WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1 Структурно сложные двухдырочные и двухэлектронные медленные ловушки с бикинетическими свойствами в кристаллах p-ZnTe, n-ZnS © М.А. Ризаханов, Е.М. Зобов¶, М.М. Хамидов Институт физики им. Х.И. Амирханова Дагестанского научного центра Российской академии наук, 367003 Махачкала, Россия Дагестанский государственный университет, 367000 Махачкала, Россия (Получена 11 марта 2003 г. Принята к печати 12 мая 2003 г.) Термо- и фотоактивационными методами установлено существование в кристаллах p-ZnTe и n-ZnS соответственно двухдырочных и двухэлектронных ловушек с множеством энергетических состояний, которые в каждом из этих соединений сгруппированы в две серии уровней EV +(0.46-0.66) эВ и EV +(0.06-0.26) эВ в p-ZnTe и EC - (0.6-0.65) эВ, EC - (0.14-0.18) эВ в n-ZnS. Как дырочные, так и электронные ловушки относятся к классу медленных ловушек с бикинетическими свойствами: они в состоянии с одним носителем заряда проявляют нормальные, а в состоянии с двумя носителями заряда — аномальные кинетические свойства.

Предложены многопараметровые модели, допускающие связь ловушек в p-ZnTe и n-ZnS с распределенными по межатомному расстоянию вакансионно-примесными парами, локализованными в области макронеоднородностей с отталкивающими основные носители заряда коллективными электрическими полями. В рамках моделей непротиворечиво объяснены основные особенности поведения электронных и дырочных ловушек.

Методами термостимулированных токов (ТСТ) и ин- нации R 1) [2], дуцированной примесной фотопроводимости (ИПФ) в кристаллах p-ZnTe, n-ZnS исследованы двухдырочные Et · Nef · St kT2 I(T ) =I0 exp - exp и двухэлектронные ловушки с весьма близкими фотоkT Et электрическими свойствами. К выводу об их образовании приводит термодинамика собственных дефектов в Et 4kT exp - 1 +, (1) соединениях AIIBVI [1]. Основные свойства дырочных и kT Et электронных ловушек объяснены в предположении об их связи с вакансионно-примесными парами (ВПП), в где состав которых входят соответственно катионная (VK) I0 = · · Nef · St · nt0, (2) и анионная (VA) вакансия. Предлагаемые модельные Et — энергия ионизации ловушки, St — сечение захвата представления о дырочных и электронных ловушках, основного носителя заряда, nt0 — начальное число взятые в полном объеме, включают также идею о роли носителей заряда на ловушке, — тепловая скорость микронеоднородностей точечных дефектов и макронеодносителей заряда, Nef — эффективная плотность состонородностей кристаллов p-ZnTe и n-ZnS в формировании яний в зоне основных носителей заряда, —скорость характеристических параметров ловушек. Показано, что нагрева образца при записи спектра ТСТ, — фактор, как дырочные, так и электронные центры относятся к зависящий от геометрии образца, величины внешнего классу медленных ловушек. Они в состоянии с одним электрического поля, заряда, времени жизни, подвижноносителем заряда проявляют нормальные, а в состоянии сти основных носителей заряда.

с двумя носителями заряда — аномальные кинетические На начальном этапе термоионизации ловушки вклад в свойства.

зависимость I(T ) второй экспоненты выражения (1) мал.

