WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 2 Фоточувствительность пленок Pb1-xSnxTe In в терагерцовой области спектра © А.Н. Акимов, В.Г. Ерков, В.В. Кубарев, Е.Л. Молодцова, А.Э. Климов¶, В.Н. Шумский Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия Институт ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 6 июня 2005 г. Принята к печати 21 июня 2005 г.) В жидком гелии в пленках Pb1-x SnxTe In /BaF2 обнаружено увеличение тока под воздействием лазерного излучения с длиной волны = 336.8мкм (частота 0.9 · 1012 Гц), которое не может быть объяснено разогревом образца. Наблюдаемое время релаксации фотосигнала не превосходит постоянной времени RC измерительной цепи, составлявшей доли секунды, и значительно меньше, чем при освещении в фундаментальной полосе поглощения Pb1-xSnxTe In. Полученные результаты объясняются увеличением низкочастотной диэлектрической проницаемости вследствие возбуждения фотонами субмиллиметрового диапазона длин волн одного или двух поперечных оптических фононов вблизи центра зоны Бриллюэна на ветви, ответственной за сегнетоэлектрический фазовый переход. Это приводит к увеличению ограниченного объемным зарядом инжекционного тока из контактов без генерации свободных носителей заряда в объеме.

PACS: 78.66.Li 1. Введение Цель данной работы заключалась в исследовании особенностей фотоответа при воздействии на COT In Изменение проводимости соединений группы AIVBVI субмиллиметровым лазерным излучением (СЛИ).

под воздействием излучения дальнего инфракрасного (ИК) диапазона наблюдалось в работах [1,2]. В [1] 2. Эксперимент была обнаружена фотопроводимость (ФП) в PbTe Ga в области частот 100-460 см-1. Возникновение ФП В качестве источника СЛИ использовался универавторы связали с резонансным возбуждением локальсальный непрерывный терагерцовый лазер с высоконой моды колебаний, соответствующей метастабильночастотной накачкой [7]. В описываемом эксперименте му примесному состоянию и переходу в зону проводимоон работал как HCN-лазер с длиной волны 336.8 мкм сти электронов, до того локализованных на примесном и пониженным уровнем выходной мощности, составивцентре. О фотопроводимости Pb1-x SnxTe In (СОТ In ) шей 0.03-0.04 Вт при диаметре луча 5см. Обрана длинах волн = 90 и 116 мкм сообщалось в разец представлял собой пленку Pb0.74Sn0.26Te In толщиботе [2]. Чувствительность в этих диапазонах спектра ной 1 мкм с содержанием индия 2 ат%, к которой определялась с помощью набора оптических фильтов.

были сформированы два индиевых контакта с расстояАвторы указывают, что фототок наблюдается при энернием между ними (шириной зазора) 0.15 см и длиной гии фотонов, значительно меньших, чем термическая зазора 0.2 см. Для обеспечения хорошего теплоотвода активационная энергия основного примесного состояобразец был закреплен на медном основании с исния, и объясняют эффект, как и в [1], возбуждением пользованием индий-галлиевой эвтектики, а контроль электронов, находящихся на локальных метастабильных разогрева основания под действием СЛИ осуществлялся состояниях.

с помощью германиевого датчика температуры (рис. 1).

В работах [3–5] было установлено, что вольт-амперОбразец с основанием и датчиком был экранирован ные характеристики (ВАХ) и вольт-фарадные характеот фонового излучения двойным слоем черной бумаги ристики в темноте и при освещении в пленках COT In и размещался в криостате непосредственно в жидком связаны с инжекционным механизмом протекания тока гелии напротив пластмассовых оптических окон. Копри его ограничении объемным зарядом (ТООЗ) и налиэффициент пропускания СЛИ двумя окнами криостата чии ловушек для электронов, а также с сегнетоэлектри(теплым и холодным) и черной бумагой был измерен ческим фазовым переходом (СЭФП) с точкой Кюри TC непосредственно и составил 5%. Освещенность СЛИ вблизи 18-20 K.

