Вплив легування хлором на фізичні властивості монокристалів телуриду кадмію, вирощених методом сублімації
Технологія отримання і властивості масивних кристалів. Методика отримання монокристалів CdTe і CdTe:Cl. Вивчення дефектів структури у масивних кристалах. Процеси електропровідності монокристалів, вирощених методом фізичного транспорту через газову фазу.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 12.07.2015 |
| Размер файла | 47,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ІМЕНІ В.Є. ЛАШКАРЬОВА
ПОПОВИЧ ВОЛОДИМИР ДМИТРОВИЧ
УДК 538.911
ВПЛИВ ЛЕГУВАННЯ ХЛОРОМ НА ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МОНОКРИСТАЛІВ ТЕЛУРИДУ КАДМІЮ, ВИРОЩЕНИХ МЕТОДОМ СУБЛІМАЦІЇ
01.04.07 - фізика твердого тіла
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Київ - 2010
ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС
Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної академії наук України, м. Київ та в Дрогобицькому державному педагогічному університеті ім. Івана Франка Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник:
доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України
Сизов Федір Федорович,
Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, завідувач відділенням
Офіційні опоненти:
доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник
Іжнін Ігор Іванович,
Науково-виробниче підприємство “Карат” м. Львів, заступник начальника відділу
доктор фізико-математичних наук, професор, провідий науковий співробітник
Шепельський Георгій Анатолійович
Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України
Захист відбудеться 19 березня 2010 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.199.01 при Інституті фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: Проспект Науки 41, м. Київ, 03028
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: Проспект Науки 41, м. Київ, 03028
Автореферат розісланий лютого 2010 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат фізико-математичних наук О.Б. Охріменко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Забруднення значної частини території України внаслідок Чорнобильської аварії і пов'язане з ним погіршення стану здоров'я населення потребує наявності сучасних детекторів ядерних випромінювань для радіологічного моніторингу навколишнього середовища та діагностики супутніх захворювань. Необхідність одночасного підвищення функціональності і ефективності роботи спричинила заміну традиційно використовуваних для фіксації високоенергетичного випромінювання газових іонізаційних камер твердотільними напівпровідниковими датчиками. Однією з найбільш перспективних для цього використання сполук вважається телурид кадмію, що володіє рядом переваг над іншими матеріалами.
На даний час для промислового виробництва неохолоджуваних детекторів застосовують масивні монокристали CdTe:Cl, які отримують з розплаву чи розчину. Проте характерні для росту з рідкої фази недоліки, термодинамічні особливості та деякі властивості даної сполуки є причиною низького виходу матеріалу із потрібними параметрами і, як наслідок, високої його вартості. Тому перспективними є розробка і удосконалення альтернативних методів вирощування з газової фази.
Легування хлором призводить до зміни домішково-дефектної структури і властивостей кристалів телуриду кадмію. Вивченню системи точкових дефектів та недосконалостей структури у CdTe:Cl присвячена значна кількість експериментальних та теоретичних робіт, але результати різних досліджень не завжди узгоджуються, а часто і суперечать одне одному. Так, не дивлячись на значне число запропонованих моделей, до кінця не з'ясованим залишається механізм самокомпенсації, відповідальний за досягнення матеріалом високого опору. Крім того, можливий нерівномірний розподіл хлору в об'ємі кристалу та його преципітація. Проте умови виникнення і вплив просторових неоднорідностей розподілу домішки на властивості CdTe:Cl залишаються майже не дослідженими.
Отже, встановлення механізмів впливу домішки хлору на фізичні властивості монокристалів телуриду кадмію є актуальною науковою проблемою, далекою від повного розв'язання. З'ясування цього питання дозволить підібрати оптимальні умови та рівень легування при вирощуванні з газової фази, що є важливим практичним завданням.
Зв'язок роботи із науковими програмами, планами, темами. Частина дисертаційної роботи виконувалась в рамках наступних наукових тем:
1. “Розробка технології вирощування однорідних за складом, легування та дослідження електричних і фотоелектричних властивостей напівпровідників системи CdTe-ZnTe”. 2001-2003 рр. № ДР 0102U000329.
