WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № 1 Спектры фотопроводимости кристаллов CdHgTe с фотоактивными включениями © А.И. Власенко, З.К. Власенко, А.В. Любченко Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252028 Киев, Украина (Получена 10 апреля 1998 г. Принята к печати 12 мая 1998 г.) Проведен анализ генерационно-рекомбинационной активности широкозонных и узкозонных включений в матрице CdHgTe. Установлена чувствительность формы спектральной характеристики фотопроводимости к типу имеющихся в матрице включений — формирование дополнительных максимумов в области фундаментального поглощения широкозонными включениями, размытие ее длинноволнового края узкозонными включениями.

Установлено, что форма спектров фотопроводимости неоднородных кристаллов зависит от величины и полярности прикладываемого напряжения смещения. Обнаружена зависящая от длины волны знакопеременная фотоэдс, аналогичная спектрам фоточувствительности встречновключенных барьеров в варизонных слоях.

Ввдение между хвостами плотности состояний, можно учесть введением квазиоднородного по объему коэффициента поглощения, а следовательно, и скорости фотогенеПредельные функциональные параметры полупроводрации G с экспоненциальной зависимостью от h [8] никовых фотоэлектрических материалов ограничивают(в соответствии с правилом Урбаха). Времена жизни ся, как правило, их структурным совершенством [1–3].

неравновесных носителей заряда (ННЗ) и их поВ значительной степени это относится к узкозонным движности µ в этом случае также можно принять как полупроводниковым твердым растворам (ТР), в частноспространственно усредненные спектрально независимые ти, CdHgTe (КРТ), которым присуща развитая система величины, а влиянием диффузионных и диффузионнособственных точечных и протяженных дефектов. В [4–6] дрейфовых микропотоков ННЗ можно пренебречь.

было показано, что флуктуация состава, включения втоПо данным электронно-зондового рентгеноспектральрой фазы, в частности Te, малоугловые границы ограного микроанализа (Camebax) (рис. 1), в ТР КРТ наничивают их фоточувствительность. В [7] установлен блюдаются включения с составом, отличающимся от механизм деградации ТР КРТ, связанный с его распадом матричного большим или меньшим содержанием Hg вследствие массопереноса и геттерирования подвижной (рис. 1, a, c), с соответственно меньшей или большей компоненты Hg в деформационных полях макродефекшириной запрещенной зоны Eg, а также включения тов решетки. В то же время детальный анализ фотовторой фазы, например Te (рис. 1, b).

электрических свойств кристаллов с пространственными При анализе спектрального распределения фоточувнеоднородностями отсутствует. В настоящей работе на ствительности таких кристаллов следует рассматривать основе экспериментальных данных приводится анализ генерационно-рекомбинационные параметры отдельно фотоэлектрических характеристик кристаллов КРТ с фодля матрицы и включений с учетом диффузионно-дрейтоактивными включениями в сопоставлении с данными фового обмена ННЗ между ними. Необходим также ренгтеноспектрального анализа по типу пространственучет свойств переходного слоя (на границе матрица– ных неоднородностей. Под фотоактивными будем понивключение), характеризующегося, как правило, повымать включения с параметрами фотопроводимости (ФП) шенной плотностью дислокаций (из-за несоответствия (генерации, рекомбинации, переноса ННЗ), отличающипараметров решетки, различия температурных коэффимися от матричных.

циентов расширения и проч.), изменением концентрации точечных дефектов, остаточными упругими деформациями сжатия или растяжения, что может приводить к формированию сложного рельефа энергетических зон, Экспериментальные результаты в складках которого ННЗ могут интенсивно рекомбии их анализ нировать или накапливаться. Как было показано в [4,7] на примере включений Te и механических нарушеВлияние микрофлуктуаций состава и уровней легиний, эти области обогащаются Hg настолько, что в их рования мелкими примесями, приводящих к появлеокрестности материал становится полуметаллическим, с нию ”хвостов” плотности состояний, на формирование повышенным темпом рекомбинации и низкой фоточувспектров ФП полупроводников заключается в основ- ствительностью. Естественно, в таких структурах могут ном в размытии ее длинноволнового края. При этом изменяться и параметры переноса ННЗ, определяющие микрофлуктуации поглощения, связанные с переходами их подвижность.

48 А.И. Власенко, З.К. Власенко, А.В. Любченко чение, рассчитанные по (1) при различных соотношениях Gii/Gvv для кристаллов КРТ n-типа с x = 0.(n0v 3 · 1014 см-3, v 6 · 10-6 с Lv 50 мкм, i 6 · 10-7 с Li 15 мкм, Di Dv).

