WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 2 Эффект расширения в зону сечения захвата электрона ловушкой с дискретным энергетическим уровнем в кристаллах -La2S3 © Е.М. Зобов¶, М.А. Ризаханов Институт физики им. Х.И. Амирханова Дагестанского научного центра Российской академии наук, 367003 Махачкала, Россия (Получена 28 апреля 2000 г. Принята к печати 26 июля 2000 г.) На примере электронной ловушки с дискретным уровнем Ec - 0.2 эВ в кристаллах -La2S3 представлены измеренные методом термостимулированной люминесценции данные о новом явлении — расширении в зону сечения захвата электрона. Величина эффекта достигает 4-х порядков (10-23-10-19 см2). Предложена модель, согласно которой электронная ловушка Ec - 0.2 эВ представляет собой донор в составе донорноакцепторых пар, распределенных по межатомному расстоянию и локализованных в области отрицательно заряженной дислокации. Расширение в зону сечения захвата электрона — результат разброса величины его модуляции в точках с различными значениями потенциала электрического поля дислокации.

Введение крупномасштабных нарушений кристаллов. Если сечения St быстрых и нормальных медленных ЭЛ являются Исследования методом индуцированной примесной собственными (не возмущенными другими дефектами), фотопроводимости быстрых электронных ловушек то сечения ЭЛ, локализованных в области макронеодно(ЭЛ),1 связанных с донорно-акцепторными парами родностей, приобретают по причине модуляции коллек(ДАП), одно-, двух- и многодонорными частицами тивными потенциальными полями эффективный харакв соединениях AIIBVI [2–9], показывают, что они тер, и они в первом приближении могут быть заданы как обладают не только характерными для точечных St = St0 exp(-/kT ). Здесь St0 — собственное сечение, дефектов с притягивающим потенциалом большими — высота рекомбинационного макробарьера. Данная сечениями захвата электронов (St 10-15 см2), но и модель наряду с объяснением известных аномальных кив соответствии с теорией безызлучательного захвата нетических свойств медленных ЭЛ (например, экспоненносителей заряда [10] их сечения St уменьшаются по циальный рост сечений St с увеличением Et) приводит мере роста энергии ионизации (Et) центра.

к ряду других следствий [11]. В частности, сечение St Анализ же известных сведений о кинетических свойотдельно взятой ЭЛ может без изменения энергетическоствах медленных ЭЛ (R 1) в полупроводниках го спектра расшириться в зону. Необходимым условием позволяет говорить о двух группах ЭЛ этого сорта.

для этого является распределение атомов ЭЛ по всему Медленные ЭЛ первой группы характеризуются теореобъему макронеоднородности, в пределах которого потически предсказываемыми кинетическими свойствами.

тенциал поля претерпевает изменение.

ЭЛ второй группы обладают аномальными кинетическиВ настоящей работе впервые на примере ЭЛ с дискретми свойствами. Они фотоэлектрически неактивны [9,11] ным уровнем Ec - 0.2 эВ в кристаллах -La2S3 предстаи, как показывают результаты исследования термостимувлены измеренные методом термостимулированной люлированных явлений, могут иметь сечения St, которые минесценции (ТСЛ) экспериментальные доказательства независимо от природы ЭЛ экспоненциально падают до реализации эффекта расширения в зону сечения St.

весьма малых значений 10-25 см2 по мере уменьшения энергии, выделяемой при локализации электронов (см., например, [6,9,11–16]. Если оставаться в рамках класФотоэлектрические сических представлений об индивидуальном характере и термолюминесцентные свойства кинетических параметров и медленных ЭЛ второй груп-La2Sпы, то их объяснение встречает значительные трудности как с точки зрения статистического аспекта зарядового состояния центра, так и с точки зрения динамического Спектр фотопроводимости неохлажденных кристаллов аспекта механизма захвата носителей заряда на них.