2. “Дослідження процесів деградації напівпровідникових твердих розчинів кадмій телур - цинк телур”. 2004-2006 рр. № ДР 0104U000893.
3. “Вирощування та дослідження механізмів самокомпенсації монокристалів телуридів кадмію - цинку та структур з нанокластерами для детектуючих систем радіоактивного випромінювання” 2008-2009 рр. № Ф25/110-2008 від 14 травня 2008 р., № ДР 0108U003870.
У межах цих тем автором здійснювалось вирощування кристалів системи CdTe-ZnTe, а також досліджувалися їх структурні, оптичні та електричні властивості.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є виявлення впливу легування хлором та умов отримання на домішково-дефектну структуру та фізичні властивості монокристалів телуриду кадмію, вирощених сублімацією у вакуумі.
Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні завдання:
1. Вирощування масивних монокристалів CdTe і CdTe:Cl модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу.
2. З'ясування впливу рівня легування та умов вирощування на преципітацію хлору і структуру отриманих кристалів.
3. Комплексне дослідження електричних та фотоелектричних властивостей масивних монокристалів CdTe:Cl і встановлення переважаючого механізму самокомпенсації.
4. Вивчення впливу просторових неоднорідностей розподілу домішки на властивості переносу заряду у масивних монокристалах CdTe:Cl.
5. З'ясування впливу рівня легування та нерівномірного розподілу домішки хлору на процеси оптичного поглинання у масивних монокристалах CdTe.
6. Дослідження впливу рівня легування та способу вирощування на спектри випромінювальної рекомбінації масивних монокристалів CdTe:Cl.
Об'єктом дослідження були масивні монокристали номінально нелегованого і легованого хлором телуриду кадмію, вирощені модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу та методом Бріджмена.
Предметом дослідження був вплив легування хлором на фізичні властивості монокристалічного CdTe, отриманого сублімацією у вакуумі.
Для досягнення поставленої мети використовувалися наступні методи дослідження: хімічного селективного травлення, оптичної та електронної мікроскопії, мас-спектроскопії вторинних іонів, дво- та трьохкристальної дифрактометрії рентгенівських променів, електронографії для дослідження дефектів кристалічної структури протяжного та об'ємного типів; дослідження температурної залежності темнової провідності, ефекту Холла, спектральної залежності стаціонарної фотопровідності і оптичного гасіння фотопровідності, релаксації нестаціонарної фотопровідності для вивчення електричних і фотоелектричних властивостей, визначення електричних і транспортних параметрів та енергетичного положення рівнів точкових дефектів у забороненій зоні; інфрачервоного пропускання для дослідження структурної якості та механізмів оптичного поглинання; низькотемпературної фотолюмінесценції для дослідження структурної якості, механізмів випромінювальної рекомбінації, енергетичного положення рівнів та природи точкових дефектів.
Наукова новизна одержаних результатів. Проведені в рамках дисертаційної роботи дослідження дали змогу отримати наступні нові результати:
1. Виявлено збагачені хлором включення у кристалах CdTe:Cl, вирощених з газової фази. Запропоновано механізм утворення включень та пов'язаних з ними макродефектів структури (раковин, порожнин і мікропор), який передбачає перехід до трьохфазного (пара-рідина-тверда фаза) механізму кристалізації внаслідок появи збагаченого хлором розчину на фронті кристалізації. Експериментально оцінено, що гранична розчинність хлору у кристалах CdTe, вирощених модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу, становить (7-9)•1018 см-3.
2. Встановлено кореляцію між рівнем легування та виглядом спектрів пропускання в області прозорості телуриду кадмію. Показано, що зростаючий характер залежності рівня пропускання від довжини хвилі для кристалів з концентрацією хлору у наважці NCl?5•1018 см-3 визначається розсіянням на збагачених хлором включеннях та мікропорожнинах. Встановлено, що форма кривих поглинання нелегованих низькоомних кристалів визначається оптичними переходами між підзонами важких і легких дірок. Пік, який відповідає максимуму цього поглинання, вперше виявлений експериментально.
