WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 9 Механизм высокой радиационной стойкости электрических параметров тонких пленок SmS © Л.Н. Васильев, В.В. Каминский¶, С.М. Соловьев, Н.В. Шаренкова Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 25 февраля 2000 г. Принята к печати 28 февраля 2000 г.) Исследовано влияние -облучения на электрические свойства тонких поликристаллических пленок моносульфида самария с различными параметрами кристаллической решетки. Стабильность удельного сопротивления пленок при экспозиционных дозах облучения в интервале D = 108-109 Р объясняется существованием канала релаксации радиационных возбуждений, связанного с наличием разновалентных ионов самария (Sm2+, Sm3+).

В результате проведенного нами в [1] исследова- известно [3], тонкие поликристаллические пленки SmS с ниях влияния -облучения на электрические свойства различными a характеризуются различной концентрацитонких поликристаллических полупроводниковых пле- ей ионов Sm3+ в объеме пленки, в то время как большая нок моносульфида самария была обнаружена высокая часть ионов самария находится в состоянии Sm2+. Таким радиационная стабильность их удельного сопротивле- образом, радиационную стойкость электрических парания (), температурного ( = ln /T ) и барического метров пленок SmS можно связать с наличием разнова( = ln /P) коэффициентов сопротивления. В [1] лентных ионов самария.

было замечено, что величина параметра кристалличе- Известен способ повышения радиационной стойкости ской решетки (a) поликристаллических пленок SmS оптических свойств стекол, основанный на легировании влияет на стабильность по отношению к воздействию их редкоземельными ионами церия, которые могут на-излучения. В связи с этим для выявления механизма ходиться в разновалентных состояниях Ce3+ и Ce4+ [4].

радиационной стойкости электрических параметров пле- Механизм его заключается в том, что при поглощении нок SmS логичным представляется проведение исследо- -кванта ион Ce3+ переходит в состояние Ce4+, а освования зависимости стабильности параметров пленок, в бодившийся при этом электрон поглощается ближайшим частности электросопротивления, от параметра решет- ионом Ce4+, который переходит в трехвалентное состояки a. Этому вопросу и посвящена настоящая работа. ние. При этом уменьшается количество центров окраски, Поликристаллические пленки SmS толщиной возникающих в результате радиационного воздействия 0.15 мкм напылялись на стеклянные подложки на стекло. В данном случае изменение валентности ионов церия играет роль канала релаксации энергии по методике [2] и имели холловскую концентрацию радиационных возбуждений. Аналогичным образом моэлектронов 1021 см-3 и удельное сопротивление жет быть объяснена высокая радиационная стойкость 0 103 Ом/. Образцы с различными параметрами электрических параметров тонких поликристаллических решетки облучались -квантами источника Co с энергией 1.25 МэВ и мощностью 7 · 105 Р/ч в интервале доз D = 106-2.5 · 109 Р. Измерение проводилось при температуре T 300 K до и после облучения.

Для облучения образцы помещались в откачанную до остаточного давления 10-4 мм рт.ст. и запаянную стеклянную ампулу. Ампула помещалась в рабочую зону установки для -облучения типа ”Исследователь”.

После набора определенных экспозиционных доз ампула извлекалась из установки и вскрывалась, после чего параметры измерялись заново.

На рис. 1 показано влияние -облучения на величину электросопротивления пленок SmS с различными значениями параметра кристаллической решетки. Из рис. 1 следует, что электросопротивление образцов с большими значениями постоянной решетки менее чув- Рис. 1. Зависимость электросопротивления пленок SmS с различными параметрами кристаллической решетки от велиствительно к -облучению. Кроме того, после облучения чины экспозиционной дозы -облучения (1.25 МэВ, 7 · 105 Р/ч).

образцов дозами 108 Р наблюдается относительная a, : 1 — 5.855, 2 — 5.883, 3 — 5.941, 4, 5 — 5.944. На стабилизация при их дальнейшем облучении. Как вставке — зависимость изменения сопротивления пленок при ¶ облучении дозами D 108 Р от исходной концентрации иоFax: (812) E-mail: Vladimir. Kaminski@shuvpop.ioffe.rssi.ru нов Sm3+ в образце, определенной по величине a согласно [3].

Механизм высокой радиационной стойкости электрических параметров тонких пленок SmS пленок SmS, где роль канала релаксации радиационных возбуждений могут играть переходы между разновалентными ионами самария.

В соответствии с концепцией возникновения, миграции и распада электронных возбуждений при облучении тонких пленок SmS -квантами с энергиями E Eg (Eg — ширина запрещенной зоны) происходит генерация дополнительных свободных носителей в виде электронно-дырочных пар (электрон в зоне проводимости + дырка в валентной зоне, аналогично случаю собственной проводимости). При этом присутствующие в нашем случае одновременно ионы Sm2+ и Sm3+ могут выступать в роли центров захвата дырок и электронов соответственно. В результате захвата они меняются местами, и процесс повторяется. Высокая концентрация Рис. 2. Зависимости концентраций ионов Sm2+ и Sm3+ от разновалентных ионов по сравнению со случаем стекла, экспозиционной дозы -облучения, рассчитанные из (3), (4).

легированного редкоземельными ионами ( 1022 см-2, 3 — зависимости n2+ и n3+ от D; 1, 4 — предельные кондля SmS и 1020 см-3 для стекол по данным [4]), обеспецентрации ионов Sm2+ и Sm3+ для данного режима облучения чивает сечение захвата, достаточное для независимости n2+ = Np+/(p+ + q+ + q+) и n3+ = Np-/(p- + q- + q-) T T электросопротивления от экспозиционной дозы облучесоответственно.

