WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 2 Устойчивость фотоотклика кристаллов Cd1-xZnxTe © В.К. Комарь, В.П. Мигаль¶, С.В. Сулима, А.С. Фомин¶¶ Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского „ХАИ“, 61070 Харьков, Украина НТК „Институт монокристаллов“, Институт сцинтилляционных материалов Национальной академии наук Украины, 61001 Харьков, Украина (Получена 15 марта 2005 г. Принята к печати 5 апреля 2005 г.) Разнообразие и характер распределения дефектов структуры, а также флуктуации состава обусловливают индивидуальность и неустойчивость фотоотклика I детекторов и спектрометров на основе Cd1-xZnx Te при интенсивных воздействиях или при экстремальных условиях эксплуатации. Показано, что они наиболее полно отражаются в дифференциальных спектральных характеристиках I(h) и построенных на их основе диаграммах dI/d = f (I).

PACS: 72.40.+w, 77.22.Ch В процессе эксплуатации детекторов и спектромет- и включений. Образцы второй группы, изготовленные ров -излучения на основе Cd1-xZnx Te при больших из слитков, выращенных при большей кривизне фронта перепадах температур и в широком диапазоне интен- кристаллизации, имеют ярко выраженную мозаичность сивностей воздействия был выявлен ряд проблем, ко- и содержат разнообразные границы, создаваемые двуторые тесно связаны с многообразием дефектов, по- мерными дефектами структуры (двойниками, блоками, рожденных сильно неравновесными условиями выра- полосами скольжения и т. п.).

щивания слитков большого диаметра [1]. В частности, Типичный для образцов первой группы спектр фовозникает неустойчивость детекторных и спектромет- тотока I(h) приведен на рис. 1 (кривая 1). Спектры рических характеристик, и, как следствие, проявляется фототока для таких кристаллов практически одинаковы их индивидуальность при интенсивных воздействиях.

и не зависят от направления сканирования спектра по Это обусловливает неоднозначность при обработке и шкале длин волн (энергий фотонов h), а также от вреанализе экспериментальных данных, полученных при мени сканирования. В то же время для образцов второй различных внешних условиях. Поэтому цель данной группы они охватывают большую спектральную область работы состояла в исследовании утойчивости фотоэлек- и отличаются не только друг от друга, но и зависят от трического отклика кристаллов Cd1-xZnx Te и поиск направления сканирования по шкале длин волн (рис. 1, способов выявления индивидуальных свойств. Иссле- кривые 2, 3). Оказалось также, что эти спектры зависят довались спектры стационарного фототока кристаллов и от скорости изменения длин волн (времени сканироCd1-xZnxTe (x = 0.05-0.2) с удельным сопротивлением 1010-1011 Ом · см, выращенных из расплава методом Бриджмена при различных условиях. Конфигурация фронта кристаллизации контролировалась по форме изоконцентраты Zn. Исследования ростовых дефектов проводили оптическими, диэлектрическими и акустическими методами [1]. На противоположные грани образцов, имеющих форму параллелепипеда с размерами 552мм и 11112 мм, наносились индий-галлиевые и золотые контакты. Стационарный фототок измеряли в поле с напряженностью 100–500 В/см при автоматическом сканировании спектра электрометрическим усилителем У5-6, при этом осуществлялась оцифровка сигнала и обработка на компьютере. Измерение диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь проводили на частоте 1000 Гц с помощью моста переменного тока E8-4. Все исследованные образцы, изготовленные из слитков диаметром 50 мм, условно можно разделить на две группы. К первой Рис. 1. Спектры фототока кристаллов Cd1-xZnx Te: 1 —обраотносятся оптически наиболее однородные кристаллы, зец первой группы; 2, 3 — образец второй группы, cканироимеющие незначительную концентрацию мелких пустот вание спектра при увеличении (2) и уменьшении (3) частоты;

¶ 4 — дифференциальный спектр dI/d = f () образца второй E-mail: mygal@mail.ru ¶¶ E-mail: khai_physical_lab@xai.edu.ua группы.