3. Проведено системні дослідження впливу рівня легування на спектральний хід коефіцієнта поглинання в області довгохвильового краю власного поглинання телуриду кадмію. Показано, що експоненціальна залежність коефіцієнта поглинання може бути пояснена поглинанням за рахунок прямих екситонних переходів з участю фононів лише для випадку нелегованих і слаболегованих (NCl=1017см-3) зразків. У кристалах з NCl?5•1018 см-3 край поглинання формується оптичними переходами з участю хвостів густини станів, утворених внаслідок неоднорідного розподілу домішки.
4. Запропоновано модель природи термічної нестабільності параметрів кристалів CdTe:Cl. Збільшення питомого опору та енергії активації провідності внаслідок короткотривалого низькотемпературного нагріву пояснено дифузією атомів хлору із збагачених цим елементом областей у основний об'єм кристалу, що призводить до підвищення ступеня компенсації матеріалу та заміни робочого акцепторного рівня. Іншим наслідком відпалу є зменшення концентрації і розмірів розсіюючих світло збагачених хлором включень, що є причиною росту інфрачервоного пропускання в області прозорості CdTe.
5. Виявлено високий вміст (на рівні 1017см-3) залишкових мілких донорних домішок (імовірно хлору) у отриманих з газової фази номінально нелегованих кристалах CdTe, який пов'язано з особливостями вирощування методом сублімації. Він може бути знижений передростовим високотемпературним (860-870єС) відпалом синтезованого матеріалу у динамічному вакуумі.
Практичне значення одержаних результатів
1. Розроблена в рамках дисертаційного дослідження методика вирощування, яка базується на модифікації методу фізичного транспорту через газову фазу, може бути застосована для отримання якісних масивних монокристалів CdTe.
2. Визначено оптимальний рівень легування хлором для отримання кристалів CdTe:Cl, придатних до виготовлення неохолоджуваних детекторів Х- і г-випромінювання, при вирощуванні методом фізичного транспорту через газову фазу. Він становить 1018-1019 см-3 хлору у наважці.
3. Продемонстровано можливість підвищення однорідності та покращення властивостей кристалів CdTe:Cl шляхом їх короткотривалого низькотемпературного відпалу.
Особистий внесок здобувача. У роботі узагальнено результати досліджень по темі дисертації за період 1998-2009 рр. [1-24]. У ній використано результати виконаних у співавторстві робіт. Здобувач приймав участь у виборі напрямку досліджень, постановці задач, визначенні методів дослідження, здійснював виміри, обробку, аналіз та інтерпретацію експериментальних даних. Ним виконано систематизацію та аналіз літературних даних по темі дослідження.
Дисертантом проведено модифікацію процесу вирощування кристалів телуриду кадмію методом фізичного транспорту через газову фазу, підібрано оптимальні умови росту та прийнято суттєву участь у конструюванні та виготовленні установок для синтезу та вирощування [1, 2, 4, 5, 7-10, 13, 14, 17]. Ним було виготовлено зразки для більшості експериментальних вимірів.
Автором виявлено збагачені хлором включення у CdTe:Cl, з'ясовано умови і встановлено механізм їх формування, а також запропоновано пояснення утворення структурних дефектів, пов'язаних з процесом виділення легуючої домішки [2, 5, 13, 17, 24]. Здійснено дослідження особливостей дислокаційної структури вирощених кристалів та інтерпретовано результати досліджень їх структурної якості методами дифрактометрії рентгенівських променів та електронографії [2, 17, 23, 24].
Здобувачем було проведено експериментальні виміри фотоелектричних та частини електричних властивостей монокристалів телуриду кадмію, здійснено обробку отриманих даних та на основі їх аналізу встановлено енергетичне положення робочих акцепторних рівнів [1, 2, 5, 8, 10, 13, 15, 17, 18]. Запропоновано нове пояснення механізму температурної нестабільності у кристалах CdTe:Cl, пов'язане з нерівномірним розподілом легуючої домішки, та пояснено низькі значення холлівської рухливості дірок у такому матеріалі [22, 24]. Здійснено експериментальні дослідження та аналіз кінетики нестаціонарної фотопровідності легованих хлором кристалів і встановлено часи життя нерівноважних носіїв [2, 3, 5, 12-14, 17, 18, 24]. На основі моделі компенсації мілких донорів глибокими акцепторами з урахуванням преципітації легуючої домішки пояснено залежність електричних і фотоелектричних властивостей монокристалів CdTe від рівня легування хлором [24].