Рост ТСТ на этом этапе носит экспоненциальный характер. Используя этот результат, в практику исследования 1. Термостимулированные токи ловушек внедрены методы оценки энергии Et по наклону прямой [3,4], Et 1.1. Термостимулированные методы оценки lg I(T ) =lg I0 -, (3) и контроля характеристических kT параметров ловушек и сечения по формуле [5,6] Величина ТСТ, вызванного термоионизацией медлен- · Iext St =. (4) ной ловушки (отношение скорости захвата основного · Nef T носителя заряда на ловушку к скорости его рекомбиФормула (4) следует из выражений (2) и (3) при замене ¶ E-mail: zob_em@mail.ru величины I на ее экстраполированное значение Iext в 4 50 М.А. Ризаханов, Е.М. Зобов, М.М. Хамидов Основание треугольника лежит на оси абсцисс lg I = и проходит через максимум полосы ТСТ. Оно имеет длину 103/T0, равную абсциссе точки пересечения оси абсцисс с прямой (3), экстраполированная часть которой играет роль гипотенузы треугольника. Длина вертикального катета lg Iext = 103/T0 tg. Тангенс угла наклона прямой (3) к оси абсцисс определяет Et. Из выражения lg Iext следует еще один практически важный (ранее не известный) результат: tg через величину tg TIext = 10 определяет и сечение медленных ловушек St (см. формулу 4).

Переход от спектра ТСТ (1) к точке его максимума, где T = Tm и dI/dT = 0, приводит к равенству [8] St Et lg = lg e. (5) S0 kTm St Et Оно в безразмерных координатах lg, представS0 kTm ляет собой универсальную диаграмму характеристических параметров медленных ловушек (Et, St) и соответствующих термостимулированных полос (, Tm) в полупроводниках и диэлектриках. Параметр S0 = /Nef Tm.

Точность оценки параметров Et и St может быть проконтролирована по их соответствию диаграмме (5), а также по степени совпадения геометрии экспериментальных полос и полос (1), рассчитанных с использованием этих параметров.

Рис. 1. a — интегральный спектр ТСТ в кристалле p-ZnTe. 1.2. ТСТ и характеристические параметры b–k: сплошные линии — низкотемпературные фрагменты тео- ловушек ретических полос ТСТ (1); точки — экспериментальные знаИнтегральные спектры ТСТ в температурном диапачения ТСТ, выделенные методом „термоочистки“. Пунктирная зоне 90-300 K как в p-ZnTe (рис. 1, кривая a), так и линия — огибающая элементарных полос b–e. Скорость записи в n-ZnS (рис. 2, кривая a) состоят из двух широких спектров ТСТ = 0.2Kc-1. a — температурная зависимость интенсивности ИПФ. На вставке — произвольно взятый спектр полос. Разложение их методом „термоочистки“ [7] на ТСЛ в координатах lg I, 103/T (сплошная жирная кривая);

элементарные полосы (рис. 1, кривые b–k; рис. 2, треугольник с вершинами в точках [0.0], [lg Iext, 0], [0, 103/T0].

кривые b–d) и оценка энергии Et ловушек по методу (3) обнаруживают в каждом из соединений энергетические состояния, квазинепрерывно сгруппированные в двух -близких по ширине, но достаточно далеко расположенточке пересечения прямой (3) с осью ординат T = 0, ных друг от друга интервалах (рис. 3, схемы c, c ). Состоконцентрации nt0 — на отношение /, площади яния EV +(0.45-0.66) эВ (дырочные уровни I) в p-ZnTe дискретной полосы ТСТ — на ее полуширину T.

ответственны за высокотемпературную интегральную Равенство = T справедливо для модельной (чисто полосу ТСТ, а состояния EV +(0.06-0.26) эВ (дырочные треугольной) полосы ТСТ с амплитудным значением уровни II) — за низкотемпературную интегральную Imax = 1 (отн. ед.) и шириной основания T0 = 2 T.

полосу ТСТ (рис. 1, кривая a). Аналогичный расклад Замена площади на T при оценке St по формуле (4) существует и между интегральными полосами ТСТ приводит к ошибке, меньшей 10%, и она отражается (рис. 2, кривая a) и состояниями EC - (0.6-0.65) эВ лишь на множителе перед числом, определяющим по(электронные уровни I) и EC - (0.14-0.18) эВ (элекрядок сечения St. Полуширина T в случае сложных спектров ТСТ может быть оценена как удвоенное зна- тронные уровни II) в n-ZnS.

Сечения St измерены по формуле (4). Они в p-ZnTe чение ширины низкотемпературной части элементарной проявляют тенденцию к росту по мере увеличения полосы, выделенной методом „термоочистки“ [7].