134 В.К. Комарь, В.П. Мигаль, С.В. Сулима, А.С. Фомин вания спектра). Это связано с зависимостью кинетики Так, наблюдается увеличение количества дугоообразфототока от длины волны фотовозбуждения, а также с ных участков на диаграммах dI/d = f (I), полученных зависимостью спектра и кинетики от фотоактивной или при большей интенсивности фотовозбуждения. Кроме электрической предыстории, т. е. времени пребывания того, на них хорошо отображаются индивидуальные образцов до измерения на свету или в электрическом особенности, связанные с фотоактивной предысторией поле. Индивидуальные особенности фотоотклика есте- (направление сканирования спектра, предварительное ственно связать с взаимосогласованными процессами фотовозбуждение и т. п.), а также с изменением времени перестройки различных подсистем кристалла. На это сканирования. Важно также, что эти зависимости сущеуказывает характер изменения кинетики с увеличением ственно облегчают сопоставительный анализ спектральинтенсивности фотовозбуждения, а также зависимость ных характеристик разных детекторов.

спектра фототока от времени его сканирования, т. е. от Выявленные особенности диаграмм dI/d = f (I) скорости изменения частоты. Возникающие при этом (рис. 2), а именно зависимость от предыстории, наедва заметные изломы в спектре фототока преобразуправления и времени сканирования спектра, а также ются в результате компьютерной обработки результатов их существенную перестройку с увеличением интенсивизмерения методом усреднения крутизны в двух соседности фотовозбуждения естественно связать с изменених точках в экстремумы дифференциального спектра нием характера взаимодействия электронной и упругой dI/d = f () (рис. 1, кривая 4). При этом увеличивается подсистем кристалла вследствие перезарядки сложных неоднозначность отклика, т. е. определенному значению центров и возникновения пространственно неоднородdI/d могут соответствовать больше двух значений ного распределения поляризационного заряда. В рамчастоты. Отметим, что количество экстремумов для всех ках релаксационной модели это можно рассматривать исследованных образцов в коротковолновой области как следствие долговременной самосогласованной переспектра, как правило, больше, чем в длинноволновой.

стройки внутренних полей [2]. Поскольку с увеличением Для изучения и анализа устойчивости фотоотклика скорости сканирования спектра наблюдается уменьшеконкретного детектора к внешним факторам нами предние количества дугообразных участков на диаграммах ложены диаграммы dI/d = f (I) (рис. 2). Они отобdI/d = f (I), а также уменьшается их разброс при ражают спектры фототока в параметрическом виде и повторных измерениях, можно сделать вывод, что в содержат замкнутые последовательности дугообразных кристалле доминируют крупномасштабные поля, переучастков. При этом на диаграммах dI/d = f (I), полустройка которых требует большего времени.

ченных при последовательном измерении спектра одноПроведенные ранее исследования оптических, диэлекго и того же образца в одинаковых условиях, выявляюттрических и акустических свойств кристаллов, полуся спектральные участки неустойчивого фотоотклика, на ченных в сильно неравновесных условиях, указывают которых наблюдается плохая воспроизводимость. Именна фрагментирование слитка, вследствие чего образцы но эти участки определяют индивидуальные особениз близлежащих областей характеризуются различными ности взаимодействия различных подсистем кристалла.

диэлектрическими, оптическими и другими параметрами [1,3–5]. Это, в частности, подтверждает характер изменения диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь при сканировании образцов второй группы монохроматическим световым зондом шириной 50 мкм. Действительно, полученные координатные зависимости (x) и (x) (x — координата положения зонда на образце) отличаются друг от друга и содержат ряд локальных экстремумов, число и распределение которых являются индивидуальным для каждого образца. Представление этих результатов в комплексной плоскости (рис. 3) показало, что диаграммы для комплексной диэлектрической проницаемости (x) содержат петлеобразные и другие особые участки, которые подтверждают существование в кристалле областей, выполняющих функции стоков и истоков полей, включений с различной проводимостью и т. п. [5].

