Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Чернівецький національний університет
імені Юрія Федьковича
ТАНАСЮК ЮЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА
УДК 621.315.592
(01.04.10. - фізика напівпровідників і діелектриків)
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Чернівці-2003
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі фізичної електроніки і нетрадиційної енергетики Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича Міністерсва освіти і науки України
|
Науковий керівник: Офіційні опоненти: Провідна установа: |
доктор фізико-математичних наук, доцент Паранчич Степан Юрійович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, професор кафедри фізичної електроніки і нетрадиційної енергетики доктор фізико-математичних наук, професор Гнатенко Юрій Павлович, Інститут фізики НАН України, м. Київ завідувач відділу оптики та спектроскопії кристалів доктор фізико-математичних наук, професор Ковалюк Захар Дмитрович, Чернівецьке відділення Інституту проблем матеріалознавства НАН України, директор Інститут фізики напівпровідників НАН України, м. Київ |
Захист відбудеться ‘’ 31’’жовтня 2003 р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 76.051.01 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича за адресою: 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (58012, м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 23).
Автореферат розісланий ‘’29’’вересня 2003 р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради КУРГАНЕЦЬКИЙ М.В.
Актуальність теми. Дослідження фізичних властивостей напівпровідникових сполук, легованих елементами з незаповненою d-оболонкою, представляють значний інтерес для фізики напівпровідників, спектроскопії, магнетизму, квантової електроніки тощо.
Саме завдяки легуванню елементами з незаповненою 3d-оболонкою напівпровідникові сполуки групи АВ набули широкої популярності з точки зору використання їх в якості фоторефрактивних матеріалів. Впровадження домішки викликає утворення електрично активних дефектів і комплексів, які мають тенденцію до створення компенсованого стану в кристалах і дозволяють досягнути великих значень питомого опору –важливої вимоги, яка ставиться до детекторних та фоторефрактивних матеріалів. Зокрема, легування телуриду кадмію ванадієм, германієм або марганцем дозволяє розширити інтервал фоточутливості до ближньої ІЧ-області, що робить цей матеріал перспективним для створення на його основі фотоприймачів у швидкодіючих волоконно-оптичних системах передачі інформації.
Незважаючи на велику кількість робіт, присвячених вирощуванню та дослідженню властивостей кристалів телуриду кадмію, легованих 3d-елементами, однією з ключових проблем на шляху створення приладів на їх основі залишається питання одержання високочутливого матеріалу зі стабільними характеристиками. Останнім часом ведеться активний пошук нових напівпровідникових матеріалів, які б володіли великими значеннями електронної рухливості та, відповідно, малим часом фоторефрактивного відгуку.
Крім того, високоомні напівпровідникові матеріали виявляються перспективними кандидатами для створення на їх основі поверхнево-бар’єрних структур типу діодів Шотткі. Актуальним залишається питання виготовлення до них якісних омічних контактів, які б забезпечували стабільність параметрів і надійність функціонування зазначених напівпровідникових пристроїв.
В даній роботі ці питання розглядаються на прикладі телуриду кадмію та близьких до нього за складом ртутних твердих розчинів, легованих та подвійно легованих 3d-елементами.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася згідно наукової тематики кафедри фізичної електроніки і нетрадиційної енергетики Чернівецького національного університету “Наукові основи технології одержання та дослідження фізичних властивостей об’ємних і плівкових структур на базі АВ та АВ складних матеріалів для створення на їх основі оптоелектронних і дозиметричних приладів” (№ держреєстрації 0100U005494). Роль автора у виконанні науково-дослідної роботи полягала в удосконаленні технології одержання кристалів АВ, подвійно легованих 3d-елементами, проведенні досліджень їх електричних, оптичних і фотоелектричних властивостей та створенні на основі даних матеріалів фоточутливих випрямляючих структур.
Мета і задачі дослідження.
Метою роботи є встановлення ролі подвійного легування CdTe та твердих розчинів Cd-хHgxTe (0х0,05) домішками V, Ge та V, Mn у процесах переносу заряду та визначення можливості створення на основі кристалів CdTe:V, з різною концентрацією легуючої домішки, поверхнево-бар’єрних структур, фоточутливих в області 1–,5 мкм.