-La2S3 состоит из двух полос — собственной и приРанее [6,11] одним из авторов данной работы пред- месной (рис. 1, кривая a). Если фоточувствительность ложена модель, согласно которой ЭЛ с аномальными к собственному свету возрастает по мере понижения кинетическими свойствами — точечные дефекты, разме- температуры, то фоточувствительность к примесному щенные в области коллективных электрических полей свету при этом вначале растет, достигая максимальной величины в окрестности точки T = 190 K, а потом падает ¶ E-mail: kamilov@datacom.ru с энергией дезактивации 0.06 эВ. При 90 K в спектре Согласно сложившимся представлениям, быстрые ЭЛ — это ценфотопроводимости наблюдается только одна собственная тры, для которых отношение вероятности захвата на них электронов к вероятности рекомбинации последних R 1 [1]. полоса (рис. 1, кривая b).

172 Е.М. Зобов, М.А. Ризаханов примесными фотонами той или иной энергии приводит к ее распаду на серию дочерних полос. Из них наиболее высокотемпературная полоса соответствует фотонам наименьшей энергии, и она испытывает сдвиг в область низких температур по мере увеличения энергии h в пределах спектра примесной фотопроводимости (рис. 2, кривые a –e ). Максимальная величина h-сдвига полосы ТСЛ составляет 85 градусов. Предварительное возбуждение собственным светом приводит к спектру ТСЛ с одной дискретной полосой Tm = 110 K иной природы (рис. 2, штриховая кривая). Она в условиях комбинированного возбуждения собственным и примесным светом примыкает к широкой полосе ТСЛ со стороны низких Рис. 1. Спектры фотопроводимости кристаллов -La2S3, температур.

измеренные при 295 (a) и 90 K(b). c — кривые зависимости ТСЛ -La2S3 обладает рядом и других свойств. Заамплитудных значений интенсивности дочерних полос ТСЛ от висимость интенсивности ТСЛ в точках максимумов энергии фотонов предварительного возбуждения.

насыщенных по амплитуде дочерних полос от энергии примесных фотонов повторяет профиль полосы примесной фотопроводимости (ср. кривые a и c на рис. 1).

Предварительное возбуждение -La2S3 примесным светом при температуре 90 K, обязательное для наблюдения ТСЛ, не сопровождается фотопроводимостью и фотолюминесценцией.

Термостимулированные токи в -La2S3 обладают аналогичными свойствами. Об этом свидетельствуют и не доведенные до оценки кинетических параметров ЭЛ результаты первых исследований термостимулированных токов в -La2S3 [17].

Рис. 2. a — интегральный спектр ТСЛ кристалла -La2S3, 1. Эффект расширения в зону измеренный по методике предварительного возбуждения интесечения St гральным светом из области примесной полосы фотопроводи мости (h 2.0-2.6эВ). b–f — рассчитанные кривые ТСЛ.

= Как правило, интерпретация структурно сложных терТочки на кривых — экспериментальные значения интенсивмостимулированных спектров осуществляется в предпоности ТСЛ, измеренные по методу ”термоочистки”. a –e — серия нормированных дочерних полос ТСЛ -La2S3. Они ложении об их связи с адекватным числу полос набонаблюдаются при предварительном возбуждении фотонами с ром ЭЛ, каждая из которых выделяется дискретными энергией h, эВ: a — 2.58, b — 2.48, c —2.3, e — 2.07.

параметрами Et и St. Спектр ТСЛ -La2S3, наблюдаеШтриховая кривая — ТСЛ, наблюдаемая при предварительном мый при воздействии интегральным примесным светом возбуждении собственным светом (h 3.0эВ). Скорость = (рис. 2, кривая a), может быть причислен к структурно записи спектров ТСЛ = 0.16 K/с. На вставке — прямая — сложным. Однако его анализ методом ”термоочистки” универсальная [St/S0(R + 1), Et/kTm] диаграмма [24]. Точки на приводит к концепции о новом типе ЭЛ с одним уровнем диаграмме соответствуют характеристическим параметрам ЭЛ Ec - 0.2эВ и сечением St, расширенным в зону шириEc - 0.2 эВ и дочерних полос a –e.

