WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 10 Электрические и фотоэлектрические свойства текстурированных поликристаллов CdTe © Ю.В. Клевков, С.А. Колосов, С.А. Медведев, А.Ф. Плотников Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 22 января 2001 г. Принята к печати 15 февраля 2001 г.) Исследованы температурные зависимости удельного сопротивления и спектры фотопроводимости крупнозернистых поликристаллов CdTe стехиометрического состава, синтезированных из глубоко очищенных компонентов и подвергнутых тонкой очистке при температуре, в 2 раза меньшей, чем температура плавления. Показано, что основные характеристики поликристаллов (удельное сопротивление, время жизни и подвижность носителей) определяются сложными комплексами, которые формируются при взаимодействии протяженных и точечных дефектов. Найдены величины произведения подвижности и времени жизни электронов.

Введение протяженные дефекты (дислокации, субзеренные границы, двойники, границы зерен), не без участия точечных Практическое применение теллурида кадмия для дедефектов (примесных и собственных). Определить роль тектирования ионизирующих излучений целесообразтех и других в компенсации — на сегодняшний день но лишь в том случае, если токи утечки в придовольно трудная задача.

борах не превышают 10-7 A в электрических полях Нами были предприняты попытки получить кристаллы 1000-3000 В/см. Это означает, что удельное сопроCdTe стехиометрического состава с минимально возтивление кристаллов для таких приборов должно соотможным содержанием фоновых примесей при более ветствовать 108-109 Ом · см.

низких температурах. Для этого были разработаны низДо настоящего времени наилучшим материалом декотемпературные методы синтеза и последующей глутекторного качества считаются легированные хлором бокой очистки соединения с приведением его состамонокристаллы теллурида кадмия, получаемые методом ва к составу минимального давления (состав, близкий перемещающегося нагревателя. Компенсированные крик стехиометрическому при температурах кристаллизасталлы обладают высоким удельным сопротивлением ции 600-620C) [4].

( 108-109 Ом · см) и наилучшими на сегодняшНесмотря на текстурированную структуру полученных ний день значениями времени жизни электронов (e) поликристаллов, по нашему мнению, появилась возможи дырок (p). Недостатком метода является разброс по ность выделить роль границ зерен в формировании комудельному сопротивлению вдоль слитка.

плексов вблизи них на фоне малого содержания основТеоретические расчеты показывают, что теллурид кадных остаточных примесей ( 1014 см-3) и минимальных мия с удельным сопротивлением 109 Ом · см можно концентраций собственных точечных дефектов.

получить, не прибегая к легированию донорными приРанее уже предпринимались попытки в изучении роли месями, если вырастить идеальный по структуре крипротяженных дефектов в текстурированных поликристалл, свободный от посторонних химических примесей.

сталлах CdTe оптическими методами [5,6]. В данной Однако на практике удельное сопротивление реальных работе исследования в этом направлении продолжеспециально не легированных кристаллов, независимо от ны с применением некоторых электрических методов, методов их получения, не превышает 105-106 Ом·см [1].

в частности температурной зависимости проводимости В последнее время появились расплавные методы и фотопроводимости.

получения нелегированных кристаллов CdTe стехиометрического состава с 109-1010 Ом·см [2,3] с использованием высокочистых исходных компонентов. Однако Экспериментальная часть такие кристаллы страдают структурным несовершенДля измерений электрических свойств использовались ством, содержат фоновые примеси на уровне 1016 см-(в лучшем случае) и имеют высокую степень компенса- высокочистые поликристаллические образцы p-CdTe ( 105-106 Ом · см) стехиометрического состава, ции. В запрещенной зоне таких кристаллов присутствует обычно целый набор глубоких электронных состояний, имеющие текстурированную структуру с направлением которые и определяют основные свойства материала роста монокристаллического зерна [111]. Средний раз(удельное сопротивление, подвижности и времена жизни мер монокристаллического зерна составлял не менее носителей). 1.5-2.0 мм в диаметре. Образцы отбирались из поликриСущественную роль в формировании сложных по сталлических слитков, выращенных при температурах структуре дефектов и, как следствие, глубоких элек- 600–620C в процессе финишнoй очистки CdTe [7].

тронных состояний в нелегированных кристаллах играют Образцы размером 551.5мм3 приготавливались с поЭлектрические и фотоэлектрические свойства текстурированных поликристаллов CdTe мощью механической шлифовки и полировки поперек направления роста по плоскости {111}.

Контакты на поверхностях {111} наносили после травления образцов в бром-метаноловом растворе методом осаждения золота из раствора хлористого золота.

Фотопроводимость измерялась при температуре T = 65 K в области края собственного поглощения (энергии фотонов = 1.3-1.6эВ).

Измерения температурной зависимости удельного сопротивления проводили в диапазоне температур T = 65-293 K.