Досягнення цієї мети передбачає вирішення таких задач:
4. Створення фоточутливих випрямляючих поверхнево-бар’єрних структур на базі кристалів телуриду кадмію та дослідження їх фізичних властивостей.
Об’єкт дослідження –телурид кадмію та ртутні тверді розчини на його основі.
Предмет дослідження –вплив домішок 3d-елементів на основні фізичні характеристики телуриду кадмію та близьких до нього за складом потрійних і четверних твердих розчинів.
Методи дослідження. Для досягнення поставленої в роботі мети використовувались наступні методи дослідження:
- Електричні та гальваномагнітні для вивчення електричної однорідності досліджуваних матеріалів, встановлення залежності їх основних параметрів від рівня легування й умов вирощування.
- Оптичні та фотоелектричні при різних температурах для дослідження оптичної якості досліджуваних матеріалів, з’ясування основних механізмів зарядоутворення, обумовленого подвійним легуванням, визначення основних параметрів нових напівпровідникових матеріалів ближньої ІЧ-області спектру, типу CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95) і Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; 0,03y0,07).
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше:
Практичне значення одержаних результатів.
Публікації.За результатами досліджень опубліковано 16 робіт, з них 4 –статті у фахових наукових журналах, 3 –у Наукових вісниках Чернівецького та Ужгородського університетів і 9 –тези конференцій.
Особистий внесок здобувача. У роботах [1–] брала участь у постановці задачі, вирощуванні кристалів, виготовленні зразків та структур, проведенні експериментальних досліджень, теоретичних розрахунків і обговоренні результатів.
У роботах [1, 4, 5, 6,8, 10, 12] провела експериментальні вимірювання та теоретичні розрахунки електричних параметрів і характеристик поверхнево-бар’єрних структур, створених на основі досліджуваних матеріалів.
У роботах [2, 3, 7, 9, 11, 13–] здобувач приймала участь у постановці задачі та плануванні експериментів, провела дослідження електричних і гальваномагнітних властивостей, оптичної та фотоелектричної однорідності вирощених кристалів та плівкових структур та інтерпретувала одержані результати.
Апробація результатів дисертації.Результати досліджень, що включені до дисертації, доповідались і обговорювались на таких наукових конференціях: Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА-2001 (Львів, 16–травня, 2001); конференція молодих вчених та аспірантів ІЕФ’(Ужгород, 11-13 вересня, 2001); 6-th International workshop on expert evaluation and control of compound semiconductor materials and technologies, EXMATEC-02 (Budapest, Hungary, 26–May, 2002); E-MRS Spring Meeting’02 (Strasbourg, France, June 18-21, 2002); 26th International conference on the physics of semiconductors, ISCP’(Edinburgh, Scotland, UK, 29 July –August 2002); E-MRS Fall Meeting’02, Symposium G: Solid Solution of the II-VI compound-Growth, Characterization and Applications (Zakopane, Poland, October 14-18, 2002); Third International young scientists conference, SPO-2002, (Kiev, October 24-26, 2002).
Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Робота викладена на 138 сторінках, включає 52 рисунки, 13 таблиць і список літератури, що містить135 джерел, розташованих на 14 сторінках.
У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи та її зв’язок з науковими програмами, планами і темами досліджень, які виконуються на кафедрі фізичної електроніки і нетрадиційної енергетики в Чернівецькому національному університеті, сформульовані мета та задачі роботи, наукова новизна і практичне значення одержаних результатів, наведені дані про апробацію роботи та особистий внесок здобувача.
Перший розділдисертаціїносить оглядовий характер. Він присвячений стислому літературному огляду щодо особливостей поведінки домішок 3d-елементів (V, Ge, Sn, Fe, Mn) у телуриді кадмію, впровадження яких призводить до виникнення у зазначеному напівпровідниковому матеріалі глибоких рівнів, що суттєво впливають на різноманітні фізичні, в тому числі електричні, оптичні та фотоелектричні властивості кристалів. Для більшості домішок наведено схеми енергетичних рівнів у забороненій зоні напівпровідника та визначено їх роль у процесі переносу заряду. Крім того, розглянуто проблему самокомпенсації і власних точкових дефектів, наявних у телуриді кадмію та кадмій ртуть телурі.