Дисертантом проведено розрахунок і аналіз експериментальних спектрів інфрачервоного пропускання монокристалів CdTe і CdTe:Cl, встановлено домінуючі механізми поглинання і їх залежність від рівня легування [2, 5, 12, 13, 15, 17, 20, 24]. Розраховано і пояснено спектральний хід коефіцієнта поглинання в області довгохвильового краю власного поглинання, в межах теорії сильно легованих напівпровідників обчислено характерний енергетичний розмір флуктуацій домішкового потенціалу і сумарну концентрацію заряджених точкових дефектів у матеріалі з високим вмістом хлору [6, 19, 21, 24]. Досліджено домішково-дефектну структуру отриманих з газової фази кристалів CdTe залежно від умов отримання та рівня легування хлором на основі аналізу спектрів низькотемпературної фотолюмінесценції [4].
Наукові положення та висновки дисертації, які виносяться на захист, належать здобувачу. Основна частина одержаних у рамках дисертаційного дослідження результатів доповідалась на конференціях особисто автором.
Апробація результатів дисертації. Основні результати викладених у дисертаційній роботі досліджень доповідалися і обговорювались на наукових конференціях: IV International Conference on Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics, 29 September-02 October, 1998, Kyiv, Ukraine; III міжнародній школі-конференції з актуальних питань фізики напівпровідників, 23-30 червня 1999, Дрогобич, Україна; VI Polish Conference on Crystal Growth, 20-23 May, 2001, Poznan, Poland; International Conference on Solid State Crystals - Material Science and Application, 2002, Zakopane, Poland; E-MRS Fall Meeting, 14-18 October, 2002, Zakopane, Poland; 3d International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and its Applications, 23-26 August, 2004 Delft, Netherlands; E-MRS 2004 Fall Meeting, September 6th-10th, 2004, Warsawa, Poland; II Українській Науковій Конференції з Фізики Напівпровідників за участю зарубіжних науковців, 20-24 вересня 2004, Чернівці, Україна; The Fourteenth International Conference on Crystal Growth/ The Twelth International Conference on Vapor Growth and Epitaxy, August 7th-11th, 2004, Grenoble, France; V Міжнародній Школі-Конференції “Актуальні Проблеми Фізики Напівпровідників”, 27-30 червня 2005 р., Дрогобич, Україна; 12th International Conference on II-VI Compounds, September, 12-16, 2005, Warsawa, Poland; 6th European Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation, June 19-23, 2006, Lviv, Ukraine; III Українській науковій конференції з фізики напівпровідників, 17-22 червня 2007 р., Одеса, Україна; Конференції молодих вчених з фізики напівпровідників “Лашкарьовські читання-2008”, 21-23 квітня 2008 р.; Третій міжнародній науково-практичній конференції “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології”, 21-23 травня 2008 р., Кременчук, Україна; 3-ій Міжнародній науковій-технічній конференції “Сенсорна електроніка та мікросистемні технології”, 2-6 червня 2008 р., Одеса, Україна; VI Міжнародній школі-конференції “Актуальні проблеми фізики напівпровідників”, 23-26 вересня 2008 р., Дрогобич, Україна.
Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено у 24 друкованих працях, опублікованих у вітчизняних і закордонних журналах та матеріалах конференцій, зокрема 6 - у наукових фахових виданнях, 1 - патенті України на корисну модель, 1- матеріалах конференцій, 16 - у тезах конференцій.
Об'єм і структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів основного тексту, висновків і списку використаних літературних джерел. Робота викладена на 190 сторінках друкованого тексту, містить 44 рисунки і 5 таблиць. Список цитованих літературних джерел містить 376 найменувань на 33 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність та напрямок досліджень, вибір об'єктів і методів досліджень, сформульовано мету та завдання дисертаційної роботи, висвітлено її наукову новизну, практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок автора, наведено відомості щодо апробації наукових результатів та зв'язку роботи з науковими темами. Вказано кількість публікацій за матеріалами дисертації, структура та об'єм дисертаційного дослідження.
