WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 2 Влияние отклонения от стехиометрии и легирования на спектры фотопроводимости слоистых кристаллов GeSe © Д.И. Блецкан¶, Й.Й. Мадяр, В.Н. Кабаций Ужгородский национальный университет, 88000 Ужгород, Украина Мукачевский технологический институт, 89600 Мукачево, Украина (Получена 12 апреля 2005 г. Принята к печати 12 мая 2005 г.) Изучены поляризационные спектры фотопроводимости слоистых кристаллов GeSe, с нарушенной стехиометрией и легированных Bi, выращенных методом статической сублимации. В спектрах специально не легированных кристаллов GeSe при 293 K в области края собственного поглощения выявлены два сильно поляризованных максимума при энергиях фотонов hmax = 1.35 эВ (E a) и hmax = 1.44 эВ (E b), обусловленных v c v c оптическими переходами V1 V1 и соответственно. В области низких температур выявлена 2 1 экситонная фотопроводимость с максимумом при hmax = 1.32 эВ, связанная с диссоциацией экситонов на катионных вакансиях. С увеличением избытка Se в кристаллах наблюдалось резкое увеличение интенсивности экситонного максимума в спектрах фотопроводимости. Показано, что эффективным средством управления электрическими и фотоэлектрическими свойствами кристаллов GeSe является легирование их донорной примесью Bi. Несмотря на то, что при введении Bi в моноселенид германия не происходит инверсии типа проводимости с p на n, наблюдается резкое увеличение удельного сопротивления, фотоочувствление кристаллов и появление в спектрах фотопроводимости интенсивной примесной полосы с максимумом на 1.11 эВ.

PACS: 72.40.+w, 61.66.Fn 1. Введение В настоящей работе приведены результаты исследования поляризационных спектров фотопроводимости (ФП) Моноселенид германия GeSe имеет две полиморфные слоистых кристаллов GeSe с нарушенной стехиометрией модификации: стабильную низкотемпературную -фазу, и легированных висмутом.

которая обладает искаженной структурой типа NaCl с параметрами ромбической решетки a = 4.387, 2. Методика эксперимента b = 3.837 и c = 10.83, пространственная группа D16-Pcmn; при температуре 924 K происходит пере2h Специально не легированные и легированные Bi моход ромбической структуры в идеальный структурный нокристаллы GeSe выращивались методом статической тип NaCl с параметром решетки кубической -фазы сублимации в запаянных предварительно откачанных a = 5.730 (при 929 K) [1,2]. Последняя устойчива до давления 133 Па кварцевых ампулах с внутренним вплоть до температуры плавления Tm = 943 K. Мехадиаметром 18-22 мм и длиной 180-200 мм. В качестве низм фазового превращения в монохалькогениисходного вещества для выращивания кристаллов исдах германия подробно рассмотрен в монографии [1].

пользовались „стехиометрический “ GeSe и сплавы, леGeSe является фазой переменного состава с областью жащие в пределах области гомогенности фазы Ge1-x Se гомогенности, смещенной от стехиометрии в сторону изс разной концентрацией вакансий: Ge0.97Se и Ge0.93Se.

бытка селена. Максимум на кривых плавкости отвечает сплаву, содержащему 50.7ат% Se [3]. Это предопре- Синтез исходного вещества осуществлялся путем пряделяет особенность самого соединения — высокую кон- мого сплавления элементарных компонентов (германия центрацию заряженных вакансий в подрешетке германия с удельным сопротивлением 50 Ом · см и селена чистоты и обусловленную ими высокую концентрацию дырок, ОСЧ В-5), взятых в стехиометрическом соотношении, а также определяет механизм растворения легирующих а также с избытком Se. Для получения легированных примесей. Несмотря на многочисленные исследования кристаллов металлический висмут в количестве 0.электрических [4–8] и оптических [9–18] свойств кри- и 1.0 ат % добавлялся в шихту до начала синтеза, и сталлов GeSe, имеются только две работы [6,7], в ко- процесс синтеза осуществлялся вместе с примесью. По торых изучено влияние отклонения от стехиометрии на завершении синтеза полученный поликристаллический электрические свойства моноселенида германия, а влислиток стряхивался в один конец ампулы, которая затем яние примесей на фотоэлектрические свойства вообще помещалась в горизонтальную двухзонную трубчатую не исследовано. Как показали настоящие исследования, печь резистивного нагрева. Оптимальные условия выхарактеристикой, наиболее чувствительной к нарушеращивания кристаллов следующие: температура зоны нию стехиометрии и легированию кристаллов GeSe, испарения 900 K, температура зоны конденсации 800 K.

оказалась спектральная зависимость фотопроводимости.