У другому розділі описана технологія синтезу та вирощування кристалів телуриду кадмію, подвійно легованого домішками V і Ge та Vі Mn, твердих розчинів CdxHg-xTe (x=0,95), подвійно легованих останніми та четверних твердих розчинів Cd-x-yMnyHgxTe (х=0,05; 0,03у0,07), легованих V. Наведено результати досліджень їх електричних і гальваномагнітних властивостей. Синтез кристалів проводився наступним чином: температуру печі в областях інтенсивного протікання реакції ((723-773) K та (1113-1100) K) підвищували зі швидкостями 60 K/год та 100 K/год, відповідно. При досягненні температури плавлення (1365K), для посилення реакції між компонентами, піч синтезу приводили у коливальний рух. Вирощування монокристалів проводили методом Бріджмена за двома технологічними режимами, які відзначалися однаковою швидкістю вирощування –,1 мм/год. За першим режимом вільний об’єм після синтезу зменшувався до мінімально можливого, а охолодження проводили зі швидкістю 50 К/год. Для другого режиму росту характерними були незмінна величина вільного об’єму, а охолодження проводилося в два етапи: 1 –зі швидкістю 1,5 С/год протягом 70 годин, а після –зі швидкістю 35 С/год.
Дослідження електричних та гальваномагнітних властивостей одержаних кристалів проводили у температурному інтервалі 300–К на унікальній установці, сконструйованій для вимірювання високоомних зразків. Аналіз експериментальних результатів проведених досліджень кристалів CdTe:V, одержаних при різних умовах росту, показав, що кристали, вирощені за другим технологічним режимом, були низькоомними та володіли великими концентраціями вільних носіїв (ne20,710 см-3) і високими значеннями рухливостей (=550 см/Вс). Тоді як для кристалів CdTe:V, вирощених при незмінному вільному об’ємі після синтезу та повільному охолодженні, характерними були великі значення питомого опору =(3–)10 Омсм, тобто у напівпровіднику досягався ефект компенсації. Визначена, з температурних залежностей коефіцієнту Холла, енергія активації вільних носіїв заряду для різних зразків знаходилася в межах 0,610,65 еВ. Це значення неможливо інтерпретувати однозначно, оскільки деякі автори [1*] цю величину відносять до енергетичного положення домішкового рівня ванадію в стані 2+, тоді як на думку іншої групи дослідників [2*, 3*], дана енергія активації відповідає рівню, утвореному двічі іонізованими вакансіями кадмію у забороненій зоні. Як свідчать результати вимірювань ефекту Холла, напівізолюючий стан досягався також у подвійно легованих кристалах CdTe:V:Ge та CdTe:V:Mn, проте великі значення рухливостей (200 –см/Вс) одержувалися лише для других, а подальше зростання даної величини, при збереженні ефекту компенсації, спостерігалося у зразках CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95). Кристали Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; y=0,07) виявилися високоомними, проте не забезпечували великих значень рухливостей.
Для всіх подвійно легованих кристалів встановлено, що основний внесок у процеси переносу заряду створює донорний рівень ванадію, глибина залягання якого, визначена з температурних залежностей коеффіцієнту Холла, знаходилася в межах 0,85-0,95 еВ.
У третьому розділі наведено результати досліджень оптичних та фотоелектричних властивостей зазначених вище матеріалів при температурах 4,2–К. Так, для кристалів CdTe:V, вирощених при мінімальному вільному об’ємі над розплавом, оптичне пропускання, досягнувши максимуму (55–%), різко спадало і при >10 мкм не перевищувало 5%. Це свідчило про поглинання вільними носіями і підтверджувало результати гальваномагнітних досліджень цих кристалів. Оптичне пропускання кристалів CdTe:V, одержаних при незмінному об’ємі над розплавом, вздовж всього зливку складало 60–% і не зазнавало змін до 25 мкм, що є свідченням їх високої оптичної якості. Дослідження розподілу спектральної чутливості по перерізу даних кристалів виявили наявність нерівномірного розподілу легуючої домішки в процесі росту. Максимум фоточутливості спостерігався на довжині хвилі 1,1 мкм і за енергією (1,12 еВ) відповідав прямій фотоіонізації центрів V+.