Перший розділ присвячено огляду літературних джерел, що стосуються технології отримання та властивостей масивних кристалів CdTe і CdTe:Cl.
На початку розділу приведено аналіз фазової діаграми бінарної системи Cd-Te, а також розглянуто методи синтезу сполуки і вирощування монокристалічного телуриду кадмію. Зазвичай використовувані у виробництві рідкофазні методи вирощування (Бріджмена і рухомого нагрівача), дають низький вихід матеріалу, придатного для виготовлення неохолоджуваних детекторів високоенергетичного випромінювання.
Далі приведено дані щодо впливу домішки хлору на електричні та транспортні параметри монокристалів CdTe, а також розглянуто систему власних точкових дефектів телуриду кадмію та її перебудову внаслідок легування цим елементом. Проаналізовано основні моделі процесу самокомпенсації у CdTe:Cl, яка призводить до досягнення ним напівізолюючого стану. Жодна з цих моделей не може вважатися універсальною та вичерпною.
Розглянуто вплив умов отримання (методу вирощування, температурного режиму росту та охолодження, відхилення від стехіометрії, легування) на виникнення структурних недосконалостей протяжного та об'ємного типів (дислокацій, двійників, виділень іншої фази) у кристалах телуриду кадмію та їх розподіл по зливку.
Приведено дані, які свідчать про нерівномірний розподіл хлору по об'єму кристалів CdTe:Cl. Показано, що локальні неоднорідності розподілу легуючої домішки приводять, зокрема, до виникнення просторових флуктуацій заряду і утворення потенціального рельєфу, який суттєво змінює електричні та оптичні властивості матеріалу.
У другому розділі описано методику отримання монокристалів CdTe і CdTe:Cl, яка складається з двох етапів: синтезу хімічної сполуки і безпосереднього росту кристалів з газової фази.
Для отримання шихти телуриду кадмію застосовувався синтез у розплаві, який проводився у вакуумованих ампулах, що оберталися в горизонтальній печі. Наважки складових (елементарні Cd, Te та CdCl2) для випадку легування хлором розраховувались, виходячи із припущення, що атоми Cl займають місця у підгратці телуру матриці CdTe. При синтезі нелегованого матеріалу Cd і Te наважувались у стехіометричному співвідношенні. Для мінімізації відхилення від стехіометрії частину нелегованої шихти піддавали короткотерміновому відпалу при 860 - 870 °С в умовах динамічного вакууму.
Для росту кристалів було сконструйовано і виготовлено установку та модифіковано метод фізичного транспорту через газову фазу. Температурний профіль вертикальної печі складається з ізотермічної зони випаровування, центрального вузького максимуму і області зі значним температурним градієнтом на виході (20-25єС/см у зоні росту та 80-90єС/см у зоні охолодження). Використовувалися ростові ампули спеціальної форми, що дає змогу здійснювати попередню очистку місця зародкоутворення і росту та видаляти можливу надлишкову компоненту. Вони розміщувались у печі “антипаралельно” до напрямку вектора гравітації з метою послаблення конвекції, спричиненої земним тяжінням.
Вибір оптимального температурного режиму вирощування проведено на основі аналізу фазової діаграми системи Cd-Te. Температура сублімації становила 950-960єC, що дозволяє отримувати телурид кадмію з мінімальним відхиленням від стехіометричного складу і, водночас, забезпечує достатню швидкість масопереносу. Встановлено, що оптимальне значення швидкості витягування ампули при використаному температурному режимі рівне 0.2 мм/год.
Отримані кристали нелегованого і легованого хлором (з розрахованою концентрацією Cl у наважці NCl=1017-5·1019 см-3) телуриду кадмію довжиною 30-50 мм у широкій частині у більшості випадків складалися з єдиного кристалічного блоку.
Третій розділ присвячено вивченню протяжних та об'ємних дефектів структури у масивних кристалах CdTe і CdTe:Cl, вирощених модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу.