ния. Образования же других радиационных дефектов, влияющих на электрические характеристики, при этом, по-видимому, не происходит.

при этом для концентраций разновалентных ионов харакДинамика изменения концентраций разновалентных терные кривые с насыщением. В нашем случае величина ионов под действием облучения может быть описана в n2+ почти на порядок больше, чем n3+ (см. рис. 1, простой феноменологической модели. Если при данной 0 вставка).

интенсивности облучения концентрация возникающих Рассмотрим поведение концентрации ионов Sm2+ под неравновесных электронно-дырочных пар поддерживадействием облучения. Из рис. 2 видно, что величина n2+ ется постоянной, то можно ввести вероятности обрастремится с увеличением дозы к насыщению. Из (3) для зования ионов Sm2+ из Sm3+ при захвате носителей относительного ”темпа” приближения n2+ к насыщению соответствующих знаков (p±) и вероятности обратных процессов под влиянием излучения (q±) и температу- при облучении, v, можно написать ры (q±). Тогда можно записать следующие уравнения T n2+ - n2+ для изменения концентраций 2- и 3-валентных ионов v = = 1 - exp(-pD), (5) самария (n2+ и n3+ соответственно):

(Np+/p) - n2+ dn2+ = (N - n2+)p+ - n2+(q+ + q+) dD, (1) T где p = p+ + q+ + q+. Из (5) видно, что величина v T не зависит от n2+, а следовательно, и от постоянной dn3+ = (N - n3+)p- - n3+(q- + q-) dD, (2) T кристаллической решетки образца. Это означает, что пленки с различными величинами a должны достигде N = n2+ + n3+ — суммарная концентрация ионов гать предельных значений n2+ Np+/p при одинаковых самария; D — экспозиционная доза облучения, пропорзначениях D. Аналогичные рассуждения справедливы циональная времени. Считая начальное распределение и для ионов Sm3+. В результате мы имеем стаби2- и 3-валентных ионов самария по толщине пленки лизацию соотношения концентраций 2- и 3-валентных однородным и вероятности p±, q± и q± постоянными T ионов самария. Как показано в [2,3], величина этого по объему пленки, решения уравнений (1), (2) можно записать в виде соотношения в основном и определяет электрические свойства тонких поликристаллических пленок SmS. В Np+ n2+ = n2+ + - n2+ нашем эксперименте стабилизация n2+ и n3+ нашла p+ + q+ + q+ T отражение в стабилизации величины при D > 108 Р.

Следует отметить, что величины p±, q± и q± должны T 1 - exp -(p+ + q+ + q+)D, (3) T зависеть от мощности облучения (q± — из-за изменения T нагрева облучаемого образца). Поэтому при различной Npn3+ = n3+ + - n3+ 0 мощности облучения предельные значения n2+, n3+ и p- + q- + q- T будут различными и будут достигаться при различных D.

Таким образом, при облучении пленок SmS с различ 1 - exp -(p- + q- + q-)D, (4) T ными исходными соотношениями концентраций ионов где n2+ и n3+ — концентрации ионов Sm2+ и Sm3+ до Sm2+ и Sm3+ происходит процесс, приводящий к опти0 начала облучения. На рис. 2 приведены получающиеся мизации этого соотношения. В результате устанавливаФизика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1068 Л.Н. Васильев, В.В. Каминский, С.М. Соловьев, Н.В. Шаренкова ется динамическое равновесие в процессе генерации– захвата неравновесных носителей. При этом для различной интенсивности облучения оптимальная величина этого соотношения будет различна, но одинакова для пленок с различным начальным соотношением концентраций разновалентных ионов. В пленках SmS мы имеем канал релаксации радиационных возбуждений, связанный с наличием разновалентных ионов самария, благодаря которому под действием -облучения другие радиационные дефекты не образуются и электрические параметры пленки стабилизируются.

Авторы благодарны Е.Д. Горнушкиной за помощь в эксперименте.

Работа поддержана грантом РФФИ № 00-02-16947.

Список литературы [1] В.В. Каминский, Л.Н. Васильев, Е.Д. Горнушкина, С.М. Соловьев, Г.А. Сосова, Н.М. Володин. ФТП, 29 (2), 306 (1995).

[2] В.В. Каминский, Н.М. Володин, Т.Б. Жукова, М.В. Романова, Г.А. Сосова. ФТТ, 33 (1), 187 (1991).

[3] С.В. Погарев, И.Н. Куликова, Е.В. Гончарова, М.В. Романова, Л.Д. Финкильштейн, Н.Н. Ефремова, Т.Б. Жукова, К.Г. Гарцман, И.А. Смирнов. ФТТ, 23 (2), 434 (1981).

[4] С.М. Бреховских, Ю.Н. Викторова, Л.М. Ланда. Радиационные эффекты в стеклах (М., Энергоиздат, 1982).

Редактор Л.В. Шаронова High radiation stability mechanism of SmS thin film electrical properties L.N. Vasil’ev, V.V. Kaminski, S.M. Solov’ev, N.V. Sharenkova Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

The effect of radiation on electrical properties of thin polycrystalline films of samarium monosulfide with different crystalline lattice parameters has been studied. Stability of the film surface resistivity under the dose in the interval D = 108-109 R is explained by the existence of a radiational excitation relaxation channel, connected with the presence of different valence samarium ions (Sm2+, Sm3+).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып.




© 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.