в месте расположения образца составляла 0.005 Вт/см2, В [6] было показано, что зависимость фотосигнала изменение температуры германиевого датчика, располоот температуры источника излучения типа „абсолютно женного на медном основании, при открытой заслонке черное тело“ в интервале Tbb = 20-70 K объясняется лазера составляло TGe 0.0025 K.

наличием фоточувствительности COT In в диапазоне Вольт-амперная характеристика образца при темперадлин волн 300-400 мкм.

туре T = 4.2 K без освещения I0(V ) и относительное ¶ изменение тока при освещении (I - I0)/I0 приведены на E-mail: klimov@thermo.isp.nsc.ru рис. 2.

170 А.Н. Акимов, В.Г. Ерков, В.В. Кубарев, Е.Л. Молодцова, А.Э. Климов, В.Н. Шумский расчетными характеристиками, построенными на основе измеренных температурных зависимостей I0.

Измерение температурных зависимостей тока через образец без освещения было проведено в той же конфигурации, что и на рис. 1, на отдельном держателе. На рис. 3 приведены зависимости I0 от обратной температуры вблизи T = 4.2 K при различных напряжениях V на образце, которые можно аппроксимировать выражением E(T, V ) I0(T ) =I0|T=4.2K exp -.

kT Рис. 1. Схема расположения экспериментального образца:

1 — пленка СОТ In, 2 — подложка BaF2, 3 — индиевые Значения „эффективной энергии активации“ E(T, V ) контакты, 4 — слой индий-галлиевой эвтектики, 5 —медное рассчитывались для каждых двух соседних эксперименоснование, 6 — германиевый датчик температуры.

тальных точек соответствующих кривых на рис. 3, и с использованием полученных зависимостей E(T ) определялись значения E(V ) при T = 4.2 K. Полученная зависимость E(V ) при температуре жидкого гелия показана на рис. 4.

Рис. 2. Экспериментальная вольт-амперная характеристика образца без освещения (1), относительное изменение тока (I - I0)/I0 под действием СЛИ (2) и расчетное относительное изменение тока (I - I0)/I0 вследствие увеличения температуры образца под действием лазерного излучения на величину T = 0.045 K (3) и 0.14 K(4).

Рис. 3. Температурные зависимости тока без освещения при напряжении на образце V = 6.22 (1), 10.3 (2), 15.2 (3), 19.9 (4), 24.5 (5), 30 (6), 35.1 В (7).

Характерной особенностью экспериментальных данных является то, что отношение (I - I0)/I0 уменьшается с ростом напряжения. Это качественно соответствует представлениям об инжекционном характере измеряемых токов [5] в предположении заметного разогрева образца под действием СЛИ. Согласно этим представлениям, наклон температурной зависимости тока уменьшается с ростом напряжения, что должно вести и к уменьшению (I - I0)/I0.

3. Обсуждение результатов Таким образом, основной вопрос обсуждения связан с тем, является ли изменение тока при освещении СЛИ следствием только роста температуры образца или имеются и другие механизмы его увеличения. Ответом на Рис. 4. Зависимость „эффективной энергии активации“ E от этот вопрос может служить сравнение эксперимента с напряжения на образце при T = 4.2 K без освещения.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Фоточувствительность пленок Pb1-xSnx Te In в терагерцовой области спектра Относительное расчетное изменение тока вследствие Ток, ограниченный объемным зарядом, на квадратичувеличения температуры образца выражается как ном участке до перехода к режиму полного заполнения ловушек записывается как I - I0 E T = exp · - 1, V gNc Et - Ec I0 kT0 T0 I = I0 = 0µw exp, (1) L3 Nt kT где 0 — электрическая постоянная, — статическая где I — ток после включения СЛИ, а T0 = 4.2K.

