WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 12 Исследование глубоких электронных состояний в текстурированных поликристаллах p-CdTe стехиометрического состава методом DLTS ¶ © Е.А. Боброва, Ю.В. Клевков, С.А. Медведев, А.Ф. Плотников Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 27 февраля 2002 г. Принята к печати 25 апреля 2002 г.) Определен набор глубоких электронных состояний в текстурированном поликристалле p-CdTe состава, близкого к стехиометрическому, методом емкостной спектроскопии (DLTS). Наблюдались четыре дырочные и две электронные ловушки. Показано, что наиболее глубокая дырочная ловушка с уровнем Ev + 0.86 эВ является преобладающим дефектом в данном материале. Особенности формы линии в спектре DLTS и логарифмическая зависимость заселенности этого уровня от длительности заполняющего импульса соответствуют протяженному дефекту, обусловленному, наиболее вероятно, дислокациями на границах зерен.

1. Введение ванных кристаллах, выращенных при высоких температурах из жидкой фазы, составляет в лучшем случае 1016-1017 см-3.

Контроль величины и типа проводимости при выОдним из распространенных методов изучения глуборащивании кристаллов CdTe до сих пор считается ких уровней в полупроводниках считается метод емкосттрудно разрешимой задачей. В зависимости от отклоной релаксационной спектроскопии — DLTS (Deep Level нения от стехиометрии, содержания неконтролируемых Transient Spectroscopy). Однако изучение их природы примесей и степени совершенства кристаллов удельное и установление источника происхождения с помощью сопротивление может изменяться от 103 до 108 Ом · см.

этого метода оказывается достаточно сложной задачей Независимо от методов выращивания специально не из-за присутствия в реальных кристаллах протяженных легированных монокристаллов p-CdTe, в запрещенной дефектов, которые могут взаимодействовать с примесязоне этого соединения, как правило, присутствует нами и образовывать сложные по структуре комплексы бор глубоких электронных состояний, которые оказы(пары ближнего порядка). В результате такого взаимовают существенное влияние на удельное сопротивледействия даже в присутствии небольших концентраций ние. В настоящее время удельное сопротивление CdTe неконтролируемых примесей в запрещенной зоне наблюудалось довести до 1010-1011 Ом · см, не прибегая к дается ряд глубоких электронных состояний, которые их легированию [1]. Поскольку эти экспериментальные характеризуются необычной формой линии в спектре и результаты трудно объяснить в рамках действующих мологарифмическим законом захвата неравновесных носиделей компенсации, все большее внимание стали уделять телей [2,3].

влиянию структурных дефектов (дислокаций, границ Цель настоящей работы состояла в том, чтобы опрезерен и др.) на оптические и особенно транспортные делить набор глубоких электронных состояний, хасвойства CdTe. Это связано с тем, что протяженные рактерных для текстурированных в направлении [111] дефекты являются электрически активными, участвуют поликристаллов p-CdTe с составом, близким к стев рассеянии свободных носителей, являются местом хиометрическому, и попытаться выяснить причастность скопления (стока) точечных дефектов (собственных и протяженных ростовых дефектов (дислокаций, границ примесных) в процессе роста, вызывают образование зерен) к формированию глубоких уровней, используя полей упругих деформаций и внутренних электрических метод DLTS.

полей, имеющих внутри объема кристаллов потенциальный рельеф.

Для выявления роли протяженных дефектов в форми2. Экспериментальная часть ровании глубоких электронных состояний при их взаимодействии с точечными дефектами обычно прибегают 2.1. Приготовление образцов к деформации образцов. Это, по-видимому, связано с тем, что в недеформируемых монокристаллах фоновые Поликристаллы были выращены методом свободного примеси маскируют ростовые протяженные дефекты роста в динамическом вакууме при 620C с использоваи создают определенные трудности в интерпретации нием очищенной шихты CdTe. Средний размер зерна в спектров глубоких электронных состояний. К тому же текстуре составлял 1.5-2 мм в диаметре. Разориентация содержание фоновых примесей в обычно не легиро- зерен относительно направления [111] не превышала 3-7. Плотность дислокаций в монозерне на плоско¶ E-mail: bobrova@mail1.lebedev.ru сти (111), измеренная методом травления, была меньИсследование глубоких электронных состояний в текстурированных поликристаллах p-CdTe... ше 103 см-2. Содержание основных фоновых примесей, установленное с помощью масс-спектрометрического анализа, не превышало 1015 см-3. Концентрация носителей заряда, измеренная вдоль текстуры при комнатной температуре, составила (1-3) · 1013 см-3, а подвижность дырок не менее 80 см2/В · с.

Образцы размером 10 10 2мм3 вырезались из поликристаллических слитков поперек направления роста.

После шлифовки и тщательной полировки образцы обрабатывались в бром-метаноловом травителе. Омический контакт изготавливался осаждением Au из раствора AuCl3, барьерный контакт Шоттки — залуживанием поверхности образца индием. Площадь барьерного контакта составляла 7.5 мм2.