Результаты и обсуждение На рис. 1 представлена температурная зависимость удельного сопротивления образца p-CdTe, вырезанного вдоль направления роста монозерна [111]. Удельное сопротивление образца при комнатной температуре составляло 3 · 105 Ом · см, что соответствует концентрации подвижных дырок p 2.9 · 1011 см-3 (при подвижности дырок µp = 70 см2/В · с [8]). Как видно из рисунка, в данном образце присутствуют два центра с энергетическими уровнями Ev + 0.09 эВ и Ev + 0.26 эВ.

При данном наборе энергетических уровней и общем содержании электрически активных примесей Рис. 2. Спектр фотопроводимости p-CdTe.

< 1013 см-3 эти параметры трудно согласовать между собой, поскольку ни расчеты по формулам классической статистики [9], ни по формулам статистики сильно компенсированных полупроводников [10] не дают таких значений концентраций свободных носителей, если считать, что в образце существуют только точечные дефекты.

Противоречия в какой-то мере можно устранить, если предположить, что параметры материала определяются сложными дефектами (комплексами), возникающими в результате взаимодействия протяженных дефектов с точечными (примесными и собственными) за счет их сегрегации. Основными протяженными дефектами в наших материалах являются границы зерен и в меньшей степени двойники, поскольку измеренная плотность дислокаций в монокристаллическом зерне не превышает 102 см-2.

Наблюдаемые нами энергетические уровни были обнаружены еще в 1989 г. [11] как в компенсированных, так и в некомпенсированных кристаллах CdTe, полученных методом перемещающегося нагревателя. B [11] было обнаружено до 20 типов дефектов, которые образуют в запрещенной зоне энергетические уровни. Был сделан вывод, что большинство из них — не простые точечные дефекты или примеси, а сложные комплексы, включающие в себя как протяженные, так и точечные дефекты.

Естественно, что в наших образцах могут присутствовать и другие центры с более мелким залеганием энергетических уровней. Подтверждением этому является спектральная зависимость фотопроводимости, предстаРис. 1. Температурная зависимость удельного сопротивления p-CdTe. вленная на рис. 2. Красная граница фотопроводимости Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1194 Ю.В. Клевков, С.А. Колосов, С.А. Медведев, А.Ф. Плотников Ev + 0.26 эВ трансформировался в уровень Ev + 0.35 эВ.

При этом существенного изменения в концентрации подвижных дырок не произошло.

Данный факт может свидетельствовать о том, что в образце CdTe произошло перераспределение зарядов на уже существующем дефекте, например, за счет изменения расстояний между оборванными связями на границах или частичного перераспределения примесей вблизи них. Более ярко эти изменения проявляются в спектре фотопроводимости, представленном на рис. 4. Красная граница сигнала фотопроводимости в отожженном образце сместилась в более коротковолновую область и соответствует переходу электронов с уровней Ev + 0.35 эВ и Ev + 0.09 эВ в зону проводимости. Энергетические уровни, наблюдаемые на фронте нарастания сигнала фотопроводимости (рис. 2), в отожженном образце не проявляются.

Провал сигнала фотопроводимости в области 1.58 эВ связан, по-видимому, с сильным экситонным поглощением. Подобные спектры фотопроводимости наблюдались при почти гелиевых температурах в работе [14]. Авторы [14] не наблюдали фотопроводимость в этой области спектра при более высоких температурах, что может быть связано с малыми временами жизни электронов.

Следует отметить, что в отожженном образце время жизни свободных электронов, по оценкам сигнала стаРис. 3. Температурная зависимость удельного сопротивления ционарной фотопроводимости, увеличилось примерно CdTe после отжига в парах Cd.

в 2 раза ( 4мкс).

соответствует переходу электронов с энергетического уровня Ev + (0.26 ± 0.02) эВ в зону проводимости (фотопроводимость в p-CdTe определяется подвижными электронами [12]). Нарастание сигнала фотопроводимости в более коротковолновой области свидетельствует о наличии более мелких уровней, которые, по-видимому, дают незначительный вклад в концентрацию свободных носителей. За положение уровней в этой области энергий могут быть ответственны как изолированные примесные центры, так и скопления примесных центров вблизи протяженных дефектов.

Резкий спад сигнала фотопроводимости при энергиях фотонов > 1.514 эВ определяется либо большой скоростью поверхностной рекомбинации, либо сильным экситонным поглощением в данной области энергий.

Следует отметить, что оценки произведения времени жизни электронов (e) на величину их подвижности (µe) по сигналу стационарной фотопроводимости в данном образце дают значение 2 · 10-3 см2/В. Такое значение µee характерно обычно для кристаллов CdTe : Cl детекторного качества [13].