За допомогою оптичної і електронної мікроскопії у найбільш легованому (NCl=2•1019 і 5·1019 см-3) телуриді кадмію виявлено включення іншої фази. Їх переважаючий розмір складає декілька мікрометрів, хоча трапляються окремі виділення діаметром до 100 мкм. Густина включень лежить в межах (3-8)•104 см-2 і збільшується у напрямку росту кристалу. Такі кристали містять велику кількість раковин, пустот і пор циліндричної форми, а їх верхні поверхні мають пористу структуру з великими за розмірами впадинами.
Методом вторинної іонної мас-спектроскопії (ВІМС) встановлено, що виявлені включення збагачені хлором, концентрація якого у їх центрі приблизно на 3 порядки перевищує вміст легуючого елемента у вільних від виділень областях кристалу. Оцінено, що гранична розчинність хлору у вирощеному модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу кристалах телуриду кадмію становить (7-9)•1018 см-3.
Утворення включень і супутніх дефектів структури пояснюється переходом від дво (пара-тверде тіло) до трьохфазного (пара-рідина-тверде тіло) механізму кристалізації внаслідок появи на морфологічно нестабільних місцях фронту кристалізації доевтектичних розчинів псевдобінарної системи CdTe-CdCl2 (фазова діаграма якої приведена в [1*]) і їх міграцією антипаралельно до ліній теплопереносу по механізму зонної плавки з температурним градієнтом.
Середня густина ростових дислокацій у вирощених кристалах, визначена методом селективного травлення, становить NDD=(2.6-4.4) 105 см-2. Кількісний розрахунок показує, що основним джерелом утворення дислокацій є термомеханічні напруження, які виникають під час післяростового охолодження внаслідок не пов'язаної зі змочуванням адгезії кристалу до стінок ампули. Збільшення концентрації до NDD=6.6·105 см-2 у матеріалі з NCl=5•1019 см-3 пояснюється генерацією додаткового числа дислокацій скупченнями атомів домішки, які виступають в ролі джерел локальних напружень всередині кристалічної гратки і виникають внаслідок розпаду перенасичених твердих розчинів CdTe-CdCl2 в процесі післяростового охолодження.
Спостерігався нерівномірний осьовий і радіальний розподіл дислокацій: їх густина зменшується в напрямку від початку до кінця росту у 2 - 3 рази, а концентрації на периферії і в центральних частинах шайб відрізняються не більш, ніж на 90%. У початкових конічних частинах булів CdTe та у прилеглих до стінок ампули областях спостерігається комірчаста субструктура, пов'язана з існуванням блоків з малими кутами розорієнтації, і системи двійникових ламелей.
Покращення структурної якості в напрямку від початку до кінця росту підтверджують результати досліджень методами рентгенівської дифрактометрії та електронограм. Криві гойдання зразків з початкової частини середньо легованого CdTe складаються з декількох широких смуг, що відповідають дифракції Х-променів від різних кристалічних блоків з великими кутами розорієнтації. На електронограмах даних зразків присутні точкові рефлекси від мозаїчного кристалу. Натомість криві дифракційного відбиття зразків з кінця цього зливка являють собою єдиний пік, а для їх електронограм характерні різкі Кікучі-лінії та смуги.
У четвертому розділі розглянуто процеси електропровідності масивних монокристалів CdTe:Cl, вирощених модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу.
Основним наслідком легування кристалів телуриду кадмію хлором є різке зростання їх питомого опору, що пояснюється явищем самокомпенсації. Для рівня легування NCl=1019 cм-3 спостерігається перекомпенсація та інверсія типу провідності з p у n . При перевищенні цієї концентрації зразків знижується приблизно на порядок, а їх провідність знову стає дірковою.
Дослідження ефекту Холла дало змогу встановити, що у середньо легованому CdTe:Cl p-типу рівноважна провідність контролюється глибокими акцепторними центрами. У найбільш високоомних при кімнатній температурі зразках спостерігається перехід від домішкового до змішаного типу провідності, що пояснює різку температурну залежність величин і . Понижені значення холлівської рухливості дірок спричинені розсіянням областями електричного поля навколо неоднорідностей, викликаних великим скупченням легуючої домішки. При цьому рухливість вільних носіїв заряду [2*]:
масивний монокристал газова фаза
, (1)
де - істинна рухливість, - відносний об'єм кристалу, зайнятий неоднорідностями, - функція величини , .
