WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Сопоставление экспериментальных зависимостей Выполнить столь жесткое условие Nd =(1 ± 0.05)Na µ(T), полученных для Cd1-xMnx Te, с рассчитанными в значительном объеме полупроводника представляет- кривыми на рис. 3, d позволяет сразу же предположить, ся нереальным. Более вероятным является состояние, что высокоомному образцу с большим углом наклона когда уровень Ферми при изменении Nd медленно пе- на графике (T ) отвечает значительная компенсация ремещается, находясь вблизи акцепторного уровня (так акцепторов донорами, а низкоомному образцу — слабая называемый „pinning“), чему и соответствует E = Ea.

коменсация, т. е. в первом случае энергия активации E Очевидно, что соотношение E = Ea/2 может наблю- дает значение Ea, а во втором — Ea/2. Сопоставление даться только для слабо компенсированных, а значит, результатов расчета с экспериментом сделано на низкоомных образцов.

рис. 3, d, где приведены зависимости µ(T ), рассчитанные для Ea = 0.68 эВ и широкого набора. Тамже показаны значения µ, найденные из результатов измерений 4. Обсуждение результатов для Cd1-xMnx Te (рис. 1, b). Как видно, сделанное предэксперимента положение оправдывается. Проводимость исследуемых монокристаллов Cd1-xMnxTe определяет акцепторная Начнем с анализа экспериментальных результатов, примесь с энергией ионизации 0.68 эВ, компенсирополученных для монокристаллов Cd1-xZnxTe. В соот- ванная донорами для разных образцов по-разному.

ветствии с изложенным выше наблюдаемые для высоко- При низкой степени компенсации ( <10-4) энергия омных образцов значения энергии активации E = 0.64 активации E равна 0.34 эВ, при относительно сильной и 0.72 эВ равны энергии ионизации акцепторов Ea, а до- компенсации ( 0.03) - E = 0.68 эВ, т. е. отличие вольно высокое удельное сопротивление = 1.6 · 1010 и энергии активации высокоомного и низкоомного 9 · 108 Ом · см позволяет предположить их значительную образцов вдвое (0.68 и 0.34 эВ) не является случайным.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1424 Л.А. Косяченко, А.В. Марков, Е.Л. Маслянчук, И.М. Раренко, В.М. Склярчук Рис. 3. Рассчитанные температурные зависимости энергии уровня Ферми µ при разной степени компенсации = Nd/Na (при Na = 1016 см-3) в Cd0.95Zn0.05Te (a–c) и Cd0.96Mn0.04Te (d). Энергия ионизации акцепторов Ea, эВ: a — 0.64, b — 0.72, c — 0.44, d — 0.68. Точки — экспериментальные данные.

Из анализа экспериментальных данных, полученных В реальном случае, когда в процессе роста кристалла для монокристалла CdTe, следует, что высокое удельное или при отжиге в парах кадмия глубокие акцепторные сопротивление (1.5 · 109 Ом · см) в этом случае дости- примеси компенсируются мелкими донорами, дело обгается в результате близкой к полной компенсации стоит сложнее.

( 0.98) акцепторного уровня Ea = 0.54 эВ. На рис. 4 представлены зависимости удельного сопротивления материала от степени компенсации акцепторов донорами при трех значениях энергии ионизации 5. Оптимальные условия достижения акцепторов Ea = 0.44, 0.64 и 0.72 эВ. Расчеты проведены полуизолирующего материала для Eg = 1.5эВ, m = 0.11m0, m = 0.35m0, T = 300 K, n p Na = 1016 см-3, Ed = 0.1эВ (как уже отмечалось, велиИтак, электропроводность высокоомных монокристалчина Ed не влияет на результаты расчетов при условии, лов Cd1-xZnx Te, Cd1-xMnx Te и CdTe p-типа определячто донорный уровень расположен на (4-5)kT выше ется достаточно сильно компенсированными глубокими акцепторного уровня).

акцепторами, относительно низкоомных образцов — Как видно из рисунка, для акцепторного уровня с слабо компенсированными и менее глубокими акцептонаибольшей глубиной, Ea = 0.72 эВ, максимальное знарами.