диэлектрическая проницаемость СОТ In, µ — подвижЕсли считать, что изменение температуры образность электронов, w — длина зазора, V — приложенное ца T равно полученному экспериментально значенапряжение, L — ширина зазора;

нию изменения температуры германиевого термометра TGe 0.0025 K, то даже для максимальных значений gNc Et - Ec = exp E 0.0025 эВ (рис. 2) относительное расчетное изNt kT менение тока составляет величину (I - I0)/I0 0.— величина, определяющая отношение токов, огрании примерно на 2 порядка меньше наблюдаемого в ченных объемным зарядом, до начала и после заполнеэксперименте. Выделяемая на образце джоулева мощния ловушек, g — коэффициент спинового вырождения, ность даже при максимальных напряжениях смещения Et и Ec — энергии залегания ловушек и дна зоны не превышала величину IV = 4 · 10-6 Вт, что на 1.5 попроводимости, а Nt и Nc — концентрации ловушек и рядка меньше падающей на образец мощности, состаэффективная плотность состояний в зоне проводимости.

вившей PSLI = 1.5 · 10-4 Вт. Это означает, что даже если В [5] было показано, что ВАХ пленок СОТ In соразогрев пленки СОТ In существенно выше разогрева ответствует зависимости (1), причем только при учете датчика температуры из-за разных параметров теплообтемпературной и полевой зависимости низкочастотной мена, то изменение температуры образца определяется диэлектрической проницаемости.

в основном поглощением СЛИ и не зависит от напряОбсудим теперь возможные механизмы увеличения жения.

тока при воздействии СЛИ. В принципе не исключено, В предположении постоянства T при любых значе- что в эксперименте может наблюдаться примесная фотониях V не удается получить удовлетворительного согла- проводимость при возбуждении электронов с мелких ловушек. Однако из теории ТООЗ следует, что как в случае сия экспериментальных и расчетных кривых. Это видно моноэнергетических ловушек, так и в случае ловушек, из приведенных на рис. 2 расчетных зависимостей 3, 4, однородно или экспоненциально распределенных по заполученных с „привязкой“ к экспериментальной крипрещенной зоне, фототок должен быть пропорционален вой 2 при больших и малых напряжениях смещения.

квадрату напряжения, что в эксперименте не наблюдаетТаким образом, предположение о разогреве образца ся. Кроме того, глубина залегания ловушек, определенпод воздействием СЛИ как о единственной причине ная в [5], составляет 6 мэВ, в то время как энергия увеличения тока не соответствует экспериментальным фотона в данной работе составляла = 3.68 мэВ и, данным и, следовательно, существует другой механизм, по крайней мере при малых напряжениях, эти ловушки обеспечивающий изменение тока.

практически не заполнены.

При обсуждении такого механизма мы будем исходить В [3,4] было обнаружено, что освещение пленки из следующих положений.

СОТ In излучением за краем фундаментального по1) При TC 18-20 K в СОТ In с x = 0.25 проглощения приводит к возрастанию и соответственно исходит СЭФП, и статическая диэлектрическая проемкостной компоненты проводимости при почти не изницаемость убывает от 200 000 при T = TC до меняющейся активной компоненте, т. е. возможно погло 2000 при T = 4.2K [3,4]. В соответствии с работами щение излучения, не связанное с изменением активной В.Л. Гинзбурга [8] и В. Кохрена [9] СЭФП происходит проводимости.

из-за ангармонизма одной из ветвей поперечных оптичеИменно этот эффект, по нашему мнению, ответствеских колебаний в центре зоны Бриллюэна. Указанный нен за избыточное по сравнению с влиянием изменеангармонизм приводит к нестабильности колебаний и ния температуры образца увеличение тока при воздейуменьшению их частоты (размягчению моды) до нуля ствии СЛИ.

при TC, ее возрастанию при дальнейшем уменьшении Наше предположение заключается в том, что фотоны температуры и переходе в низко симметричную (сегнеСЛИ с длиной волны 336.8 мкм ( = 3.68 мэВ) могут тоэлектрическую) фазу. Для СОТ это подтверждается поглощаться с рождением поперечного оптического фоданными [10].

