температуры. Одщенных методом МЛЭ, на гальваномагнитные явления, нако эти вычисления связаны с большими трудностями, используемые для оценки типов и электрофизических обусловленными как сложной структурой энергетическопараметров носителей заряда.

го спектра электронов, так и особенностями формирования электрически активных центров в объеме слоев и на их границах — несколько типов носителей заряда, Методика получения слоев возможное образование двумерных слоев на границах, и техника эксперимента микроскопические неоднородности, большое отношение подвижностей электронов и дырок, большая непараСлои КРТ, использованные в данной работе, выболичность зоны проводимости и др. [1]. Наиболее ращивали методом МЛЭ [6] на подложках из GaAs.

принципиальным является вопрос о числе различных Модуль выращивания КРТ многомодульной установки типов свободных носителей заряда, без знания которого МЛЭ оснащен системой кольцевых источников, обеспеневозможно установить параметры электронного перечивающих высокую однородность состава на подложках носа и, следовательно, оценить качество выращенного диаметром до 76 мм без вращения подложки, и встроматериала. В материале n-типа проводимости проблема енным быстродействующим автоматическим эллипсомеоднозначной и корректной характеристики осложняется тром для измерения скорости роста и непрерывного конприсутствием электронов с низкой подвижностью (”тятроля состава слоев КРТ в процессе выращивания. Такой желых” электронов), приводящих к сильной зависимости контроль позволяет выращивать структуры с заданным коэффициента Холла и проводимости от магнитного распределением состава по толщине [7]. Толщина слоев поля. Тяжелые электроны наблюдаются в объемных криКРТ составляла 7-10 мкм.

сталлах КРТ [2], в пленках КРТ, выращенных методами Концентрация и подвижность носителей в слоях КРТ жидкофазовой эпитаксии (ЖФЭ) [3] и молекулярноизмерялись методом Ван-дер-Пау. Для измерений из лучевой эпитаксии (МЛЭ) [4]. Причины, приводящие пластин гетероэпитаксиальных структур КРТ диаметром 50.8 мм вырезались образцы размером 1 1см2. Ис¶ E-mail: varavin@isp.nsc.ru пользовались прижимные позолоченные контакты. Кон¶¶ E-mail: krav@thermo.isp.nsc.ru ¶¶¶ трольные измерения на классических холловских струкE-mail: sidorov@isp.nsc.ru Fax: 8(3832) 332771 турах с шириной полоски 100 мкм, изготовленных с приИсследование особенностей гальваномагнитных явлений в слоях n-CdxHg1-xTe... менением фотолитографии, дают аналогичные резуль- КРТ в дырочный тип. В отожженных слоях КРТ p-типа таты. Образцы при измерениях погружались в жидкий проводимости зависимость коэффициента Холла RH от азот в специальном держателе с экраном, исключающим магнитного поля B отсутствует (рис. 1). Отсутствие фоновую засветку. Диапазон тока через образец состав- зависимости от магнитного поля свидетельствует о налял 0.1-0.3 мА, при этом не наблюдалось зависимости личии только одного типа носителей, и КРТ p-типа результатов измерений от величины тока. с одним типом носителей [9,10] может быть приготовлен с большой степенью вероятности. КРТ n-типа проводимости тоже может быть приготовлен с одним Экспериментальные результаты типом носителей [11], однако в большинстве случаев и обсуждение в материале n-типа наблюдается полевая зависимость коэффициента Холла RH и проводимости (рис. 2).

Непосредственно после выращивания слои КРТ с Точками на рис. 2 показаны результаты холловских содержанием теллурида кадмия x = 0.2-0.4 имеют измерений, а линиями — результаты расчета для двух тиэлектронный тип проводимости [8]. Отжиг структур при пов носителей: подвижных электронов с концентрацией температурах 200-300C переводит проводимость слоев n1 = 4·1014 см-3 и подвижностью µ1 = 86 000 см2/В · с и электронов с концентрацией n2 = 5 · 1015 см-3 и низкой подвижностью µ2 = 600 см2/В · с.