Кристаллы вырастали в виде плоскопараллельных ¶ E-mail: bletskan@iss.univ.uzhgorod.ua пластин размерами до 8150.1 мм. Слоистый харакВлияние отклонения от стехиометрии и легирования на спектры фотопроводимости... тер структуры объясняет пластинчатый габитус кристаллов с хорошо развитыми гранями (001). Компланарные контакты наносились на естественные грани (001) кристаллов вплавлением индия или нанесением аквадага так, что электрическое поле прикладывалось вдоль кристаллографической оси b. По знаку термоэдс установлено, что как специально не легированные, так и легированные висмутом кристаллы GeSe имели p-тип проводимости.

Измерение спектров ФП осуществлялось в режиме постоянного электрического поля (которое не превышало 5 В/см) и модуляции интенсивности света, падающего на образец. Модуляция света осуществлялась дисковым прерывателем. При использованной частоте модуляции 130 Гц длительность светового импульса была много больше времени генерации и релаксации неравновесных носителей тока. В качестве спектрального прибора использовался двойной монохроматор ДМР-2.

Интенсивность монохроматического света выбиралась всегда такой, чтобы при измерениях во всей области исследуемых длин волн люкс-амперная характеристика оставалась линейной. Модулированный световой поток после выхода из монохроматора проходил через поляризатор (призма Глана) и падал нормально на поверхность исследуемого образца. Так как две кристаллографические оси a и b находятся в плоскости слоевого пакета, имелась возможность исследовать анизотропию спектров ФП в плоскости слоя. Заметим, что в большинстве случаев анизотропию физических свойств слоистых кристаллов исследуют только вдоль и поперек Рис. 1. Спектры ФП кристалла GeSe, выращенного из слоев. Сопротивление нагрузки Rl, с которого снимался „стехиометрической“ шихты. Температура измерения T, K:

a — 293, b — 100; поляризация: 1 — E a, 2 — E b.

полезный сигнал, выбиралось с учетом условия Rl R(R0 — сопротивление образца), чем обеспечивалась линейная связь измеряемого сигнала Iph с ФП. Полезный сигнал после усиления и синхронного детектирования ориентации электрического вектора световой волны E регистрировался потенциометром ЭПП-0.9 М. Фотооти кристаллографических осей a и b. Длинноволновет нормировался на число падающих квантов.

вое крыло в спектре сигнала ФП Iph(h) в основном формируется ходом коэффициента поглощения, и для 3. Экспериментальные результаты поляризации E a при энергиях фотонов h <1.34 эВ наблюдается экспоненциальный рост фотоотклика с роСпециально не легированные кристаллы GeSe явстом h с крутизной 15-25 эВ-1, характерный для пряляются низкоомными и слабо фоточувствительными.

мых оптических переходов [11,12]. С понижением темПри температуре T = 293 K удельная темновая элекпературы оба собственных максимума в спектрах ФП тропроводность, измеренная вдоль слоев, составляет смещаются в коротковолновую область со скоростью d = 20-100 Ом-1· см-1, а холловская подвижность дыhmax/T = 3 · 10-4 и 6.6 · 10-4 эВ/K соответственно.

рок µp = 80-100 см2/ В· с. Исследование температурной Характер трансформации спектров ФП в зависимозависимости темновой электропроводности нелегирости от степени отклонения кристаллов от стехиометванных монокристаллов GeSe показало, что она имеет рии отчетливо проявляется только в области низких „металлический“ характер, т. е. в интервале температур температур. Так, в спектрах ФП кристаллов, выра100-400 K d практически не зависит от T.

щенных из „стехиометрической“ шихты при T = 100 K Независимо от степени отклонения кристаллов от сте(рис. 1, b) в области края собственного поглощения хиометрического состава, при T = 293 K в спектрах ФП наблюдаются два максимума: низкоэнергетический при наблюдаются два максимума: один, при энергии фотонов hmax = 1.41 эВ проявляется в поляризации E a, а выhmax = 1.35 эВ, проявляется в поляризации E a и второй, при энергии фотонов hmax = 1.44 эВ, в поля- сокоэнергетический при hmax = 1.47 эВ — в поляризации E b. Кроме того, в обеих поляризациях на длинризации E b (рис. 1, a). Таким образом, для слоистых кристаллов GeSe в плоскости скола положение мак- новолновом спаде спектров ФП проявляется слабая ососимумов в спектрах ФП сильно зависит от взаимной бенность в виде плеча при энергии квантов 1.34 эВ.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 144 Д.И. Блецкан, Й.Й. Мадяр, В.Н. Кабаций Кардинальное изменение претерпевают спектры ФП кристаллов, выращенных из шихты, химический состав которой отвечает максимуму плавкости на кривой ликвидуса (рис. 3). Для таких кристаллов доминирующим максимумом в спектрах ФП для обеих поляризаций является наиболее низкоэнергетический с hmax = 1.32 эВ, проявляющийся в спектрах кристаллов первых двух типов в виде плеча на длинноволновом спаде основного зона-зонного максимума. Оба собственных максимума размываются, хотя в поляризации E a при хорошем спектральном разрешении их удается выделить (рис. 3, кривая 1).