ной 10-23-10-19 см2.

Энергия Et = 0.2 эВ измерена по наклону прямых зависимости логарифма интенсивности ТСЛ на начальном ТСЛ -La2S3 обладает рядом нетривиальных свойств.

участке ее роста от обратной температуры [18,19] Эти свойства наиболее наглядно проявляются в измерениях по методике, допускающей вариацию фотонного Et ln I = C -. (1) состава света как фактора предварительного возбуждеkT ния кристаллов. Если в качестве низкотемпературного предварительного возбуждения использовать инте- В соответствии со сказанным о моноэнергетическом гральный свет из области примесной фотопроводимости характере спектра ЭЛ Ec - 0.2 эВ наклоны прямых (1), (h 2.0-2.6эВ), то в спектре ТСЛ наблюдается выделенных в пределах широкой полосы ТСЛ мето= одна широкая полоса со слабо выраженной структурой дом ”термоочистки”, совпадают (ср. кривые a–e на (рис. 2, кривая a). Переход к процедуре возбуждения рис. 2) и равны 0.2 эВ (±0.01). Сечения оценивались Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Эффект расширения в зону сечения захвата электрона ловушкой... доказательство не только достоверности параметров Et и St, но и принадлежности ЭЛ Ec - 0.2эВ к классу медленных ЭЛ, эти параметры вместе с параметрами дочерних полос ТСЛ (см. вставку на рис. 2, точки) укладываются на предложенную ранее [24] универсальную [St/S0(R + 1)), Et/kTm] диаграмму характеристических параметров термостимулированных спектров (Tm, ), и ЭЛ (Et, St и R) в полупроводниках и диэлектриках (см. вставку на рис. 2, прямая) при условии, что фактор захвата R = 0. Наклон диаграммы к оси Et/kTm равен 0.45. Координаты начальной точки (5, 0). Величина S0 = /n · Nc · Tm.

Рис. 3. Зависимости сечения St ловушки Ec - 0.2эВ от Модель ЭЛ Ec - 0.2 эВ температуры максимума дочерних полос ТСЛ -La2S3 (a) и энергии фотонов возбуждения ТСЛ (b).

Как правило, атомы ЭЛ и центры возбуждения ТСЛ пространственно разделены. Их электронные волновые функции не перекрываются, что исключает процесс пряпо формуле [20,21] мого перехода носителей заряда между ними. Попытка Iext корректной интерпретации нетривиальных особенностей St =, (2) vNcT поведения ТСЛ -La2S3 приводит к выводу о том, что соответствующие термолюминесцентно активные центры что, как и широко внедренный в практику метод (1), структурно сложны, а неравновесное накопление на них требует для своей реализации выделения начального электронов может быть осуществлено лишь внезонным участка роста ТСЛ. В формуле (2) — скорость нагрева (межпримесным) способом.

образца при записи спектра ТСЛ, Nc — эффективная Согласно предлагаемой многопараметровой модели, плотность электронных состояний в зоне проводимости, роль ЭЛ Ec-0.2 эВ и центра их возбуждения (центра возv — тепловая скорость электронов. Величина Iext — экстраполированное значение интенсивности ТСЛ в точ-ке пересечения прямой (1) с ординатой T = 0 при условии, что амплитудное значение интенсивности ТСЛ нормировано и равно единице (в отн. ед.). В случае сложных спектров полуширина T без риска допустить большую ошибку может быть определена как удвоенное значение полуширины низкотемпературной части дискретной полосы, выделяемой методом термоочистки.

Формула (2) при том же условии нормирования амплитудных значений может использоваться для оценки сечения St не только методом ТСЛ, но и другими термостимулированными методами.