Перекриття краю оптичного поглинання для пластин CdTe:V:Ge, виготовлених з центральної та кінцевої частин зливку, та мале фонове поглинання вказували на збереження стехіометричного співвідношення між компонентами та високу оптичну однорідність даного матеріалу.
Низькотемпературні вимірювання спектрів оптичного поглинання для даних кристалів виявили риси, зумовлені присутністю рівнів енергії, впроваджених домішками як V так і Ge. Спектри оптичного поглинання, зняті при 77 та 300 К, виявили перекриття краю спектральної чутливості для зразків CdTe:V:Mn, виготовлених з різних ділянок монокристалічного зливку, в той час як для пластин CdxHg-xTe:V:Mn, виготовлених з нижньої та верхньої частин зливку, спостерігалася помітна різниця в енергії краю оптичного поглинання, що пояснюється особливістю діаграми фазової рівноваги даних твердих розчинів. Ширина забороненої зони для цього матеріалу змінювалася в межах 1,2–,26 еВ. Низькотемпературні спектри оптичного поглинання, виміряні в енергетичному інтервалі 0,6 –,6 еВ, для кристалів CdTe та CdxHg-xTe, подвійно легованих V і Mn, виявили подібність рис, що відносилися до внутрішньоцентрових та фотоіонізаційних переходів у іонах V+ та V+. В області 1,4–,5 еВ для цих зразків, а також для кристалів Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; 0,03y0,07), спостерігалася широка смуга поглинання, яка за своєю енергією може відповідати поглинанню рівнем, утвореним комплексними дефектами за участю двократно іонізованих вакансій кадмію, або ж присутністю в цих матеріалах марганцю в стані Mn+. Подальші підтвердження останнього були виявлені в спектрах оптичного пропускання, найбільші значення якого для найкращих зразків досягають 60–%. В області 2,5–,5 мкм для цих матеріалів спостерігався широкий мінімум пропускання, глибина та положення якого змінюється для зразків різних складів. Таке явище, згідно з літературними даними [4*], мало місце у кристалах CdTe:Fe, Co та Cr і пояснюється наявністю у забороненій зоні мілкого рівня, впровадженого відповідною легуючою домішкою, під дном зони провідності. Як свідчать останні теоретичні дослідження телуриду кадмію, подвійно легованого ванадієм та марганцем [5*], Mn може існувати в стані 1+, утворюючи рівень у забороненій зоні, енергетичне положення якого Еt=ЕВЗ+1,4 еВ. На основі цього можна стверджувати, що мінімум пропускання, що спостерігається на практиці, за своєю енергією відповідає переходу Mn++hMn++e, а зсув мінімуму пояснюється зменшенням ширини забороненої зони.
Оскільки напівпровідники Cd-x-yMnyHgxTe:V зазначених складів є новими, цікаво було дослідити в ході оптичних вимірювань вплив вмісту магнітної компоненти на ширину забороненої зони та порівняти одержані дані з теоретичними розрахунками. Для цього на зразках одного складу з різною товщиною були проведені вимірювання оптичного пропускання, які дозволили побудувати край оптичного поглинання та знайти енергію ширини забороненої зони. Так, Еg для складів х=0,05, у=0,03 знаходиться в межах 1,435–,439 еВ, х=0,05, у=0,05 –,45 еВ, х=0,05, у=0,07 –,475–,48 еВ, тобто ширина забороненої зони з ростом вмісту марганцю зростала. Одержані значення ширини забороненої зони не співпадали з величинами, визначеними за емпіричними розрахунковими формулами, для вузькощілинних напівпровідників. Це означає, що вони не можуть застосовуватися для широкозонних напівпровідників, для опису параметрів яких необхідні нові теоретичні моделі.
Четвертий розділприсвячено дослідженням електричних та фотовольтаїчних властивостей поверхнево-бар’єрних структур створених на основі низько- та високоомних кристалів CdTe:V.