На рис. 3 представлена температурная зависимость удельного сопротивления этого же образца после его отжига в насыщенных парах Cd при температуре 650C в течение 72 ч. Инверсии типа проводимости не наблюдается. Удельное сопротивление при комнатной темпера- Рис. 4. Cпектр фотопроводимости CdTe, отожженного в патуре увеличилось лишь в 2 раза. Энергетический уровень рах Cd.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Электрические и фотоэлектрические свойства текстурированных поликристаллов CdTe де плохо разрешенной линии ( = 1.46 эВ) в спектрах фотопроводимости (рис. 2). Мы полагаем, что такой центр также имеет сложную структуру и формируется при участии протяженного дефекта и неконтролируемой примеси, по-видимому, донорного типа.

Заключение В настоящее время природа многих глубоких электронных состояний в CdTe, связанных с множеством точечных дефектов, установлена достаточно хорошо.

К сожалению, несмотря на многие годы интенсивных исследований в этой области, электронные свойства протяженных дефектов в соединениях II–VI (дислокаций, двойников, границ зерен) остаются мало изученными.

Авторы работы [15] на примере дислокаций в кремнии попытались прояснить ситуацию. По их мнению, электронные состояния протяженных дефектов, являясь источником напряжений и электрических полей, действующих на достаточно больших расстояниях, вполне могут ассоциироваться с глубокими электронными состояниями точечных дефектов и, следовательно, существенно влиять на концентрацию, подвижности и времена жизни носителей. Природа таких дефектов, по мнению авторов [15], определяется как атомной структурой протяРис. 5. Температурная зависимость удельного сопротивления женного дефекта, так и механизмом его взаимодействия CdTe, закристаллизованного при низких температурах.

с точечными дефектами.

Результаты нашей работы вполне согласуются с этим мнением. Наблюдаемые нами энергетические уровни с Полученные значения времени жизни электронов энергиями активации 0.13 и 0.26 эВ в пределах погрешв очищенных поликристаллах CdTe указывают на то, что ности согласуются с полосами излучения Y (1.47 эВ) и дефекты, создающие уровни Ev + 0.09 эВ, Ev + 0.26 эВ Z(1.36 эВ), которые были зарегистрированы в измереи Ev + 0.35 эВ оказывают слабое влияние на транспортниях фотолюминесценции [6] в поликристаллах CdTe ные свойства электронов.

стехиометрического состава. Однако полученные резульНа рис. 5 представлена температурная зависимость таты не позволяют однозначно судить ни об электронудельного сопротивления поликристаллического образца ной структуре протяженных дефектов, ни о природе CdTe, вырезанного из участка слитка, закристаллизоих взаимодействия с точечными дефектами. Поэтому ванного при более низких температурах. Как видно из роль совокупных дефектов в формировании кристаллов рисунка, удельное сопротивление образца при комнатс высоким удельным сопротивлением и большими временой температуре составляет всего лишь 103 Ом · см.

нами жизни подвижных носителей заряда пока остается Помимо дефектов с локальными уровнями Ev + 0.09 эВ загадочной. Для ее выяснения в дальнейшем необходимо и Ev + 0.26 эВ в данном образце проявился ранее не будет использовать более сложные методы исследований наблюдавшийся дефект (возможно, не наблюдавшийся (локально-структурные, поляризационные и др.). В этом из-за малой концентрации таких дефектов в более высонаправлении и будет продолжена наша работа.

коомных кристаллах), которому соответствует уровень Ev +(0.13 ± 0.02) эВ. В этом образце концентрация Авторы выражают глубокую благодарность проф.

таких дефектов составляет 1013 см-3 и cравнима В.С. Багаеву за ценные советы.

с концентрацией центров Ev +0.26 эВ. Мы полагаем, что Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ (проэто одни из возможных центров, которые и определяют ект № 99-02-18161).

время жизни свободных электронов, поскольку в этом образце не удалось измерить фотопроводимость из-за малой величины сигнала (слишком мало время жизни).

Список литературы Кстати, именно с этими центрами связана относительно интенсивная линия рекомбинационного излучения вбли[1] M. Hage-Ali, P. Siffert. Nucl. Instr. Meth. A, 322, 313 (1992).

зи границ зерен, которая наблюдается в спектре фотолю[2] P. Rudolph, S. Kawasaki, S. Yamashita, Y. Usuki, Y. Konagaya, минесценции при 100 K [6]. Следует заметить, что эти S. Matada, S. Yamamoto, T. Fukuda. J. Cryst. Growth, 149, центры проявлялись в более высокоомных образцах в ви- (1995).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1196 Ю.В. Клевков, С.А. Колосов, С.А. Медведев, А.Ф. Плотников [3] P. Rudolph, S. Kawasaki, S. Yamashita, S. Yamamoto, Y. Usuki, Y. Konagaya, S. Matada, T. Fukuda. J. Cryst. Growth, 161, 28 (1996).

[4] С.А. Медведев, Ю.В. Клевков, В.С. Багаев, А.Ф. Плотников. Наука — производству, 6 (31), 16 (2000).

[5] A. Gukasyan, A. Kvit, Y. Klevkov, S. Oktyabrsky. Sol. St.

Commun., 97 (10), 897 (1996).

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.