нона „мягкой“ моды в центре зоны Бриллюэна. Веро2) Токи в пленках СОТ In после перехода в „ди- ятность поглощения кванта при таком однофононном процессе есть [11] электрическое состояние“ при T 20 K ограничены объемным зарядом и инжекцией носителей заряда из e контактов [5], при этом в пленках имеются ловушки, на i W (nTO + 1)(TO - ). (2) Mi TO которые захватываются неравновесные электроны.

i Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 172 А.Н. Акимов, В.Г. Ерков, В.В. Кубарев, Е.Л. Молодцова, А.Э. Климов, В.Н. Шумский Множитель в квадратных скобках содержит заряд (e) гревом образца излучением или генерацией свободных i и массу (Mi) иона и отличен от нуля в том слу- носителей заряда в объеме СОТ In, а связан с почае, когда поперечные оптические колебания связаны глощением фотона вблизи центра зоны Бриллюэна с с электрическим дипольным моментом, а -функция образованием одного или, что более вероятно, двух поопределяет узкую полосу поглощения при частоте попеперечных оптических фононов на ветви, ответственной речного оптического фонона, = TO. Формула (2) не за сегнетоэлектрический фазовый переход. Образование учитывает обратные фонон-фотонные переходы, которые фононов под действием излучения приводит к увеличепропорциональны nTO — числу фононов данной моды.

нию низкочастотной диэлектрической проницаемости и Сих учетом (2) не зависит от nTO.

соответствующему возрастанию полного тока, который При T = 4.2 K пленка находится в низкосимметричограничен объемным зарядом.

ной фазе, число поперечных оптических фононов очень Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант мало, а их частота TO отлична от нуля, так как № 05-02-08022).

температура существенно ниже температуры СЭФП.

Поглощение ИК фотонов приводит к рождению фононов с энергией TO, т. е. к возникновению колебаний моды, Список литературы ответственной за СЭФП, и увеличению статической диэлектрической проницаемости. В свою очередь это [1] А.И. Белогорохов, И.И. Иванчик, С.В. Пономарев, ведет, в соответствии с (1), к возрастанию полного тока, Е.И. Слынько, Д.Р. Хохлов. Письма ЖЭТФ, 63, 342 (1996).

который ограничен объемным зарядом.

[2] D.R. Khokhlov, I.I. Ivanchik, S.N. Rains, D.M. Watson, Однако для эффективного поглощения фотонов необJ.L. Pipher. Appl. Phys. Lett., 76, 2835 (2000).

ходимо, чтобы энергия оптического фонона в центре [3] А.Э. Климов, В.Н. Шумский. Автометрия, 3, 65 (2001).

зоны Бриллюэна не сильно отличалась от энергии [4] A.E. Klimov, V.N. Shumsky. Optoelectronics Instrumentation лазерного излучения и была по крайней мере меньше and Date Processing, 3, 53 (2001).

нее. Энергию оптического фонона можно найти из [5] А.Н. Акимов, В.Г. Ерков, А.Э. Климов, Е.Л. Молодцова, С.П. Супрун, В.Н. Шумский. ФТП, 39, 563 (2005).

соотношения Лиддена–Сакса–Теллера [6] A.E. Klimov, V.N. Shumsky. Proc. SPIE, 5126, 341 (2003).

2 TO = LO. (3) [7] В.В. Кубарев. Квант электрон., 23, 197 (1996).

[8] В.Л. Гинзбург. УФН, 38, 490 (1949).

Частота продольного оптического фонона, по данным [9] W. Cochran. Adv. Phys., 9, 387 (1960).

работ [12,13], при T = 4.2 K составляет LO = 105 см-1, [10] А.И. Белогорохов, А.Г. Белов, И.Г. Неизвестный, Ю.А. Путемпературная зависимость известна из изменения сеп, М.П. Синюков. ЖЭТФ, 92, 869 (1987).

емкости [3,4], а значение высокочастотной диэлектри- [11] О. Маделунг. Теория твердого тела (М., Наука, 1980).

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.