Обработка результатов холловских измерений при наличии полевой зависимости проводилась по модели, учитывающей два типа носителей. Использовались следующие выражения для коэффициента Холла RH и проводимости [12]:

2 2 2 RH11 (1 + 2 B2R2 ) +RH2 2 (1 + 1 B2R2 ) H2 HRH =, (1) 2 (1 + 2)2 + 1 2 B2(RH1 + RH2)2 (1 + 2)2 + 1 2 B2(RH1 + RH2) =. (2) (1 + 2) +B212(1R2 + 2R2 ) H1 HВ выражениях (1) и (2) RH1, RH2, 1, 2 — коэффициРис. 1. Полевые зависимости коэффициента Холла для пленки енты Холла и проводимости, обусловленные первым и КРТ с x = 0.22 p-типа проводимости, выращенной методом вторым типом носителей соответственно, B — индукция МЛЭ. 1 — результаты измерений; 2 — результаты расчета магнитного поля.

для концентрации дырок p = 1 · 1016 см-3 и подвижности Следует отметить, что точность определения параµp = 585 см2/В · с.

метров носителей с низкой подвижностью очень мала.

Например, смена типа носителя с электронов на дырки практически не влияет на результаты подгонки расчетных полевых зависимостей к экспериментальным. Для повышения точности необходимо проводить измерения полевой зависимости в широком интервале значений индукции магнитного поля.

Дырочная проводимость в КРТ обусловлена вакансиями в подрешетке металла [13]. Концентрация доноров в слоях КРТ, выращенных методом МЛЭ, должна быть минимальна вследствие низкой температуры выращивания, и действительно, этот метод позволяет приготавливать слои КРТ с низкой концентрацией электронов проводимости (на уровне 1014 см-3) и высокой подвижностью.

Из расчетов равновесных концентраций донорных центров, вводимых как собственными точечными дефектами, так и наиболее вероятными примесями, следует, что Рис. 2. Полевые зависимости коэффициента Холла и провов условиях МЛЭ равновесные концентрации донорных димости для пленки КРТ с x = 0.22 n-типа проводимости, центров не превышают уровень 107-1010 см-3. Как выращенной методом МЛЭ. 1–1 — результаты измерений показано в работе [14], наиболее вероятным донорным коэффициента Холла; 2–1 — результаты измерений провоцентром в слоях КРТ, выращенных методом МЛЭ, являдимости; 1–2 и 2–2 — результаты расчета коэффициента ется антиструктурный теллур, концентрация которого Холла и проводимости соответственно для n1 = 4 · 1014 см-3, n2 = 5 · 1015 см-3, µ1 = 86 000 см2/В · с, µ2 = 600 см2/В · с. определяется отклонением условий кристаллизации КРТ Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1038 В.С. Варавин, А.Ф. Кравченко, Ю.Г. Сидоров ностью от 5 · 1015 до 3 · 1016 см-3 при неизменных характеристиках электронов с высокой подвижностью.

Нанесение анодного фторида (методика из работы [15]) также влияет на полевые зависимости (рис. 4).

Пленка анодного фторида понижает скорость поверхностной рекомбинации и влияет на изгиб зон на поверхности [16]. Образец для нанесения анодного фторида был вырезан из той же пластины гетероэпитаксиальной структуры КРТ, из которой был вырезан образец для нанесения анодного оксида. Обработка результатов измерений полевых зависимостей проводимости и коэффициента Холла по модели с двумя типами электронов показывает, что анодный фторид оказывает обратное воздействие по сравнению с анодным оксидом — конРис. 3. Полевые зависимости коэффициента Холла и проводицентрация электронов с низкой подвижностью снижается мости для пленки КРТ с x = 0.22 n-типа проводимости до (1–2, от 5·1015 до 1·1015 см-3, а подвижность увеличивается от 1–1) и после (2–1, 2–2) нанесения анодного оксида.

значения < 1000 см2/В · с, до значения > 4000 см2/В · с.

Использованный метод МЛЭ выращивания структур позволяет полностью изолировать n-слой от поверхносот равновесия. Расчеты концентрации антиструктурного теллура в условиях МЛЭ КРТ с учетом отклонения от равновесия предсказывают повышение концентрации до значений 1014-1015 см-3. Высокие концентрации электронов с низкой подвижностью не могут быть связаны с легированием объема пленки КРТ и скорее всего связаны с поверхностью. Следует отметить, что электроны с низкой подвижностью, наблюдавшиеся в объемных кристаллах КРТ [2], имели меньшую концентрацию, и если они связаны с поверхностью, то это вполне естественно, так как в данной работе изучались достаточно тонкие пленки (толщина 7-10 мкм) с низкой концентрацией носителей и поэтому относительный вклад носителей поверхностного слоя велик.

