WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 11 Дефектообразование в решетке PbTe под воздействием лазерной ударной волны © В.С. Яковина¶, Д.М. Заячук, Н.Н. Берченко Национальный университет „Львовская политехника“, 79013 Львов, Украина Жешувский университет, 35310 Жешув, Польша (Получена 18 ноября 2002 г. Принята к печати 7 марта 2003 г.) Исследованы механизм дефектообразования в тонких пленках PbTe на подложке BaF2 под действием обработки ударной волной и кинетика отжига при комнатной температуре возникающих при этом неравновесных дефектов кристаллической решетки. Оценена относительная роль реакций отжига 1-го и 2-го порядков в процессе установления равновесного состояния дефектов. Проанализированы вклады аннигиляциии пар Френкеля в обеих подрешетках кристаллической матрицы, а также выхода межузельных атомов на стоки в процесс изменения суммарной концентрации неравновесных дефектов на различных этапах их отжига.

1. Введение ты воздействия ЛУВ для разных типов полупроводников с большой концентрацией собственных точечных дефектов.

Заинтересованность в исследовании взаимодействия лазерного излучения с полупроводниками возникла благодаря возможности модификации, а в перспективе 2. Исследуемые объекты и методика и контролируемого управления свойствами как моноатомных, так и более сложных систем. Одним из эксперимента проявлений взаимодействия импульса лазерного излучения (ИЛИ) с твердым телом является генерация В данной работе были исследованы образцы PbTe в последнем мощного импульса сжатия — акустической n- и p-типа проводимости, выращенные методом мгноволны, которая при определенных условиях переходит венного испарения и осаждения на свежесколотые в ударную [1,2]. поверхности BaF2 ориентации (111). Образцы n-типа проводимости выращивали из нелегированной шихты, Влияние индуцированных лазером ударных волн для получения материала p-типа проводимости исход(ЛУВ) на свойства различных материалов широко иссленую шихту легировали таллием. Концентрация и подуется на протяжении последних двух десятилетий [2–8].

движность свободных носителей заряда при комнатЭти исследования стимулируются удобством использоной температуре находились на уровне соответственно вания ЛУВ, технологичностью и широкими возможно7 · 1016 см-3, 1 · 103 см2/В · с для образцов n-типа простями изменения их параметров за счет варьирования водимости и 3.5 · 1017 см-3, 150 см2/В · с для образцов характеристик ИЛИ.

p-типа проводимости.

Ранее на примере исследования твердых растворов Электрофизические параметры исследуемых образцов HgCdTe было показано, что эффективность процесдо и после ударной обработки, а также в процессе сов дефектообразования в полупроводниках под возотжига при комнатной температуре получали из измедействием ЛУВ тем выше, чем выше в исходном рений удельной электропроводности и эффекта Холла полупроводнике концентрация дефектов [8]. При этом в диапазоне магнитных полей 0.1-1.6Тл.

остаточные изменения электрофизических параметров ЛУВ генерировались при комнатной температуре полупроводников оказываются достаточно малыми. Это импульсами излучения лазера на стекле с неодимом может быть отражением либо низкой стабильности ГОС-1001 с LiF-затвором (длина волны излучения созданных под действием ЛУВ первичных дефектов, 1.06 мкм, длительность импульса 30 нс). Чтобы избелибо низкой эффективностью их создания. Для более жать непосредственного воздействия ИЛИ на исследуеполного выяснения этого вопроса в данной работе мый образец, полупроводник защищали медной фольгой нами предприняты аналогичные исследования бинарных толщиной 100 мкм. При этом все режимы обработки соединений AIVBVI на примере PbTe. Эти исследоваподбирали такими, чтобы обеспечить образование ЛУВ ния позволяют проследить динамику дефектообразовауже в фольге и согласовать ударные импедансы сред ния под действием ЛУВ благодаря меньшим коэффициентам самодиффузии собственных атомов в AIVBVI во избежание затухания ЛУВ на границах раздела сред, согласно методике, детальнее описанной в [10]. Для по сравнению с AIIBVI [9] и выявить общие аспекданных экспериментов типичное давление во фронте ¶ E-mail: yakovyna@polynet.lviv.ua ЛУВсоставляло 0.6 ГПа.

3 1314 В.С. Яковина, Д.М. Заячук, Н.Н. Берченко 3. Результаты и обсуждение Обработка при использованных параметрах ЛУВ пленок исследуемых материалов, независимо от типа их проводимости, приводила к изменению концентрации носителей заряда на величину 2 · 1016 см-3. При этом для пленок n-типа проводимости концентрация носителей заряда увеличивалась, т. е. отклонение состава пленки от стехиометрического возрастало. В образцах p-типа, напротив, концентрация носителей заряда уменьшалась на указанную величину и соответственно уменьшалась степень отклонения их состава от стехиометрии.