Рис. 2. Диаграмма dI/d = f (I) для образцов Cd1-x Znx Te: 1, Отметим также, что при сканировании образца свето2 — образец второй группы, низкий уровень интенсивности вым зондом были выявлены области нестабильности фотовозбуждения F1; 3, 4 — образец второй группы, высокий диэлектрического отклика. Они, очевидно, могут быть уровень интенсивности фотовозбуждения F2 = 2F1; 5 —обрапричной плохой воспроизводимости некоторых участков зец первой группы. Штриховая линия — сканирование спектра диаграмм dI/d = f (I) (рис. 2) при прямом и обратном при увеличении частоты, сплошная — сканирование спектра при уменьшении частоты. сканированиях спектра.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Устойчивость фотоотклика кристаллов Cd1-x ZnxTe менений характеристик. Для анализа и прогнозирования наиболее подходят представленные в параметрическом виде спектры фотоотклика, а именно dI/d = f (I), так как они позволяют: а) определять устойчивость фотоотклика к внешним факторам при на порядок меньших интенсивностях воздействий; б) количественно оценивать скорость необратимых изменений по соотношению площадей соответствующих диаграмм и фазовых портретов;

в) выявлять индивидуальные особенности фотоотклика.

Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда фундаментальных исследований Украины.

Список литературы Рис. 3. Зависимость (x) для образца Cd1-xZnx Te.

[1] V. Komar, A. Gektin, D. Nalivaiko, I. Klimenko, V. Mygal, O. Panchuk, A. Rybka. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res., (1–2), 113 (2001).

[2] В.П. Мигаль, А.Л. Рвачев, О.Н. Чугай. ФТП, 19, 517 (1985).

Полученные результаты дают основания в рамках [3] V.K. Komar, V.P. Migal, O.N. Chugai, V.M. Puzikov, более общей модели рассматривать кристаллический D.P. Nalivaiko, N.N. Grebenyuk. Appl. Phys. Lett., 81, слиток как систему из совокупности различных функ- (2002).

[4] И.А. Клименко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко.

циональных элементов. При изготовлении детекторов в ФТП, 35, 139 (2001).

каждом из них содержится разное количество функцио[5] И.А. Клименко, В.П. Мигаль. ФТП, 36, 397 (2002).

нальных элементов, взаимодействие которых при фото[6] В.П. Мигаль, И.А. Клименко, А.С. Фомин. Открытые возбуждении формирует индивидуальную интегральную информационные и компьютерные интегрированные реакцию детектора на внешние воздействия. Последняя технологии (Харьков, Изд-во „ХАИ“, 2004) вып. 23, с. 63.

отображает изменение характера взаимосвязей межРедактор Л.В. Шаронова ду совокупностью элементов с целью максимального противодействия внешнему влиянию согласно принA photoresponse stability of Cd1-xZnxTe ципу Ле Шателье, который является термодинамическим обобщением закона Ленца. Поэтому диаграммму crystals dI/d = f (I) можно рассматривать как некий „порV.K. Komar, V.P. Mygal, S.V. Sulima, A.S. Phomin трет“, геометрическая конфигурация которого определяется характером взаимодействия различных подсистем N.E. Zhukovsky National Aerospace University KhAI“, ” 61070 Kharkov, Ukraine кристалла при фотовозбуждении. Предложенную модель STS Institute for Single Crystals“, подтверждают также результаты исследования динамики ” фотоотклика при периодическом фотовозбуждении де- Institute for Scintillation Materials, текторов П-образными монохроматическими импульса- National Academy of Sciences of Ukraine, 61001 Kharkov, Ukraine ми и представлении отклика в виде совокупности фазовых портретов [6]. Так, было установлено, что только образцы первой группы обладают устойчивым фотооткликом. Фазовые портреты образцов второй группы в одних спектральных участках устойчивы, а в других нет.

Кроме того, зондовое фотовозбуждение П-образными монохроматическими импульсами дает возможность выявлять устойчивые и неустойчивые области детектора, которые, очевидно, являются причиной нестабильного диэлектрического отклика. Следовательно, результаты анализа динамического фотоотклика кристаллов с помощью фазовых портретов и диаграмм dI/d = f (I) дополняют друг друга и позволяют выявлять спектральные и пространственные области неустойчивого отклика детекторов.

В заключение отметим, что в процессе эксплуатации детекторов и спектрометров на основе Cd1-xZnxTe важен контроль динамики обратимых и необратимых изФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.




© 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.