Легирование полупроводниковых соединений AIVBVI широко используется как метод направленного синтеза.

При этом удается не только варьировать состав, в Рис. 2. Спектры ФП кристалла GeSe, выращенного из частности концентрацию свободных носителей заряда, нестехиометрической шихты Ge0.97Se. Температура измерено и создавать новые свойства материала. Сказанное в ния T = 100 K; поляризация: 1 — E a, 2 — E b, 3 —непоравной степени относится и к моноселениду германия.

ляризованное излучение.

Так, легирование слоистых кристаллов GeSe висмутом приводит к резкому возрастанию темнового удельного Рис. 3. Спектры ФП кристалла GeSe, выращенного из нестехиометрической шихты Ge0.93Se. Температура измере- Рис. 4. Спектры ФП кристалла Ge0.93Se, легированного Bi (0.5 ат %). Температура измерения T = 100 K; поляризания T = 100 K; поляризация: 1 — E a, 2 — E b.

ция: 1 — E a, 2 — E b.

Незначительное преднамеренное отклонение исходной поликристаллической шихты от стехиометрии в сторону избытка селена сказывается на характере спектров ФП выращиваемых кристаллов (рис. 2). Из рис. видно, что при низких температурах (100 K) энергетическое положение собственного максимума в поляризации E a остается таким же, как и в случае кристаллов, выращенных из „стехиометрической“ шихты, hmax = 1.41 эВ. В этой же поляризации в высокоэнергетической области спектра проявляются еще две особенности в виде перегибов при энергиях квантов 1.55 и 1.75 эВ. При записи спектров ФП в поляризации E b основной пик наблюдается при энергии hmax = 1.575 эВ, т. е. смещен на 0.1 эВ по сравнению с кристаллами, выращенными из „стехиометрической“ Рис. 5. Спектры ФП кристалла Ge0.93Se, легированношихты, и проявляются еще три особенности при энерги- го Bi (1.0 ат %). Температура измерения T = 100 K; поляризаях 1.42, 1.75 и 2.25 эВ. ция: 1 — E a, 2 — E b.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние отклонения от стехиометрии и легирования на спектры фотопроводимости... сопротивления более чем на 4-5 порядков и появлению авторами [9,10,13,14] выявлен экситонный пик, энергевысокой интегральной фоточувствительности (кратность тическое положение которого при T = 100 K соответизменения удельного сопротивления d/l = 103 при ствует 1.35 эВ. Поэтому естественно связать наблюдаемый фотоэффект в области экситонного поглощения освещенности L = 104 лк, где d — удельное темновое с диссоциацией экситонов. Можно указать несколько сопротивление, l — удельное сопротивление на свету).

возможных механизмов диссоциации экситона, приводяНа рис. 4 и 5 приведены поляризационные спектры щих к возникновению экситонной фотопроводимости в ФП кристаллов GeSe, легированных висмутом (для полупроводниках. Во-первых, экситон может диссоциидвух различных концентраций примеси), измеренные ровать на свободные электрон и дырку, взаимодействуя при T = 100 K. В спектрах ФП кристаллов GeSe, выс колебаниями решетки; в этом случае диссоциированращенных из шихты с максимальным отклонением от ная пара свободных носителей может обусловливать стехиометрии и содержащей 0.5 ат % Bi (рис. 4), все наблюдаемую ФП. Согласно этому механизму, пониособенности, характерные для специально не легированжение температуры кристалла должно сопровождаться ных кристаллов, сохраняются, при этом уменьшается резким уменьшением величины сигнала экситонного только интенсивность экситонного максимума с энермаксимума, так что число имеющихся в решетке фогией hmax = 1.32 эВ в обеих поляризациях, а домининонов экспоненциально уменьшается с уменьшением рующей становится интенсивная примесная полоса с температуры. В исследуемых нами кристаллах GeSe максимумом при hmax = 1.11 эВ. Увеличение конценФП в экситонной полосе, напротив, резко увеличивается трации висмута (до 1 ат %) в кристаллах сопровождается с понижением температуры образца. Кроме того, с дальнейшим увеличением интенсивности примесного увеличением степени отклонения кристаллов GeSe от максимума и его незначительным смещением в длинностехиометрии сигнал ФП в экситонной полосе становолновую область спектра, hmax = 1.06 эВ, в то время вится больше сигнала, связанного с межзонными пекак интенсивности экситонного и обоих собственных реходами. Это возможно лишь в том случае, если эфмаксимумов при этом уменьшаются (ср. рис. 4 и 5).

фективные времена жизни носителей, появляющихся в результате диссоциации экситонов, превышают времена жизни электронно-дырочных пар, генерируемых непо4. Обсуждение результатов средственно фотонами. Подобный факт не должен иметь место в случае термической диссоциации экситона.

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.