Разный характер изменения концентрации свободных носителей заряда под воздействием ЛУВ в зависимости от типа проводимости пленки PbTe и, следовательно, Рис. 1. Изменение во времени неравновесной концентраразный характер изменения состава приводят и к отции свободных электронов в образце n-типа проводимости личиям в последующем отжиге генерированных под при отжиге на воздухе при 300 K. Точки — эксперимент.

воздействием ЛУВ дефектов кристаллической решетки, 1, 2, 3 — расчет по модели реакции 1-го, 2-го порядка и их обусловливающих наличие свободных носителей заряда.

комбинации соответственно.

В образцах n-типа проводимости при выдержке образца на воздухе при комнатной температуре концентрация электронов релаксирует во времени t, уменьшаясь в направлении исходного значения, но не достигая его. Такой релаксационный процесс показан на рис. 1. В образцах p-типа проводимости релаксация концентрации носителей заряда в обработанных образцах не наблюдается.

При этом в образцах как n-, так и p-типа проводимости подвижность носителей заряда практически не изменялась в процессе ударной обработки.

Естественно связать наблюдаемые изменения концентрации свободных носителей заряда под влиянием ЛУВ с изменением концентрации собственных точечных дефектов кристаллической решетки. Согласно современным представлениям, вакансия металла в PbTe является двухзарядным акцептором, а вакансия в подрешетке халькогена — двукратно ионизованным донором. МежРис. 2. Парциальные вклады реакций отжига 1-го (1) узельный свинец является донором — двух- или однозаи 2-го (2) порядков в суммарный процесс отжига неравновесрядным. Межузельный теллур, наиболее вероятно, элекных носителей заряда (3) в образце n-PbTe при 300 K. Точки — трически нейтрален [11]. Следовательно, возникновение эксперимент.

френкелевской пары свинца должно либо оставлять концентрацию свободных носителей заряда в PbTe неизменной, либо приводить к повышению концентрации дырок, а реакция 2-го порядка ( = 2) описывает прямую что не наблюдается экспериментально. Возникновение рекомбинацию двух типов случайно распределенных френкелевской пары теллура, напротив, должно повыдефектов. В первом случае решение уравнения (1) имеет шать концентрацию свободных электронов в PbTe, что вид отвечает характеру изменения концентрации носителей N(t) =N0 exp(-K1t), (2) заряда в исследуемых образцах как n-, так и p-типа а во втором проводимости под влиянием ЛУВ.

NКинетика отжига неравновесных дефектов в общем N(t) =, (3) 1 + N0K2t виде описывается соотношением вида [12] где N0 N(0).

dN = -KN, (1) На рис. 1 приведены рассчитанные по методу наиdt меньших квадратов кривые, которые отвечают кинетике где N — концентрация неравновесных дефектов, t — отжига 1-го и 2-го порядка. Как видим, описать реальный время, K — постоянная, параметр называют порядком релаксационный процесс концентрации неравновесных реакции. Реакция отжига 1-го порядка ( = 1) соответ- дефектов отжигом по какой-то одной реакции невозможствует захвату дефектов различного рода ловушками, но. Согласие расчетной и экспериментальной зависиФизика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Дефектообразование в решетке PbTe под воздействием лазерной ударной волны мостей N(t) удается существенно улучшить, используя Процесс уменьшения избыточной концентрации сволинейную комбинацию кинетики отжига 1-го и 2-го по- бодных электронов со временем определяется аннигилярядка: цией френкелевских пар теллура, которая доминирует на N Aначальных этапах отжига при комнатной температуре, = A1 exp(-K1t) +. (4) N0 1 + K2t и выходом межузельного свинца на стоки, который становится доминирующим процессом на более поздДля образца, кинетика отжига генерированных ЛУВ них этапах отжига термодинамически неравновесных неравновесных дефектов в котором показана на рис. 1, дефектов.

наилучшее согласие расчетных и экспериментальных данных достигается при следующих значениях параметров: A1 = 0.058, A2 = 1.02, K1 = 0.127 сутки-Список литературы и K2 = 3.7сутки-1 (рис. 2, кривая 3). Кривые 1 и [1] В.А. Янушкевич. Физика и химия обраб. матер., № 5, на рис. 2 иллюстрируют парциальные вклады реакций (1975).