Рис. 1. Вольт-фарадные характеристики структуры Шоттки Для оценки качества материала, нанесенных контак(обратное смещение) при температуре T, K: 1 — 150, 2 — 290, тов и интерпретации спектров DLTS были приведе3 — 370.

ны измерения вольт-амперных (I-V ) и вольт-фарадных (C-V ) характеристик в интервале температур от до 380 K.

затруднено из-за отсутствия таких данных о параметрах структуры, как толщина окисла, плотность поверхност2.2. Результаты I-V- и C-V-измерений ных состояний и др. [4]. Температурное изменение C-V I-V -характеристики структур с барьером Шоттки из- кривых указывает на тенденцию повышения барьера и мерялись при различных температурах. Сопротивление вымораживание свободных носителей заряда с понижебарьера Шоттки (R), определенное по обратной ветви нием температуры. Значения концентрации свободных I-V -характеристик, изменялось в пределах от 200 кОм носителей, определяемые методом C-V при наличии при 380 K до 2 МОм и более при T 150 K. Температонкого окисла, дают более правильные значения вблизи турная зависимость тока для малых прямых смещений нулевого смещения [4]. В частности, при комнатной темне соответствовала термоэмиссионно-диффузионной тепературе методом C-V в области нулевого смещения ории, что не позволило оценить высоту барьера Шотполучено значение концентрации 2 · 1013 см-3, хорошо тки. В интервале температур 240-340 K при малых согласующееся с данными холловских измерений. При напряжениях прямого смещения (< 0.5В) наблюдался температуре 370 K концентрация носителей имела знаучасток быстрого возрастания тока с последующим чение 4 · 1013 см-3. Существенное вымораживание свозамедлением, что, возможно, связано с существованием бодных носителей заряда наблюдалось при температурах внутренних потенциальных барьеров на дислокациях ниже 150 K. Концентрация носителей, рассчитанная из или границах зерен. Кроме того, влияние на I-V -хапоследовательного сопротивления на переменном токе, рактеристики могут оказывать наличие тонкого окисла при комнатной температуре превышает в 2-3 раза и туннелирование, а также такие процессы, как рекомконцентрацию, определяемую по C-V -характеристике бинация и захват на ловушки, вымораживание носителей или эффекту Холла на постоянном токе. Расхождение, заряда. Последовательное сопротивление структуры (r) возможно, связано с влиянием внутренних барьеров в при заданном обратном смещении определено с пополикристалле. При других температурах сопоставление мощью мостовых измерений на переменном токе на затруднено, так как нет данных о температурной зависичастоте измерений DLTS-спектров. Существенное увемости подвижности в поликристаллах.

личение r (от 700 до 6000 Ом) и одновременное уменьшение емкости C (от 50 до 25 пФ при смещении Vb = 6В) происходило с понижением температуры 2.3. Измерения спектров глубоких уровней от 150 до 110 K.

методом DLTS Зависимости 1/C2 от напряжения обратного смещеЗапись спектров проводилась на автоматизированной ния (рис. 1) при всех температурах были нелинейными, установке методом стробинтегратора с накоплением что может быть связано с образованием инверсионного слоя вблизи поверхности при наличии туннельно- данных в компьютере. Установка позволяла за один температурный проход от 80 до 380 K записать спектры для прозрачного окисла под контактом Шоттки [4] и(или) четырех окон скорости эмиссии. Времена релаксации с влиянием поверхностных состояний [5]. Как будет показано далее, наши экспериментальные данные соот- емкости ( ) измерялись в интервале от 4 до 320 мс.

ветствуют наличию инверсионного слоя вблизи поверх- Длительность импульса заполнения ( 4мс) была доности. Определение высоты барьера Шоттки по зави- статочной для получения максимальной заселенности симости 1/C2 от V при существовании тонкого окисла глубоких уровней.

2 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1428 Е.А. Боброва, Ю.В. Клевков, С.А. Медведев, А.Ф. Плотников В связи с увеличением последовательного сопротивления диода Шоттки при низких температурах была определена область температур, в которой допустимы измерения методом DLTS. Известно, что при измерении емкости мостовым методом последовательно включенные емкость и сопротивление реальной структуры преобразуются в эквивалентную параллельную цепочку [6]. Если последовательное сопротивление структуры больше некоторого значения, то сигнал DLTS падает, а измеряемая емкость становится меньше действительной.

С дальнейшим увеличением последовательного сопротивления, когда нарушается условие rC < 1 + r/R, (1) Рис. 2. Спектры DLTS структуры Шоттки при смещении происходит переворот фазы измеряемого сигнала.

Vb = +6 В и напряжении заполняющего импульса Vp, В:

В условии (1) — частота измерительного сигнала 1 — -4, 2 — -6.5, 3 — -7.5. Стробы: t1 = 4мс, t2 = 8мс.

(в нашем эксперименте 2 · 840 кГц), R, r и C — параметры структуры, определенные выше.

В выражении (1), как следует из I-V -характеристик, отношением r/R всегда можно пренебречь. Для уменьшения C в (1) режим записи спектров DLTS выбирался преимущественно с использованием больших смещений на структуре. Величина rC изменялась от 0.2 до 0.в интервале температур от 150 до 110 K, что приводило к падению чувствительности измерений. Экспериментально проверено также, что для температур выше 100 K переворота фазы сигнала не происходит при выбранных режимах измерений.