Непосредственная оценка Iext включает процеду- энергии Et как при переходе от одного уровня к другому ры нормирования спектра ТСТ, экстраполяции прямой внутри каждого пакета уровней, так и при переходе от -1 -lg I = f (T ) до оси ординат T = 0. Простое выраже- уровней II к уровням I (рис. 4). Ширина интервалов, в ние оценки Iext следует из прямоугольного треугольника которых размещены уровни I и II в n-ZnS, весьма мала (рис. 1, вставка) в координатной системе [lg I, 103/T]. (рис. 3). По этой причине строго судить о характере Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Структурно сложные двухдырочные и двухэлектронные медленные ловушки с бикинетическими... Рис. 4. Зависимость сечений St ловушек в p-ZnTe от обратной температуры максимума соответствующих дискретных полос ТСТ, выделенных методом „термоочистки“ (рис. 1). На вставке:

прямая — универсальная [St/S0, Et/kTm] — диаграмма характеристических параметров ловушек (Et, St) и спектров ТСТ (Tm, ). Точки на прямой отвечают экспериментальным параметрам ловушек и соответствующих полос ТСТ в p-ZnTe и n-ZnS.

Рис. 2. a —интегральный спектр ТСТ в кристалле n —ZnS.

b-d: сплошные линии — низкотемпературные фрагменты теоретических полос ТСТ (1); точки — экспериментальные зависимости St от энергии Et внутри системы уровней I значения ТСТ, выделенные методом „термоочистки“. Скорость и II в n-ZnS не представляется возможным. Переход же записи спектров ТСТ = 0.2Kc-1. a — температурная завиот уровней II к уровням I и в n-ZnS сопровождается симость интенсивности ИПФ.

скачкообразным ростом St. Сечения наиболее глубоких состояний EC - 0.65 эВ и EC - 0.18 эВ в системе электронных уровней I и II, которые в соответствии с предлагаемой моделью (разд. 3) связаны с изолиро+ ванными1 вакансиями VA и VA, соответственно равны St 10-15 см2 и St 10-22 см2.

= = Параметры Et и St ловушек укладываются (рис. 4, вставка) на универсальную диаграмму (5). Об их точности свидетельствует также согласие геометрии экспериментальных полос (на рис. 1 и 2 они представлены точками) и рассчитанных (рис. 1, низкотемпературная часть кривой a, кривые b–k; рис. 2, низкотемпературная часть кривой a, кривые b–d) с использованием значений Et и St полос (1).

2. Спектры ИПФ. Спектральный сдвиг полос ИПФ Рис. 3. a — схема электронных уровней вакансии VA, теоре- Спектр ИПФ в p-ZnTe, измеренный при 295 K в тически предсказанных в n-ZnS [1]. b, c — схемы электронных режиме последовательного возбуждения зона-зонным уровней изолированной вакансии VA (схема b) и ВПП из и примесным светом, имеет максимум над точкой вакансии VA и мелкого ионизованного акцептора (rm 30 ) hmax 0.84 эВ (рис. 5, кривая a). Аналогичные изме= в кристалле n-ZnS (экспериментальные результаты настоящей рения в n-ZnS обнаруживают полосу с hmax = 0.85 эВ работы). a — схема дырочных уровней в p-ZnTe, составленная (рис. 5, вставка, кривая a ). В режиме комбинированпо литературным данным [9–16]. b, c — схемы дырочных ного возбуждения полосы ИПФ в обоих соединениях уровней изолированной вакансии VK (схема b ) и ВПП из испытывают спектральный j-сдвиг в область меньших вакансии VK и мелкого ионизованного донора в катионном узле в p-ZnTe (экспериментальные результаты настоящей работы).

Если специально не оговорено, то здесь и далее состояния I и II Числа m = 1, 2,..., — номера координационных сфер, на вакансий VK и VA обозначены с учетом их заряда, приобретаемого при которых размещены атомы ВПП.

локализации на них основных носителей заряда.

