Вплив індукованих лазерним випромінюванням ударних хвиль на стан дефектів у вузькощілинних твердих розчинах Hg1-xCdxTe та Pb1-xSnxTe

Досліджено вплив ударних хвиль на матеріал з макронеоднорідностями. Установлено, що така обробка є ефективним засобом зменшення відносного об'єму виділень іншої фази.

Шляхом вимірювання орієнтаційних залежностей магнетоопору досліджено зміни зонної структури в гетероепітаксійних шарах Pb1-xSnxTe / BaF2 до та після ударної обробки, а також покритих різного типу пасивантами. Показано, що пасивація поверхні шаром кристалічного BaF2 збільшує напруження в плівці, а анодний оксид практично не вносить змін в стан деформації матеріалу.

Досліджено термічну стабільність анодного оксиду Hg1-xCdxTe без дії ударних хвиль та після ударної обробки. Установлено, що термічна стабільність структур анодний оксид - Hg1_xCdxTe суттєво покращується після проходження ударної хвилі. Виявлено зміну вбудованого додатного заряду на границі розділу анодний оксид - Hg1-xCdxTe після ударної обробки. Запропоновано механізм перебудови границі розділу анодний оксид - Hg1-xCdxTe під дією ударних хвиль.

Ключові слова: ударна хвиля, телурид кадмію-ртуті, границя розділу, анодний оксид.

Аннотация

Яковина В.С. Влияние индуцированных лазерным излучением ударных волн на состояние дефектов в узкощелевых твердых растворах Hg1-xCdxTe и Pb1-xSnxTe. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2002.

Работа посвящена изучению влияния индуцируемых импульсами излучения неодимового лазера (длина волны излучения 1.06 мкм, длительность импульса 30 нс) ударных волн (ЛУВ) на подсистему дефектов в узкощелевых твердых растворах (ТР) Hg1-xCdxTe и Pb1-xSnxTe. При этом методика эксперимента выбрана так, чтобы избежать термического воздействия излучения лазера на полупроводник. Проведены гальваномагнитные (удельная проводимость, полевые зависимости эффекта Холла), фотоэлектрические (время жизни неравновесных носителей заряда и его температурные зависимости) и механические (микротвердость, селективное травление дислокационных розеток около отпечатка индентора) исследования.

Особое внимание уделено двум режимам индуцирования ЛУВ в ТР Hg1_хCdхTe, а именно: облучение моноимпульсом лазерного излучения и импульсом, состоящим из нескольких пичков, длительностью 30 нс каждый и интервал между пичками составлял 50100 мкс. При этом в первом режиме через кристалл проходила одна ЛУВ, а во втором - несколько (24 в зависимости от количества пичков) с интервалом 50100 мкс. Показано принципиальное отличие остаточных изменений свойств материала при каждом режиме обработки. Установлено, что прохождение через кристалл узкощелевого ТР Hg1_хCdхTe одной ЛУВ имеет тенденцию к p-n конверсии, в то время как обработка несколькими ЛУВ приводит к n-p конверсии материала. При этом механизмы рекомбинации и рассеяния носителей заряда остаются без изменений. Предложен обобщенный механизм взаимодействия ЛУВ с исследуемыми материалами, который включает все описанные проявления.

Исследовано влияние ударной обработки на кристаллы с макродефектами такими как включения другой фазы. Показано, что ударная обработка является эффективным методом уменьшения удельного объема таких включений. Выявлено некоторое упорядочивание границы раздела в пленочных структурах Hg1-xCdxTe / CdTe. Описана возможность диффузии примесей первой группы под действием ЛУВ из пленки металла, осажденной на поверхность кристалла.

Методом измерения ориентационных зависимостей магнетосопротивления определены изменения зонной структуры и соответствующие механические напряжения в гетероэпитаксиальных слоях Pb1-xSnxTe / BaF2. Показано, что пассивация поверхности Pb1_хSnхTe слоем кристаллического BaF2 увеличивает механические напряжения в пленке, в то время как анодный оксид в силу своей стеклообразной природы не приводит к видимым изменениям напряженного состояния материала. Показано идентичность механизмов ударноволнового дефектообразования в ТР Hg1_хCdхTe и Pb1_хSnхTe. Кроме того в образцах PbTe/BaF2 обнаружена релаксация концентрации неравновесных носителей заряда после ударной обработки. Математически описан отжиг неравновесных дефектов и проведена его физическая интерпретация. Отсутствие видимых релаксационных процессов в ТР Hg1_хCdхTe связано с намного более высокими коэффициентами самодиффузии компонент.

Проведены исследования термической стабильности анодного окисла (АО) Hg1_хCdхTe в том числе после воздействия ЛУВ. Обнаружено влияние ЛУВ на встроенный положительный заряд на границе раздела АО - Hg1_хCdхTe и его стабилизацию до значения (6.01.0)1011 см-2, которое зависит от исходной дефектности и состояния поверхности образца. Показано значительное улучшение термической стабильности структур АО - Hg1_хCdхTe после ударной обработки. Так, концентрация электронов в конвертированном n-слое, образованном после отжига структур, уменьшается на порядок в образцах, подвергнутых воздействию ЛУВ. Предложен механизм перестройки границы раздела АО - Hg1_хCdхTe в результате ударной обработки.

Ключевые слова: ударная волна, теллурид кадмия-ртути, граница раздела, анодный оксид.

Summary

Yakovyna V.S. Influence of laser irradiation induced shock waves on defects state in narrow-gap Hg1-xCdxTe and Pb1_xSnxTe alloys. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of candidate of physical and mathematical sciences on speciality 01.04.10 - Physics of Semiconductors and Dielectrics. Chernivtsi National University by Yuriy Fedkovich, Chernivtsi, 2002.

The thesis is dedicated to experimental investigation of laser-excited shock waves impact on electrical, photoelectric and mechanical parameters of narrow-gap Hg1-xCdxTe and Pb1-xSnxTe alloys and their based interfaces. The mechanism of defect structure rebuilding in the alloys under laser shock waves effect is proposed. The difference in main manifestation of the mechanism depending on the mode of laser irradiation, namely exciting shock wave either by monopulse of irradiation or by pulse consisted of several spikes, is shown.

The affect of laser shock waves on material with macroinhomogeneties is investigated. It is determined that the shock wave treatment is an effective tool to reduce the precipitates volume.

The changes of band structure in epitaxial Pb1-xSnxTe / BaF2 layers before and after shock wave treatment as well as in layers passivated in different way are studied. It is shown that the surface passivation by thin BaF2 overcap increases the film strains while the anodic oxide does not affect the strains.

The Hg1-xCdxTe anodic oxide thermal stability and the impact of laser shock waves on it is investigated. It is determined that anodic oxide - Hg1-xCdxTe thermal stability is substantially improved after shock wave influence. Changes of fixed charge at the interface after shock wave processing are found. The mechanism of interface rebuilding under laser shock waves affect is proposed.

Key words: shock wave, mercury cadmium telluride, interface, anodic oxide.

Размещено на Allbest.ru