В спектрах DLTS наблюдалось 4 пика, соответствующих захвату основных носителей — дырок (рис. 2, 3), и 2 пика, связанных с захватом электронов (рис. 4).

В области температур, где регистрируются пики H1, H2, чувствительность измерительного моста примерно Рис. 3. Спектры DLTS структуры Шоттки при смещев 3 раза меньше, чем для пиков H3, H4. Энергии нии Vb = +6 В и напряжении заполняющего импульса активации Et - Ev, Ec - Et и сечения захвата глубоких Vp = -1В (1 — эксперимент, 2 — расчетная кривая). Стробы:

уровней, определенные в предположении независимости t1 = 320 мс, t2 = 640 мс.

сечения захвата от температуры, приведены в таблице.

Полевой зависимости положения наиболее интенсивных пиков не наблюдалось.

Параметры глубоких уровней Et-Ev, эВ, см2 Ec-Et, эВ, смH1 0.24 ± 0.02 2 · 10-14 E1 0.17 ± 0.01 7 · 10-H2 0.26 ± 0.02 1.5 · 10-14 E2 0.34 ± 0.02 4 · 10-H3 0.45 ± 0.01 3 · 10-H4 0.86 ± 0.03 2.4 · 10-Наличие пиков положительной полярности (рис. 4) указывает на присутствие слоя с инверсной проводимостью вблизи поверхности полупроводника под контакРис. 4. Спектры DLTS структуры Шоттки при смещении том Шоттки. Во время действия заполняющего импульса Vb = +2 В и напряжении заполняющего импульса Vp = -1В инжекция электронов из этого слоя в p-область структу(точки — эксперимент, сплошная линия — расчетная кривая).

ры сопровождается их захватом глубокими электронным Стробы: t1 = 4мс, t2 = 8мс.

ловушками.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Исследование глубоких электронных состояний в текстурированных поликристаллах p-CdTe... мальные пики с увеличением амплитуды заполняющего импульса полностью маскируют пики, обусловленные захватом электронов. Наблюдаемое температурное смещение пика A с увеличением амплитуды инжектирующего импульса скорее всего связано с зависящим от температуры туннелированием неосновных носителей из металла в полупроводник [9,10], так как объемная тепловая генерация носителей при температурах 200 K очень мала.

Для пика H4 при амплитуде заполняющего импульса, равной приложенному обратному смещению, наблюдался сигнал C/C 0.1. Оценки концентрации NT центров H4 с учетом области зондирования показали, что NT соизмерима с концентрацией основных носитеРис. 5. Спектры DLTS структуры Шоттки при смещении лей заряда N. В случае произвольного значения NT /N Vb = +6 В и напряжении заполняющего импульса Vp, В:

и C/C0 1 (при малой амплитуде заполняющего 1 — -3, 2 — -4, 3 — -6; 4 — Vb = +6В, Vp = -6.5;

импульса) для оценки NT справедливо соотношение 5 — Vb =+1В, Vp = -5 В. Стробы: t1 = 4мс, t2 = 8мс.

NT /N = 2( C/C0)/ K - (2 C/C0)(1 - C0/C), (2) Энергия и сечение захвата уровней определены либо где K =(1 -C0/Cb)(1 +C0/Cb - 2C0/C), C0 — емкость путем построения зависимости Аррениуса (H3), либо, в при обратном смещении на структуре, Cb — емкость в связи с влиянием соседних линий, подгонкой параметров момент действия заполняющего импульса, C — емкость расчетного спектра до совмещения его по форме и слоя от точки пересечения уровня ловушки и уровня положению с экспериментальным (H1, H2, E2), либо Ферми до области нейтральности. Предполагается тактем и другим способом (E1, H4). В пределах температур же, что в (2) NT и N постоянны.

записи отдельных линий изменением чувствительности Оценки концентрации центров H4 и H3 дают значения моста можно было пренебречь.

2 · 1013 см-3 в области зондирования 4.5-6.5мкм и Помимо указанных пиков наблюдался пик (A) с ано4 · 1010 см-3 в области зондирования 6-12 мкм соотмальными свойствами (рис. 2), положение и ампливетственно. Для других центров эти оценки затруднетуда которого сильно зависели от режима измерений, ны из-за большой погрешности. Измерения спектров главным образом от величины заполняющего импульса.

в различных режимах показывают, что распределение С ростом напряжения импульса пик смещался от темпецентров H3 и H4 в указанных пределах близко к ратуры 140 K до температуры 220 K, раздваивался равномерному.

в некотором интервале температур (A1 и A2 на рис. 2, 5) Форму кривой релаксации емкости в случае, когда NT и сильно возрастал. Для импульса прямого смещения, и N соизмеримы, а C/C0 1, можно описать выражепревышавшего обратное на несколько вольт, амплитуда нием релаксации емкости достигала примерно 20 пФ при исходной емкости структуры около 50 пФ.

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.