При уменьшении Gii/Gvv < 1 (геттерирующее включение) увеличивается эффективный объем геттерирования ННЗ из матрицы во включение. С ростом Gii/Gvv > 1 (инжектирующее включение) увеличивается эффективный объем инжекции ННЗ из включения;

заметим, что при rc > Li следует учитывать диффузию и рекомбинацию ННЗ во включении; при rc Li все генерированные во включения ННЗ инжектируются в матрицу. Отметим также чувствительность n(r) к соотношению параметров Di/Dv (особенно при инверсии типа проводимости во включении, когда различие между Di и Dv может достигать 1–2 порядков). В реальной ситуации распределение n(r) следует рассчитывать с учетом возникающих между матрицей и включением Рис. 1. Распределение состава компонент неоднородных рекомбинационных барьеров для ННЗ.

кристаллов КРТ — Cd, Hg, Te: a) с включениями, обо- При дальнейшем анализе не будем учитывать отклогащенными Cd; b) с включениями Te; c) с включениями, нений параметров рекомбинации и переноса в прилегаю обогащенными Hg. JCd — уровень нулевого содержания Cd.

щих к включениям областях от матричных. Примем также, что включения имеют островковый характер и изолированы друг от друга матрицей, в противном случае они могут образовать сплошной кластер с параллельным Влияние таких областей усиливается, если учитывать матрице каналом ФП.

их дальнодействие, т. е. расстояние, на которое они вноРассмотрим материал с широкозонными включениями сят возмущение в распределение ННЗ (Leff). Различия в с Egi > Egv (рис. 1, a, b). При освещении квантами параметрах генерации, переноса и рекомбинации ННЗ с энергиями h Egi генерация ННЗ во включениях приводят к возникновению диффузионных потоков, на будет иметь место лишь в случае их расположения на которые, как правило, накладывается дрейф в электричерасстоянии l от поверхности, не превышающем глубину ских полях варизонного (var Eg) или концентрационного проникновения света соответствующего спектрального (var n0) потенциалов. Пространственное распределение диапазона l < 1/. Очевидно, что в области насыщения концентрации ННЗ n(r) становится сложным и зависит для составов матрицы и включений ( 10-4 см-1) [10] от формы векторного поля электрических (квазиэлекGi Gv. Если концентрация ННЗ во включениях претрических) полей. Величина Leff определяется парамевышает матричную (Gii > Gvv, что возможно лишь трами диффузии и дрейфа, а при малых геометрических при i > v), то прилегающие к включениям области размерах включений и их размером [9], а точнее, — будут обогащаться ННЗ за счет их инжекции из вклюих формой, и ее следует анализировать отдельно для чений (рис. 2, кривые 1–3) (в случае образования ими каждого конкретного случая.

слошного кластера они сами будут давать вклад в ФП).

В приближении диффузионного распределения ННЗ и Последующая рекомбинация ННЗ может происходить отсутствия энергетических барьеров между матрицей и как в приповерхностной области с временем жизни s, завключением в [6] получены решения уравнения непредаваемым рекомбинацией на формообразующей поверхрывности для распределения nv(r):

ности, так и в объеме матрицы с объемным временем жизни v, как правило, превышающим s [11,12]. Кроме rc r - rc nv(r) =Gvv 1 - exp того, при облучении кристалла квантами с энергиями r Lv Egv < h < Egi включение будет пассивно пропускать этот свет в глубь кристалла (канал прозрачности), где (1 - Gii/Gvv) rc/Li - th(rc/Li) в прилегающих к включениям слоях матрицы на рас, rc/Li + th(rc/Li) Dv(1 + rc/Lv)/Di - стояниях 1/ ННЗ будут генерироваться и реком(1) бинировать, как и в предыдущем случае, с временем где r — радиус-вектор, rc — радиус включения, D —ко- жизни v. Это может иметь место, если размеры широэффициент диффузии, Lv,i =(Dv,i ·v,i)1/2 — (индексы v, i козонных включений, а следовательно, и расстояния от относятся к объему матрицы и включения соответствен- поверхности, на которых генерируются ННЗ, превышают но). Параметр Gv,iv,i определяет концентрацию ННЗ. расстояние ls = (Dvs)1/2, которое по оценкам, привеНа рис. 2 приведены кривые пространственного рас- денным в [12], может достигать 15–20 мкм при скорости пределения ННЗ в системе матрица–сферическое вклю- поверхностной рекомбинации s 103 см/с.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № Спектры фотопроводимости кристаллов CdHgTe с фотоактивными включениями сти = 0.8-1 мкм, соответствующие составам с Eg, близкой к CdTe. С ростом T и переходом в область собственной проводимости времена жизни в матрице и включениях сближаются, спектральный рельеф ФП изменяется. Спектральная чуувствительность этих максимумов и длинноволнового максимума к изменению T различна, что объясняется различным коэффициентом dEg/dT для составов матрицы и включений [14].

Очевидно, что широкозонные включения, расположенные в объеме матрицы на расстоянии от поверхности, превышающем глубину поглощения квантов h > Egi, не являются фотоактивными и дополнительных максимумов в спектры ФП не вносят. Эти включения, однако, могут существенно занижать экспериментально определяемые значения µh (в связи с изменением условий токопрохождения через кристалл). Учет уменьшения рабочего объема фотоактивной матрицы важен при теоретических расчетах квантового выхода и фоточувствительности приборных структур.