Структури типу метал-напівпровідник одержували шляхом термічного напилення Al та Cr на іонно травлені у середовищі аргону пластини телуриду кадмію легованого ванадієм. Омічні контакти до них виготовляли хімічним осадження золота з наступним вплавленням наважок індію. Структури Al-CdTe:V та Cr-CdTe:V володіли чітко вираженими випрямляючими властивостями (рис. 4). Прямий струм перевищував обернений майже на три порядки. З вимірювань стаціонарних вольт-амперних характеристик для обох структур визначено висоту потенціального бар’єру, яка для Al-CdTe:V становила 0,55–,6 еВ, а для Cr-CdTe:V–,75 еВ. На основі температурних вимірювань ВАХ структур Al-CdTe:V було знайдено енергію активації носіїв струму, яка для найкращих з них дорівнювала 0,66 еВ. Встановлено, що для структур Al-CdTe:V при малих прикладених напругах струм головним чином обумовлюється рекомбінацією через одиничний донорний рівень у забороненій зоні. Початкові ділянки ВАХ добре описуються теорією Саа-Нойса-Шоклі [6*], за допомогою якої знайдено глибину залягання рівня (0,715 еВ) та переріз захоплення генераційно-рекомбінаційних центрів (210-15 см). При більших зміщеннях у процесах перенесення заряду переважає надбар’єрний струм і суттєвим стає вплив послідовного опору. У освітленних структурах Al-CdTe:V та Cr-CdTe:V виникав фотовольтаїчний ефект. При цьому величина напруги холостого ходу для кращих зразків досягала значень 0,32 еВ. Область спектральної чутливості для перших з них охоплювала область енергій 1,5–еВ, тоді як для других вона простягалася в бік менших енергій (0,8–,5 мкм), що пояснюється участю донорного рівня ванадію в процесах фотопровідності.
На відміну від структур, створених на базі високоомних кристалів CdTe:V, контакти виготовлені шляхом напилення металів (Al, Ag, Ni, Cr, Sn, Ti) на низькоомні пластини, травлені у 5% розчині брому в метанолі, були омічними, про що свідчили ВАХ, лінійні та симетричні відносно початку координат. Визначено основні параметри даних омічних контактів, найкращі з яких забезпечували метали Al, Sn та Ti.
На основі низькоомних кристалів телуриду кадмію, легованого ванадієм з концентрацією легуючої домішки NV=510 см-3, були створені гетеропереходи ІТО-CdTe:V, дослідження електричних характеристик яких показали, що вони володіли слабо вираженими випрямляючими властивостями і спектральною чутливістю в області 1,5–еВ. ВАХ гетеропереходів, виготовлених на базі високоомних пластин CdTe:V, є лінійними, а спектральні залежності фоточутливості характерні для матеріалу підкладки, що вказує на те, що ІТО може виступати в якості прозорого омічного контакту до високоомного матеріалу CdTe:V.
Отже, кристали CdTe:V з різними значеннями питомого опору дозволяють створити на їх базі як випрямляючих, фоточутливих в широкій області спектру структур, так і омічних контактів, шляхом обрання способу створення та матеріалу контакту.