Зависимости сечения St от энергии фотонов предварительного возбуждения дочерних полос ТСЛ и температуры максимумов последних Tm представлены на рис. 3.

О достоверности значений Et и St, измеренных методами (1) и (2), свидетельствует хорошее согласие геометрии экспериментальных полос ТСЛ (на рис. 2 они выделены точками) и рассчитанных на основе выражения [22,23] Et t kTРис. 4. a — гипотетические кривые изменения потенциала I(T ) =t exp - exp электрического поля отрицательно заряженной дислокации по kT Et мере удаления от ее ядра. rc — расстояние от ядра дислокации Et 4kT до атомов акцептора ДАП. (rm), (rm) — значения величины exp - 1 + (3) рекомбинационного барьера для электронов, захватываемых kT Et на ДАП с rm и rm. b — сечение разреза дислокационной полос (рис. 2, непрерывные кривые a–f ). В расчетах I(T ) трубки. В плоскости сечения выделены для наглядности шесть использованы экспериментальные значения Et и частотпроизвольно взятых диполей с различными межатомными расIext ного фактора t = vNcSt = (см. формулу (2)). Как стояниями rm.

T Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 174 Е.М. Зобов, М.А. Ризаханов буждения ТСЛ) играют соответственно донор и акцептор одних и тех же ДАП с рядом необычных свойств. ДАП распределены по межатомному расстоянию (rm) и локализованы вокруг отрицательно заряженной дислокации так, что атомы акцептора во всех парах занимают квазиэквидистантные позиции относительно ядра дислокации, а атомы донора хаотически распределены между ним и атомами акцептора. ДАП вместе с ядром дислокации формируют объемный пространственный заряд дислоРис. 5. a — схема энергетических уровней не возбужденных кационной трубки (рис. 4). Кинетические параметры центров (A--D+)0 с определенным значением rm. b — энергетический спектр основных состояний, распределенных по rm донора в составе ДАП промодулированы электрическим ДАП в состоянии (A--D+)0. c, d — энергетический спектр полем дислокации. Степень модуляции зависит от их ДАП в возбужденном состоянии (A0-D0)0 и полувозбужденпространственной протяженности и поэтому ДАП расном состоянии (A0-D+)+. e — энергетический уровень центра пределены не только по rm и энергии межпримесного рекомбинации. Электронные переходы, выделенные стрелками, перехода электронов hm, но и по сечению St. Донор, описаны в тексте статьи.

непосредственно играющий роль ЭЛ, наряду с основным ловушечным состоянием Ec -0.2 эВ имеет возбужденное состояние Ec-0.06 эВ. Распределение ДАП по rm таково, что перекрытие электронных волновых функций в них По причине квантово-механического условия перекрыимеет место только между возбужденным Ec - 0.06 эВ и тия лишь волновых функций основного состояния акосновным Ev + 0.54 эВ состояниями донора и акцептора цептора и возбужденного состояния донора электроны, соответственно.

поступаемые в области достаточно низких температур Здесь же отметим, что в поликристаллических образ- внутрицентровым путем в основное состояние донора цах роль источника макроскопических электрических Ec - 0.2эВ (рис. 5, схема a, переходы 1, 3), остаются полей могут играть не только дислокации, но и межкри- связанными с ними. Они не могут участвовать ни в сталлитные границы. переходах основное состояние донора зона проводимости, ни в межпримесных переходах донор акцептор. Поскольку в этой области температур не только электроны, но и дырки, одновременно возникающие Объяснение фотоэлектрических на атомах акцептора с их более глубоким состоянием и термолюминесцентных свойств Ev + 0.54 эВ, остаются также связанными, время жизни возбужденного (инверсно населенного) состояния ДАП В рамках предлагаемой модели примесная фотопроможет быть бесконечно большим. Такого рода трехуровводимость кристаллов -La2S3 — результат двухстуневые системы представляют интерес для эффективного пенчатой ионизации ДАП. Первая оптическая стадия ”консервирования” световой энергии.

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.