Если параметры широкозонных включений таковы, Рис. 2. Относительное пространственное распределение ННЗ что Gii < Gvv, то генерированные во включении ННЗ в области, прилегающей к включению, рассчитанное по (1) при будут рекомбинировать во включении (без инжекции в значениях параметров Gii/Gvv: 1 — 30, 2 — 10, 3 —3, 4 —1, матрицу), не фотоочувствляя образец. С другой стороны, 5 —0.3, 6 —0.1.

диффузионный сток и рекомбинация в них ННЗ (т. е. их геттерирование из прилегающих областей матрицы) будут также затруднены из-за наличия потенциального В [6] отмечалась возможность увеличения в матрице барьера E |Egi-Egv|, что, как и в предыдущем случае, квантового выхода фотоэффекта за счет ударной генеприводит к их исключению из фотоактивного объема марации при ее облучении через прозначные широкозонтрицы (при рекомбинационно-нейтральной поверхности ные включения квантами с энергиями h >2Eg. В КРТ раздела).

с Eg 0.1 эВ этот эффект начинает проявляться при h 0.5эВ [13].

Перечисленное может приводить к фоточувствлению кристалла в спектральном диапазоне h > Egv и формированию немонотонной спектральной характеристики ФП с дополнительными максимумами при h Egi.

Отметим, что указанное имеет место лишь в случае рекомбинационной нейтральности поверхности раздела матрица–включение. При высокой скорости рекомбинации на границе раздела (si 1) включение будут играть роль стоков ННЗ как со стороны включений, так и матрицы — фоточувствительность будет падать во всем спектральном диапазоне [4].

При h Egv при отсутствии узкозонных включений должен формироваться экспоненциальный край ФП за счет урбаховского края поглощения.

Спектры ФП при различных температурах для кристалла, содержащего в приповерхностных областях широкозонные включения КРТ и включения Te (рис. 1, a, b — глубина зондирования 2–3 мкм), представлены на рис. 3. Максимумы в области фундаментального поглощения можно связать с фотоэлектрической активностью этих областей. Максимумы в области = 3-4 мкм соответствуют Eg для Te (или Рис. 3. Спектральное распределение фоточувствительности Uc КРТ с x = 0.4). Следует отметить и наиболее часто для образца с широкозонными включениями и включениями Te проявляющиеся в таких кристаллах максимумы в обла- при T, K: 1 — 85, 2 — 145, 3 — 300.

4 Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № 50 А.И. Власенко, З.К. Власенко, А.В. Любченко спектральные характеристики ФП будут содержать все рассмотренные особенности. На рис. 4 представлены спектры ФП для одного из таких образцов.

Форма спектральной характеристики фоточувствительности неоднородных кристаллов и ее длинноволновый край часто зависят от величины и полярности напряжения смещения Ub (рис. 4, кривые 1, 2). Этот эффект в неоднородном материале с потенциальным рельефом может быть обусловлен генерацией пар ННЗ в области барьеров фотонами с h < Eg в результате межзонных переходов с туннелированием. Чем сильнее внутреннее поле в барьере, тем дальше в инфракрасную область простирается хвост фоточувствительности. При ихменении величины или полярности Ub электрическое поле в барьере будет изменяться, а низкоэнергетический край ФП — смещаться в сторону больших или меньших Рис. 4. Спектральное распределение фоточувствительности Uc энергий (эффект Келдыша–Франца) [8]. Наблюдаемая для образца с узкозонными и широкозонными включениями фотоэдс (рис. 4, кривая 3), величина и полярность при различной полярности смещения, Ub: 1 — > 0, 2 — < 0, которой зависят от h, может быть связана с наличием 3 — = 0.

встречновключенных потенциальных барьеров в варизонных участках образца [16].

Если параметры узкозонных включений таковы, что Проведем далее анализ для материала с обогащенныGii < Gvv (это имеет место, когда i v, в этом ми Hg узкозонными включениями (Egi < Egv) (рис. 1, c).

случае Gi может и превышать Gv), фоточувствительность (Отметим, что области, прилегающие к включениям Te, кристалла падает во всем спектральном диапазоне. Этот также обогащены Hg) (рис. 1, b). Рассмотрим случай, эффект наблюдался на достаточно большой группе некогда Gii > Gvv. При облучении таких кристаллов однородных кристаллов с концентрацией равновесных квантами h > Egv фотогенерация будет происходить носителей 3 · 1014-3 · 1015 см-3, которые при теорена глубине поглощения света в приповерхностном слое тических для межзонной оже-рекомбинации 10-6 с матрицы и в находящихся в этом слое узкозонных имели 10-7 с, что не находило объяснений.

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.