WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 10 Эволюция плотности состояний в процессе фазовых превращений пленок сульфотеллуридов кадмия, синтезированных в резко неравновесных условиях © А.П. Беляев, В.П. Рубец, М.Ю. Нуждин Санкт-Петербургский государственный технологический институт, 198013 Санкт-Петербург, Россия (Получена 11 апреля 2000 г. Принята к печати 19 апреля 2000 г.) Сообщается о результатах структурных, электрических и фотоэлектрических исследований процессов фазовых превращений в слоях твердых растворов сульфида и теллурида кадмия, синтезированных в резко неравновесных условиях. В качестве модельного процесса выбран термоактивируемый распад однофазного раствора CdSxTe1-x, содержащего фазу 1 (x1 = 0.4-0.6). Показано, что воздействие температуры приводит к формированию гетерофазной системы с двумя фазами 2 (x2 = 0.1-0.2) и 3 (x3 = 0.78-0.99).

Приводятся электронограммы, спектр фототока и температурные зависимости темновой проводимости в процессе фазовых превращений и после них. Результаты электрических и фотоэлектрических исследований сопоставляются с результатами структурных исследований. Демонстрируется, что изменения темновой проводимости в процессе фазовых превращений одновременно отражают эволюцию плотности состояний вблизи уровня Ферми.

Введение ме в вакууме 10-3 Па с использованием электрометра В7-30 и специального терморегулятора, позволявшего Известно, что электрофизические свойства весьма чув- поддерживать температуру как постоянной (с точносствительны к изменениям структуры. Поэтому предста- тью 0.1 K), так и изменять ее по линейному закону. Сковляется перспективным использовать их исследования рость нагрева и охлаждения варьировалась в диапазоне для анализа процессов фазовых превращений. В связи с 0.05-0.2K/c.

этим далее приводятся результаты изучения электриче- Возможность влияния измерительного электрического ских и фотоэлектрических свойств в процессе термоак- поля на фазовые превращения контролировалась путем тивированного распада пленок твердых растворов (ТР) сравнения свойств образцов, претерпевавших фазовые сульфотеллурида кадмия, и анализируются возможности превращения под действием электрического поля, со их применения для исследования процессов фазовых свойствами образцов, подвергнутых фазовым превращепревращений.

ниям без поля.

Влияние температуры на свойства контактов проверялось путем сравнения электрических свойств образцов Исследованные образцы и методика с контактами, нанесенными до отжига, со свойствами эксперимента образцов, в которых контакты наносились после температурного воздействия.

Исследовались слои ТР CdSxTe1-x (0.4 < x < 0.6), приготовленные методом термического испарения и конденсации в резко неравновесных условиях [1]. Выбор ме- Результаты эксперимента тода определялся целью исследования, предполагающей модельный объект, склонный к фазовым превращениям. Исследовалось влияние температурного воздействия В качестве подложек использовались листочки слю- на структуру, фазовый состав, электрические и фотоэлекды мусковит. Толщина пленок для всех исследованных трические свойства слоев ТР сульфотеллуридов кадмия образцов не превышала нескольких десятков долей мкм. в зависимости от характеристик температурного поля.

Слои имели поликристаллическую структуру с кристал- Основные результаты эксперимента представлены на литами кубической модификации как до термического рис. 1, 2.

воздействия, так и после него.

На рис. 1 представлены типичные электронограммы Перед электрическими измерениями образцы разреза- от свежеприготовленной и от подвергнутой темперались на несколько частей и на ряд из них наносились турному воздействию пленок ТР. На этом рисунке серебряные контакты. Омичность контактов контролиро- кривой 1 указывается на присутствие в свежеприготовалась по начальным участкам вольт-амперных характе- вленной пленке только одной фазы 1, соответствуюристик.

щей составу ТР с x1 = 0.5. Кривой 2, полученной Структурные исследования проводились на электро- для отожженного образца, указывается на появление в нографе ЭМР-100 и электронном микроскопе ПЗМ-100. объеме двух фаз 2 и 3: ТР CdSxTe1-x с составом Электрические измерения проводились в токовом режи- x2 = 0.15 и x3 = 0.85 соответственно.

Эволюция плотности состояний в процессе фазовых превращений пленок сульфотеллуридов... темновую проводимость свежеприготовленного образца, нагреваемого со скоростью 0.05 K/с. Начальному ее участку соответствует постоянная энергия активации порядка 0.5 эВ. При температуре T 360 K скорость увеличения проводимости с температурой несколько возрастала, а затем быстро уменьшалась, после чего температурная зависимость проводимости выходила на простую экспоненту с энергией активации 0.72 эВ.

Указанная экспоненциальная температурная зависимость сохранялась в дальнейшем во всем исследуемом температурном диапазоне при последующих нагреваниях и охлаждениях (кривая 2). Простая экспоненциальная температурная зависимость с той же самой энергией активации для данного образца хорошо воспроизводилась и после выноса образца в воздушную атмосферу.