4 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 52 М.А. Ризаханов, Е.М. Зобов, М.М. Хамидов в нем дырочных уровней соответствует спектру, установленному здесь в отдельно взятом кристалле p-ZnTe (ср. схемы a, c на рис. 3). Высокая информационная ценность предпринятых нами исследований — результат одновременного использования методов термо- и фотоэлектрической спектроскопии. Существенно и то, что эти методы реализованы в режиме изменения положения квазиуровней Ферми в широком интервале энергии.

Согласно предлагаемой нами модели, дырочные ловушки EV +(0.45-0.66) эВ и EV +(0.06-0.26) эВ в p-ZnTe связаны с распределенными по всевозможным значениям межатомного расстояния (rm) вакансионнопримесными парами (ВПП). ВПП состоят из атомов мелкого ионизированного донора в катионном узле решетки (D+) (например, остаточная примесь Al) и K вакансии VK. Наиболее глубокие дырочные состояния EV + 0.66 эВ и EV + 0.26 эВ в пакетах уровней I и II - принадлежат изолированным вакансиям VK, VK.

Что же касается электронных ловушек в n-ZnS, то Рис. 5. a–f — спектры ИПФ, измеренные в p-ZnTe в допускается, что они также связаны с ВПП, но, в зависимости от уровня фонового возбуждения зона-зонным отличие от ВПП в p-ZnTe, состоят из хаотически рассветом. Вставка: a –c —спектры ИПФ в n-ZnS, измеренные пределенных (rm 30 ) атомов акцептора AK (атомы по аналогичной методике. Рост интенсивности фонового возостаточной примеси элементов I и V группы) и ваканбуждения зона-зонным светом отвечает алфавитному порядку сии VA. В соответствии с предлагаемой моделью исследообозначений спектров.

вания n-ZnS, отожженного в расплаве Zn, подтверждают участие собственных дефектов в образовании электронных ловушек (рис. 6, вставка, кривая a). Наиболее энергий (рис. 5, кривые a–f; вставка, кривые a –c ).

глубокие состояния в системе электронных уровней I + Величина j-сдвига зависит от интенсивности фоновой и II в n-ZnS, которые принадлежат изолированным VA подсветки зона-зонным светом. Максимальная величина и VA -центрам, по своему энергетическому положению эффекта в каждом из соединений равна ширине соот ветствующего пакета уровней I: в p-ZnTe 0.2эВ, в = n-ZnS 0.05 эВ (рис. 3).

= Оптические энергии ионизации фотоэлектрически активных ловушек (E0) оценены по квантам света h, на которые приходятся низкоэнергетические точки полос ИПФ с интенсивностью I = 0.1Imax (рис. 4). Как доказательство общей природы высокотемпературных интегральных полос ТСТ и спектров ИПФ, значения Eв каждом из соединений укладываются в интервале, в котором размещены термические энергии Et уровней I.

Эффект Франка–Кондона для уровней I мал, несмотря на их большую глубину ( E = E0 - Et 0.03 эВ).

В разд. 4 представлены данные о том, что не только спектры ИПФ и высокотемпературные полосы ТСТ, но и весь комплекс исследованных неравновесных явлений в каждом из соединений имеют общую природу.

3. Вакансионно-примесные модели ловушек Рис. 6. Значения интенсивности ИПФ и низкотемпературной Согласно авторам предпринятых ранее исследований полосы ТСТ в различных образцах p-ZnTe и n-ZnS. Вставки:

(см., например, [9–16]), дырочные ловушки в p-ZnTe a — кривая зависимости интенсивности ИПФ в n-ZnS от могут быть связаны с катионными вакансиями, акцепвремени отжига в расплаве Zn при 920 K: зависимости инторными примесями элементов I группы и др. Число тенсивности ИПФ в n-ZnS от уровня фонового возбуждения уровней в каждой из этих работ составляло от одного до зона-зонным светом (оцениваемого по величине собственной четырех. Все они, собранные вместе, образуют богатый фотопроводимости) при температуре T, K: a — 293, b — 233, спектр, который по ширине и характеру распределения c — 203, d — 138, e — 100.

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.