|
1*. |
Christmann P., Meyer B.K., Kreissl J., Schwarz R., Benz W. Vanadium in CdTe: and electron-paramagnetic-resonance study // Phys. Rev. B. –. –. –P. 3634–. |
|
2*. |
Gnatenko Yu. P., Faryna I.O., Bukivskij P.M., Shigiltchoff O.A., Gamernyk R.V., Paranchych S.Yu., Paranchych L.D. Optical and photoelecrtical properties of vanadium-doped Cd-xHgxTe crystals // J. Phys.: Condens. Matter.–.–.–Р. 7027-7033. |
|
3*. |
Selber H.R., Peka P., Biernacki S.W., Schulz H.-J., Schwarz R., Benz K.W. Analysis of charge-transfer and charge-conserving optical transitions at vanadium ions in CdTe // Semicond. Sci. Technol.–.–.– Р. 521-527. |
|
4*. |
Савицкий А.В., Бурачек В.Р., Уляницкий К.С., Кормыш М.Е. Влияние легирования некоторыми примесями на оптические свойства монокристаллов CdTe в области прозрачности // Журнал прикладной спектроскопии.–.–XLIV–С. 462-465. |
|
5*. |
Schwartz R.N., Wang Ch.-Ch., Triverdi S., Jagannnathan G., Davidson E.M., Boyd Ph. R., Lee U. Spectroscopic and photorefractive characterization of cadmium telluride crystals codoped with vanadium and manganese// Phys. Rev. B.–.–, No. 23.–Р. 15378-15381. |
|
6*. |
Косяченко Л.А., Махний В.П., Потыкевич И.В. Генерация-рекомбинация в области пространственного заряда контакта металл-CdTe // УФЖ.–.–, № 2.–С. 279-286. |
АНОТАЦІЯ
Танасюк Ю.В. Процеси перносу заряду в легованих кристалах CdTe, Cd,95Hg,05Te та структурах на їх основі. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.10 –фізика напівпровідників і діелектриків. –Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2003.
Дисертація присвячена дослідженню електричних, гальваномагнітних, оптичних, фотоелектричних властивостей монокристалів CdTe, легованих V, V і Ge, V і Mn, CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95) та Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; 0,03y0,07) та вивченню електричних та фотовольтаїчних процесів у поверхнево-бар’єрних структурах, створених на основі телуриду кадмію, легованого ванадієм. Визначено технологічні умови росту, сприятливі для одержання напівізолюючих подвійно легованих кристалів телуриду кадмію та ртутних твердих розчинів, близьких до нього за складом. Оптичні дослідження зазначених матеріалів дозволили ідентифікувати основні фотоіонізаційні переходи, що мають місце у кристалах, легованих домішками двох видів, а також пов’язати ці дані з результатами досліджень у них явищ переносу. Експериментальним шляхом вперше встановлено існування іонів марганцю, який присутній у кристалах в якості другої легуючої домішки або ж компоненти твердого розчину, в стані Mn+ з утворенням мілкого донорного рівня у забороненій зоні.
На основі високоомних кристалів CdTe:V створено випрямляючі структури типу метал-напівпровідник, що завдяки своїй фоточутливості в області 1 –,5 мкм принципово можуть використовуватися як фотоприймачі у волоконно-оптичних лініях зв’язку.
Ключові слова:телурид кадмію,напівізолюючі напівпровідники, тверді розчини, подвійне легування, зарядовий стан, ближня ІЧ-область, випрямляюча структура.
АННОТАЦИЯ
Танасюк Ю.В. Процесы переноса заряда в легированных кристаллах CdTe, Cd0,95Hg,05Te и структурах на их основе. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 –физика полупроводников и диэлектриков. –Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2003.
Диссертация посвящена исследованию электрических, гальваномагнитных, оптических, фотоэлектрических свойств монокристаллов CdTe, легированных V, V і Ge, V і Mn, CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95) и Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; 0,03y0,07), а также изучению электрических и фотовольтаических процессов в поверхностно-барьерных структурах, созданных на основе теллурида кадмия, легованного ванадием.
Измерения явлений переноса в упомянутых кристаллах в температурном интервале 300–К показали, что все они владеют высоким удельным сопротивлением (10– Омсм), а кристаллы CdTe:V:Mn, CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95) характеризуются большими подвижностями носителей заряда (200–и 700–см/Вс, соответственно). Состояние компенсации в данных кристаллах достигалось за счет взаимного воздействия примесей двух типов на собственные дефекты кристалла, в то время как перенос заряда при двойном легировании осуществляется главным образом примесным уровнем ванадия. Такой вывод позволили сделать результаты проведенных температурных измерений коэффициента Холла в кристаллах CdTe:V:Ge(Mn), CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95), на основе которых была определена энергия активации носителей заряда. Полученное для дважды легированных кристаллов значение составляло 0,85–,95 еВ и соответствовало энергетическому положению донорного уровня ванадия относительно зоны проводимости. Для сравнения, в кристаллах телурида кадмия, легированных только ванадием, величина энергии активации носителей заряда не привышала 0,6–,65 еВ –энергии залегания уровня, образованного дважды ионизированными вакансиями кадмия, который и определял электрические показатели данного материала.