Кривые 3, 4 на рис. 2 отражают изменения проводимости другой части того же самого слоя CdSxTe1-x, но нагреваемого со скоростью 0.2 K/c. Выдержка образцов при максимальной температуре нагрева в течение нескольких часов не изменяла их проводимость при этой Рис. 1. Электронограммы пленок системы CdS–CdTe: 1 —до температуре.

отжига, 2 — после отжига.

Интегральным результатом температурного воздействия являлось многократное уменьшение удельной проводимости слоев (для образцов, результаты исследования которых демонстрируются рис. 1, 2, уменьшение составляло 3 порядка). Образцы с аналогичными свойствами можно было получить из свежеприготовленных слоев ”ударным” нагревом с помощью электронного пучка.

Влияние скорости нагрева на свойства образцов было обнаружено при исследовании фотопроводимости. Чем меньше была скорость нагрева, тем большую кратность возрастания фотопроводимости можно было получить от образца. Так, например, частичка образца, отожженного при скорости нагрева 0.5 K/с (рис. 2, кривые 1, 2), после отжига при комнатной температуре обладала кратностью возрастания фотопроводимости на 3 порядка, а частичка того же образца, нагретая ”ударным” способом, была практически нефоточувствительна (облучали светом от лампы накаливания мощностью в 90 Вт). Свежеприготовленные образцы обладали кратностью возрастания Рис. 2. Изменения проводимости при фазовых преврафотопроводимости, не превышающей несколько раз.

щениях слоя CdS0.5Te0.5 при нагреве со скоростью v (1, 3) Типичный спектр фотопроводимости образцов демони температурные зависимости проводимости указанных слоев стрируется на рис. 2 кривой 5. Отжиг практически не после фазовых превращений (2, 4). 1, 2 — v = 0.05 K/с;

влиял на вид спектра фотопроводимости, как не влиял 3, 4 —v = 0.2K/с (шкала проводимостей — слева, шкала температур — внизу). 5 — типичный спектр фототока слоя на спектр поглощения образцов. Температурные зависиCdS0.5Te0.5 (шкала токов — справа, шкала энергий фотонов — мости фототока имели вид, характерный для мономолевверху).

кулярного режима рекомбинации, и их качественный вид после температурного воздействия не изменялся. Люксамперные характеристики всех исследованных образцов были линейными.

Нарушения фазовой однородности образцов после отжига регистрировались также по оптическому спектру пропускания [2]. Характер электронограмм не зависел Обсуждение результатов от использованных в работе способов отжига образцов.

На рис. 2 показано типичное поведение электрической Как можно видеть из рис. 1, свежеприготовленные проводимости пленок в процессе отжига в зависимости пленки представляли собой однородные ТР, содержащие от скорости нагрева образцов. Кривая 1 характеризует только одну фазу 1. Для образца, электронограмма Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1210 А.П. Беляев, В.П. Рубец, М.Ю. Нуждин которого представлена на рис. 1, фаза 1 — это твердый и Мотту [5], своеобразным тестом на проводимость по раствор CdS0.5Te0.5. Для других исследованных образцов краю подвижности является представление эксперименэто мог быть ТР с составом из диапазона x1 = 0.4-0.6. тальной проводимости в виде Такой состав, согласно равновесной диаграмме состоя = C exp(-E/kT ) ния [3], соответствует области ограниченной взаимной растворимости, причем той части области, где, как можс последующим вычислением параметра C. Для исслено было бы ожидать, должна иметь место абсолютная дованных образцов как до, так и после отжига, величина потеря устойчивости ТР. Следовательно, свежепригомножителя C имела значения порядка 103 Ом-1 · см-1, товленные образцы представляли собой метастабильные что хорошо согласуется с результатами Дэвиса и Мотта системы, удерживаемые в неравновесном состоянии внуи с минимальной металлической проводимостью min в тренними потенциальными барьерами. Отжиг таких сивыражении (1). Таким образом, мы можем констатиростем должен вызывать распад исходного ТР и образовавать токоперенос по краю подвижности как в процессе ние гетерогенной тонкопленочной структуры, состоящей фазового превращения, так и после оного.

из двух ТР: одного — на основе теллурида кадмия Существенное изменение темновой проводимости при (2) и второго — на основе сульфида кадмия (3).

токопереносе по краю подвижности, подобное имевшему Состав их должен соответствовать областям взаимной место при отжиге исследованных образцов, возможно растворимости компонентов на равновесной диаграмме лишь за счет изменения положения уровня Ферми. Этосостояния системы.