Если тяжелые электроны существуют в приповерхностном слое, то изменения состава поверхностного Рис. 4. Полевые зависимости коэффициента Холла и проводислоя КРТ должны привести к изменению подвижности мости для пленки КРТ с x = 0.22 n-типа проводимости до (1–2, этих электронов. Например, при повышении содержа1–1) и после (2–1, 2–2) нанесения анодного фторида.

ния CdTe в поверхностном слое подвижность тяжелых электронов должна падать.

Были выращены структуры с варизонными слоями на поверхности, причем содержание CdTe на поверхности изменялось от x = 0.4 до x = 0.95. Однако влияния состава поверхностного слоя на подвижность тяжелых электронов обнаружить не удалось. При стравливании варизонного слоя, рост которого закончился к поверхности практически чистым CdTe, не произошло заметного изменения полевой зависимости коэффициента Холла и проводимости.

В то же время различные обработки поверхности влияют на параметры малоподвижных электронов. Так, при нанесении анодного оксида наблюдаются характерные изменения полевых зависимостей проводимости и коэффициента Холла, показанные на рис. 3. ОбработРис. 5. Распределение состава по толщине структуры на ка результатов измерений показывает, что происходит основе КРТ с узкозонной прослойкой, измеренное эллипсометувеличение концентрации электронов с низкой подвиж- рическим методом в процессе выращивания.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Исследование особенностей гальваномагнитных явлений в слоях n-CdxHg1-xTe... Были проведены измерения полевой зависимости проводимости узких длинных образцов, вырезанных из пластин гетероэпитаксиальных структур КРТ, когда направление тока совпадало с направлением магнитного поля.

Поскольку в этом случае сила Лоренца равна нулю, в однородном и изотропном образце полевая зависимость проводимости должна отсутствовать. Из эксперимента следует, что при изменении магнитной индукции от 0.до 1 Тл происходит изменение проводимости, различное в разных образцах и доходящее до 30%. Это свидетельствует о наличии в измеренных образцах электрических неоднородностей.

Возможная причина влияния поверхности — существование поверхностного заряда, величина которого зависит от обработки поверхности. Согласно теории локальной электронейтральности, инородное включение Рис. 6. Полевые зависимости коэффициента Холла (1) в КРТ, например теллура или кадмия, или поверхностное и проводимости (2) структуры КРТ p-типа проводимости с загрязнение сдвигают уровень Ферми в КРТ на границе узкозонной прослойкой n-типа проводимости.

с включением к уровню электронейтральности. Для КРТ, особенно с небольшим содержанием CdTe, уровень Ферми лежит высоко в зоне проводимости [18], и это ознати. Проводимость слоев КРТ с составами, соответ- чает увеличение концентрации электронов вблизи включения. Этот же результат получится, если рассматривать ствующими x > 0.19, легко переводится в проводизонную структуру материала включения и КРТ — уровни мость p-типа в результате отжигов при температуре Ферми теллура, кадмия, ртути лежат существенно выше 200-220C. В то же время при более низком содержании уровня локальной электронейтральности КРТ и сшивка теллурида кадмия слои сохраняют n-тип проводимости их с зонной структурой КРТ приведет к повышению при таком отжиге. Поэтому, поскольку приповерхностуровня Ферми в КРТ на границе с включением.

ные электроны отсутствуют в слоях p-типа проводиПрисутствие малоподвижных электронов может быть мости, можно приготовить структуру КРТ, в которой обусловлено по крайней мере четырьмя причинами:

слой с x < 0.19 будет заключен между слоями с — дополнительными долинами в зоне проводимости;

большим содержанием CdTe, и отжечь ее, сохранив — слоями обогащения вблизи поверхности, что вполэлектронный тип проводимости в слое с малым соне допустимо, если учесть большую работу выхода элекдержанием CdTe. Такая структура была выращена.

тронов из КРТ и расположение локального уровня элекНа рис. 5 представлено распределение состава по толтронейтральности выше дна зоны проводимости [18];

щине d, измеренное эллипсометрическим методом в — модуляцией дна зоны проводимости, обусловленпроцессе выращивания структуры. До отжига структура ной случайным распределением электрически заряженимела n-тип проводимости с полевыми зависимостями ных центров, приводящих к хвостам плотности состояпроводимости и коэффициента Холла, подобными приний;

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.