чение удельного сопротивления 5 · 1010 Ом · см доВводя компенсирующую примесь можно существенно стигается при 60-70%-ной компенсации ( = 0.6-0.7), уменьшить проводимость, однако это не означает, что однако для Ea = 0.64 эВ — при 96%-ной, а для при компенсации 100% ( = 1) достигается собственная Ea = 0.44 эВ — при практически 100%-ной компенсапроводимость материала. Такое требование было бы ции. Отметим, что из-за большого различия подвижправильным только в некоторых случаях, например при ностей электронов и дырок максимальное значение „симметричном“ расположении акцепторных и донор- удельного сопротивления (5 · 1010 Ом · см) выше, чем ных уровней относительно середины запрещенной зоны в собственном полупроводнике (2 · 1010 Ом · см). Важи равенстве эффективных масс электронов и дырок. но, что в случае Ea = 0.72 эВ при изменении степени Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Особенности электропроводности монокристаллов Cd1-x Znx Te и Cd1-xMnx Te Рис. 4. Зависимости удельного сопротивления при T = 300 K от степени компенсации акцепторов донорами. a — при энергии ионизации акцепторов Ea, эВ: 1 — 0.72, 2 — 0.64, 3 — 0.44. b — для случая уровней, расположенных вблизи середины запрещенной зоны.

компенсации в довольно широких пределах 0.2-0.8 получить, либо недокомпенсируя имеющиеся глубокие удельное сопротивление уменьшается по сравнению с акцепторы, обеспечив слабо выраженную дырочную промаксимальным значением не более чем в 2 раза. Чтобы водимость материала, либо перекомпенсируя глубокими обеспечить такое же изменение удельного сопротив- донорами, преобразуя проводимость материала в слабо выраженную электронную. Заметим, что дополнительления для Ea = 0.64 эВ, уровень компенсации должен ное легирование глубокими донорами может привести к изменяться в более узких пределах, а именно 0.85-0.99, нежелательному уменьшению жизни носителей заряда.

причем превышение выше 0.99 является недопустимым, поскольку при этом стремительно уменьшается. Для Ea = 0.44 эВ практически полная компенсация 6. Заключение = 1 должна обеспечиваться с чрезвычайно высокой точностью (по-видимому, практически нереальной при Электропроводность специально не легированных используемой технологии).

высокоомных монокристаллов p-типа Cd1-xZnx Te, Таким образом, высокое удельное сопротивление ком- Cd1-xMnx Te, как и CdTe, определяется акцепторными пенсированного полупроводника наиболее просто до- примесями с энергией ионизации Ea = 0.54, 0.64, 0.стигается, если проводимость материала определяется или 0.72 эВ, а наблюдаемое различие проводимости примесями (дефектами), уровни которых расположены образцов обусловлено различной степенью их компенвблизи середины запрещенной зоны полупроводника сации донорами. В полуизолирующих монокристаллах (скажем, не дальше 0.1 эВ). Глубокие уровни можно степень компенсации составляет 0.02-0.98, в низкоомных — <10-3-10-4. Концентрация акцепторов создавать, вводя специальные примеси в процессе роста в исследуемых монокристаллах находится в пределах кристалла. В работе [4] использована разработанная для (6-9) · 1015 см-3. Проводимость, близкая к собственной, GaAs [13] модель, согласно которой полуизолирующая наиболее просто достигается при компенсации акцеппроводимость CdTe, легированного V или Ti, объясторов, уровни которых расположены вблизи середины няется компенсацией всегда имеющихся акцепторных запрещенной зоны Ea =(Eg/2) ± 0.1эВ, причем при уровней донором, уровни которого расположены вблидовольно значительном изменении степени компенсации зи середины запрещенной зоны. При этом материал ( = 0.3-0.9) величина проводимости изменяется слабо перекомпенсируется так, что суммарная концентрация (в несколько раз). Если же уровень примеси (дефекта) доноров несколько превышает суммарную концентразначительно отстоит от середины запрещенной зоны цию акцепторов. В результате образуется полуизолирую(более чем несколько десятых долей электровольта), то щий материал слабо выраженного n-типа проводимости.