му могут быть две причины. Первая — изменение велиРезультаты, полученные нами для системы CdS–CdTe, чины щели подвижности, вторая — изменение плотности полностью соответствуют вышесказанному. Электроносостояний. Экспериментальных фактов в пользу первой графически и оптически после отжига в образцах регистрировалась смесь двух фаз 2 + 3. Состав фаз 2 причины выявлено не было. Более того, исследования фотопроводимости свидетельствовали об обратном: ни и 3 соответствовал областям взаимной растворимости спектр фотопроводимости, ни спектр поглощения прак(x2 = 0.1-0.2; x3 = 0.78-0.99). Последующие темпетически не изменялись при отжиге. В то же время ратурные воздействия не влияли ни на электронограмряд экспериментальных результатов свидетельствует в му, ни на электрические и фотоэлектрические свойства.

пользу второй причины. Это — характер спектра фотоТаким образом, можно утверждать, что действительно в проводимости (рис. 2, кривая 5), линейная люксамперная настоящей работе исследовался процесс фазового перехарактеристика, зависимость величины фототока от рехода системы (однородного ТР) из метастабильного сожима отжига и устойчивость характера температурной стояния в состояние равновесное (двухфазная смесь ТР).

зависимости фототока к температурным воздействиям.

Переход системы из метастабильного состояния в Действительно, первые два факта указывают на то, что равновесное осуществляется, как правило, флуктуацифототок в исследованных образцах был мономолекуляронным путем, т. е. через образование и рост зародышей ным [5]:

новой фазы. Процесс связан с определенным временем.

ip = eFµDG, (2) Естественно, что условия, имеющие место в течение этого времени, должны влиять и на кинетику фазового где e — заряд электрона, F — напряженность электричепревращения и на свойства вновь образующихся фаз.

ского поля, µD — дрейфовая подвижность, G —скорость Сказанное объясняет причину различия электрических и генерации неравновесных носителей, — время жизни фотоэлектрических свойств образцов ТР, подвергнутых неравновесных носителей. Выражение (2) указывает на отжигу при разных скоростях нагрева. Она кроется в возможные причины зависимости фототока от режима таких различиях структуры, которые электронографичеотжига: изменение µD и. В обсуждаемом эксперименте ски зарегистрировать не удается. В связи с этим попысущественное изменение µD маловероятно, поскольку таемся проанализировать кинетику термоактивируемого величина µD обычно определяет характер температурной распада однородного метастабильного ТР, исходя из зависимости фототока, а здесь последняя была устойчива электрофизических свойств последнего.

к действию температуры. Остается время жизни. Оно Конденсированные слои ТР относятся к неупорядовесьма чувствительно к концентрации уровней дефектов ченным системам [4]. Перенос заряда при высоких вблизи уровня Ферми. Следовательно, разные фоточувтемпературах в таких системах осуществляется по краю ствительные свойства сульфотеллуридов кадмия обуслоподвижности и описывается выражением [5] влены именно разной плотностью состояний вблизи уровня Ферми.

= min exp -(Eс - EF)/kT, (1) Таким образом, можно утверждать, что фоточувствикоторое качественно удовлетворяет нашим эксперимен- тельные свойства, приобретаемые образцами ТР сульфотальным данным. Здесь min — минимальная металли- теллуридов кадмия в процессе их фазовых превращений, ческая проводимость, Ec — край подвижности, EF — обусловлены изменением плотности состояний вблизи уровень Ферми, k — постоянная Больцмана, T — тем- уровня Ферми. Плотность состояний в свою очередь пература. В пользу токопереноса по краю подвижности определяет положение уровня Ферми. Положение же свидетельствуют и результаты рачетов. Согласно Дэвису уровня Ферми, как показано выше, определяет темновую Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Эволюция плотности состояний в процессе фазовых превращений пленок сульфотеллуридов... проводимость. Поэтому изменение темновой проводимо- The evolution of density of states сти, происходящие в сульфотеллуридах кадмия в процесthroughout phase transformations peculiar се отжига (рис. 2, кривые 1, 3), одновременно отражают to cadmium sulphotelluride films и эволюцию плотности состояний вблизи уровня Ферми synthesized in utterly non-equilibrium и характер изменений положения уровня Ферми в ходе conditions фазовых превращений.

В заключение — замечание, касающееся максимума A.P. Belyaev, V.P. Rubets, M.Yu. Nuzhdin на температурной зависимости темновой проводимости St.Petersburg State Technological Institute (рис. 2, кривая 1). Как видно из рисунка, при боль198013 St.Petersburg, Russia ших скоростях нагрева он не наблюдался. Мы связываем это с инерционностью регистрирующей аппаратуры.

При больших скоростях нагрева скорость образования островков новой фазы оказывается очень высокой. Она экспоненциально связана с температурой, быстро возрастающей при высоких скоростях нагрева. Временная же постоянная использованной нами регистрирующей аппаратуры составляла секунды.

Заключение По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

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.