1-го и 2-го порядков в суммарный отжиг дефектов при [2] Л.И. Иванов, Н.А. Литвинова, В.А. Янушкевич. Квант.

найденных значениях параметров отжига.

электрон., 4, 204 (1977).

Как видно из рис. 2, на начальных стадиях основной [3] P. Peyre, P. Merrien, H.P. Lieurade, R. Fabbro. Surf. Eng., 11, вклад в отжиг вносит экспоненциальная составляющая 47 (1995).

кинетики отжига (рис. 2, кривая 1), связанная с выходом [4] М.В. Сильников, А.И. Михайлин, А.В. Петров, Ю.И. Мемежузельных атомов на стоки, роль которых, в частнощеряков, В.А. Ермолаев, Н.С. Кочетова, С.М. Ушеренко.

сти, может играть поверхность пленки и граница разПисьма ЖТФ, 26 (16), 77 (2000).

дела пленка–подложка. На последующих этапах отжига [5] Y.K. Zhang, C.L. Hu, L. Cai, J.C. Yang, X.R. Zhang. Appl.

заметной становится реакция 2-го порядка, т. е. взаимная Phys. A, 72, 113 (2001).

[6] V.A. Gnatyuk, A.I. Vlasenko, P.O. Mozol’, O.S. Gorodрекомбинация точечных дефектов.

nychenko. Semicond. Sci. Technol., 13, 1298 (1998).

Рекомбинация френкелевской пары свинца в свете [7] А. Байдуллаева, А.И. Власенко, Б.Л. Горковенко, А.В. Лосказанного, скорее всего, оставляет результирующую мовцев, П.Е. Мозоль. ФТП, 34, 443 (2000).

концентрацию свободных носителей без изменений, ина[8] N.N. Berchenko, V.S. Yakovyna, Yu.N. Nikiforov, I.S. Virt.

че она должна приводить к увеличению концентрации Proc. SPIE, 4355, 200 (2001).

свободных электронов, что не соответствует экспе[9] Ю.И. Равич, Б.А. Ефимова, И.А. Смирнов. Методы исриментально обнаруженным закономерностям. реакция следования полупроводников в применении к халькоге2-го порядка, т. е. взаимная рекомбинация точечных денидам свинца PbTe, PbSe и PbS (М., Наука, 1968).

фектов. Рекомбинация френкелевской пары теллура, на[10] Y. Nikiforov, V. Yakovyna, N. Berchenko. Mater. Sci. Eng. A, против, приводит к уменьшению концентрации доноров 288, 173 (2000).

и, соответственно, концентрации свободных электронов. [11] Д.М. Заячук, В.А. Шендеровський. Укр. физ. журн., 36, 1692 (1991).

Процессы, обусловливающие изменение концентра[12] Ж. Бургуэн, М. Ланно. Точечные дефекты в полупроводции свободных носителей заряда на поздних этапах никах: экспериментальные аспекты (М., Мир, 1985).

отжига, по-видимому, связаны с выходом на поверхность пленки межузельного свинца, что эквивалентно Редактор Л.В. Шаронова уменьшению концентрации донорных центров в объеме.

Выход на поверхность межузельного теллура, который, Lattice defects formation caused by laser без сомнения, также должен иметь место, не изменяет shock wave in PbTe концентрацию электрически активных центров в объеме пленки. Кроме того, коэффициент самодиффузии теллу- V.S. Yakovyna, D.M. Zayachuk, N.N. Berchenko ра на несколько порядков меньше такового у свинца L’vov Polytechnic National University, (8 · 10-19 см2 / с против 2 · 10-15 см2 / с при комнатной 79013 L’vov, Ukraine температуре [9]), что вообще делает миграцию дефек Rzeszow University, тов в подрешетке теллура при таких условиях мало35310 Rzeszow, Poland вероятной.

Abstract

The mechanism of defect formation in PbTe on BaF2 layers by shock wave treatment alongside with emerging 4. Заключение nonequilibrium native points defects annealing kinetics at room Под влиянием индуцированных лазером ударных волн temperature are investigated. Relative contributions of the first в теллуриде свинца возникают френкелевские пары как and the second order annealings into total annealing process is в подрешетке металла, так и в подрешетке халькогена. estimated. The contribution of both metal and chalcogen Frenkel Из-за специфики электрической активности точечных pairs annihilation as well as that due to migration of interstitials to дефектов в PbTe это приводит к тому, что концентрация sinks into the total nonequilibrium defect density varies throughout свободных носителей заряда в пленках n-типа проводи- the annealing stages.

мости возрастает, а в пленках p-типа уменьшается.




© 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.