для получения собственной проводимости необходима Позднее эта же модель была использована для интерпреблизкая к полной компенсация, причем выдержанная по тации полуизолирующей проводимости специально не объему кристалла с высокой точностью.

легированного CdTe [14]. Было сделано предположение, что роль глубокого донора играет теллур, занимающий Авторы выражают искреннюю благодарность З.И. Заместо кадмия в решетке (TeCd antisite defect). Таким харук за предоставленные монокристаллы, а также образом, полуизолирующую проводимость исследуемых С.Л. Королюку за полезное обсуждение результатов монокристаллов (обычно p-типа проводимости) можно работы.

2 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1426 Л.А. Косяченко, А.В. Марков, Е.Л. Маслянчук, И.М. Раренко, В.М. Склярчук Список литературы [1] Y. Eisen, A. Shor. J. Cryst. Growth. 184/185, 1302 (1998).

[2] Y. Eisen, I. Mardor, A. Shor. Nucl. Instrum. Meth., A428, (1999).

[3] M.R. Squillante, L. Cirignano, R. Grazioso. Nucl. Instrum.

Meth., A458, 288 (2001).

[4] M. Fiederle, D. Ebling, C. Eiche, P. Hug, W. Jorger, M. Laash, R. Schwarz, M. Salk, K.W. Benz. J. Cryst. Growth, 146, (1995).

[5] D.M. Hofmann, W. Stadler, P. Chrismann, B.K. Meyer. Nucl.

Instrum. Meth., A380, 117 (1996).

[6] Л.А. Косяченко, И.М. Раренко, З.И. Захарук, В.М. Склярчук, Е.Ф. Склярчук, И.В. Солончук, И.С. Кабанова, Е.Л. Маслянчук. ФТП, 37, 238 (2003).

[7] S.S. Devlin. In: Physics and Chemistry of II–VI Compounds, ed. by M. Aven, J.S. Prener (North-Holland Publishing Company, N.Y., 1967) p. 418. [Русск. пер.: С.С. Девлин. В кн.: Физика и химия соединений AIIBVI, под ред. С.А. Медведева (М., Мир, 1970)].

[8] I. Turkevych, R. Grill, J. Franc, E. Belas, P. Hoschl, P. Moravec. Semicond. Sci. Techn., 17, 1064 (2002).

[9] A. Castaldini, A. Cavallini, B. Fraboni. J. Appl. Phys., 83, (1998).

[10] B.K. Meyer, P. Omling, E. Weigel, G. Muller-Vogt. Phys. Rev.

B, 46, 15 135 (1992).

[11] К Зеегер. Физика полупроводников (М., Мир, 1977).

[12] Дж. Блекмор. Статистика электронов в полупроводниках (М., Мир, 1964).

[13] E.J. Jonson, J.A. Kafalas, R.W. Davies. J. Appl. Phys., 54, (1983).

[14] M. Fiederle, C. Eiche, M. Salk, R. Sehwarz, K.W. Benz, W. Stadler, D.M. Hofmann, B.K. Meyer. J. Appl. Phys., 84, 6689 (1998).

Редактор Л.В. Беляков Peculiarities of Cd1-x ZnxTe and Cd1-xMnxTe single crystal conductivity L.A. Kosyachenko, A.V. Markov, O.L. Maslyanchuk, I.M. Rarenko, V.M. Sklyarchuk Chernivtsi National University, 58012 Chernivtsi, Ukraine

Abstract

Electrical characteristics of p-type Cd1-x ZnxTe (x = 0.05) and Cd1-x MnxTe (x = 0.04) single crystals with resistivity 103-1010 · cm (300 K) are investigated. The conductivity and its variation with temperature are treated in terms of electron and hole statistics in a semiconductor containing deep acceptor levels of impurities (defects) with account made for their compensation by donor. The ionization energy of acceptors and their compensation are found from the temperature dependences of the conductivity and the Fermi energy level. The problems of obtaining the semiintrinsic conductivity required for application of the material in X- and -ray detectors are discussed.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.