Установлены технологические условия роста, благоприятные для получения высокоомных кристаллов теллурида кадмия и твердых ртутных растворов, близких к нему по составу, легированных примесями двух видов. Было показано, что при неизменной величине свободного объема над расплавом, которая составляет 2/3 длины кварцевого контейнера, решающую роль при формировании дефектной структуры кристалла играет скорость охлаждения после роста. В нашем случае охлаждение осуществлялось в два этапа: 1 – со скоростью 1,5 С/час на протяжении 70 часов, а после –со скоростью 35 С/час.
Оптические исследования указанных материалов, проведенные при температурах 4,2 К, 78 К и 300 К, позволили идентифицировать основные фотоионизационные переходы, возникающие в кристаллах, легированных примесями двух видов, а также сопоставить эти данные с результатами измерений в них явлений переноса. Кристаллы телурида кадмия, легированные примесями ванадия, германия и ванадия марганца характеризовались высокой оптической прозрачностью и малым фоновым поглощением. На основе результатов измерений спектров оптического поглощения и пропускания, соответственно при 4,2 и 300 К в кристаллах CdTe:V:Mn, CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95) и Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; 0,03y0,07) экспериментальным путем впервые было установлено существование полосы поглощения в области длин волн 2,5–,5 мкм, которая по энергии соответствовала мелкому донорному уровню в запрещенной зоне материала, образованному ионами марганца, в состоянии Mn+.
На основе високоомных кристаллов CdTe:V термическим напылением пленок Al и Cr созданы выпрямляющие структуры типа металл-полупроводник, вольт-амперные характеристики которых описываются теорией Саа-Нойса-Шокли. Данные поверхностно-барьерные структуры, а также гетеропереходы ІТО-CdTe:V на базе низкоомных кристаллов, оказались фоточувствительными в области 1 –,5 мкм, благодаря чему они принципиально могут быть использованы в качестве фотоприемников в волоконно-оптических линиях связи.
Термическое напыление Al, Ag, Cr, Ni, Sn, Ti на низкоомные подложки CdTe:V не привело к создания выпрямляющих структур, вместо этого было выявлено, что данные металлы, а в особенности Al, Sn, Ti, образуют с данным полупроводниковым материалом качественный омический контакт и обеспечивают при этом минимальное значение его удельного сопротивления.
Ключевые слова:теллуридкадмия,полуизолирующие полупроводники, твердые растворы, двойное легирование, зарядовое состояние, близкая ИК-область, выпрямляющая структура.
ABSTRACT
Yu.V. Tanasyuk Charge transfer phenomena in the doped CdTe, CdxHg-xTe (x=0,95) crystals and structures on their basis.- Manuscript.
The thesis is dedicated to investigation of electrical, galvanomagnetic, optical, photoelectrical properties of the CdTe single crystals, doped with V, both V and Mn, CdxHg-xTe:V:Mn (x=0,95) and Cd-x-yMnyHgxTe:V (x=0,05; 0,03y0,07) and to survey the electrical and photovoltaic processes in surface-barrier structures, manufactured on the basis of vanadium doped cadmium telluride. Technological growth conditions favorable for the preparation of the semiinsulating codoped crystals of cadmium telluride and solid solutions close to it in their composition have been established.
Optical study of the named materials enabled us to identify main photoionization transitions occurring in the crystals co-doped with the impurities of two kinds and correlate these findings with the results of the transport phenomena investigations carried out on them. For the first time to our knowledge it has been experimentally defined, that manganese ions, presented in the crystals in a character of second doping impurity as well as a component of the solid solution, exist in the Mn+ charge state forming a shallow donor layer in the band gap.
The rectifying metal-semiconductor contact structures have been fabricated on the basis of the highly resistive CdTe:V crystals and due to their photosensitivity within the 1 –,5 m can on principal be used as photoreceivers in fiber optics communications.
Key words:cadmium telluride, semiinsulating semiconductors, solid solutions, co-doping, charge state, near IR, rectifying structure.