Глибокі рівні в забороненій зоні CdTe:Cl є відповідальними за процеси домішкової фотопровідності та оптичного гасіння фотоструму.
Виявлено збільшення питомого опору та енергії активації темнової провідності частини кристалів CdTe:Cl p-типу внаслідок короткотривалого (?1 год) низькотемпературного (?100єС) нагріву. На певну неоднорідність цих зразків, що зменшується при нагріванні, вказує також неспівпадіння залежностей
,
озрахованих на основі значень напруги, отриманих на різних парах потенціальних зондів. Встановлено, що термостабільність вирощених модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу кристалів CdTe:Cl є вищою, ніж у отриманих з рідкої фази. Вона зменшується в напрямку від початку до кінця зливку та з ростом рівня легування.
Проведений аналіз кривих релаксації нестаціонарної фотопровідності показав, що при кімнатній температурі їх спадні ділянки для зразків CdTe:Cl з NCl?1018 см-3 добре описуються експоненціальним законом, тобто має місце лінійна рекомбінація, і характерні часи спаду являють собою часи життя нерівноважних електронів. Отримані значення у =2.5-4.5 мкс слабо залежать від рівня легування і задовольняють вимогам до детекторного матеріалу спектрометричної якості.
Запропоновано пояснення електричних властивостей монокристалів CdTe:Cl, що базується на моделі компенсації мілких донорів () глибокими акцепторами, представленій у роботі [3*], але враховує нерівномірний розподіл та преципітацію легуючої домішки. Утворення багаточастинкових асоціатів і подальше формування збагачених хлором включень є причиною зворотної інверсії типу провідності з електронної у діркову і зменшення провідності (внаслідок зниження ступеня компенсації) при перевищенні границі розчинності Cl. У ході низькотемпературного відпалу відбувається зворотній процес - розпад хлорних сполук і дифузія його атомів із збагачених цим елементом областей у матрицю кристалу та утворення , що призводить до підвищення ступеня компенсації матеріалу і заміни робочого акцепторного рівня. Один з можливих механізмів преципітації і термічної нестабільності електричних параметрів може бути описаний реакцією:
(2)
У п'ятому розділі досліджуються оптичні властивості кристалів CdTe і CdTe:Cl.
Виявлено, що величина ІЧ-пропускання та спектральний хід залежностей вирощених з газової фази монокристалів CdTe:Cl в області прозорості телуриду кадмію залежить від рівня легування. Для зразків з NCl?1018 см-3 воно практично співпадає з теоретично розрахованою межею. Показано, що домінуючим механізмом екстинкції у сильно легованих кристалах CdTe:Cl (NCl?5•1018 см-3) є розсіяння включеннями іншої фази (збагаченими хлором виділеннями та мікропорожнинами), а у низькоомних нелегованих, отриманих з відпаленої шихти, - поглинання внаслідок оптичних переходів між підзонами легких і важких дірок. Коефіцієнт поглинання:
, (3)
де - концентрація вільних дірок, а qivb-ефективний переріз захоплення квантів світла, що у випадку параболічної валентної зони визначається з виразу [4*]:
, (4)
де C-незалежна від частоти випромінювання стала, mlh і mhh-ефективні маси легких і важких дірок відповідно.
Виявлено, що короткотривалий (?1 год) відпал при ?100єС найбільш легованого матеріалу призводить до значного росту ІЧ-пропускання. Воно може бути пояснене зменшенням концентрації і розмірів збагачених хлором виділень, які розсіюють світло, внаслідок дифузії легуючого елемента у матрицю кристалу.
Основною особливістю спектральних залежностей коефіцієнтів поглинання кристалів CdTe в області довгохвильового краю власного поглинання є їх зсув у бік нижчих енергій з ростом рівня легування Cl при одночасному збільшенні величини поглинання. В інтервалі більших значень спектральний хід коефіцієнтів поглинання добре описується виразом:
, (5)
где - значення коефіцієнта поглинання, екстрапольоване до значення ширини забороненої зони, - ширина забороненої зони, - обернений до нахилу кривої поглинання параметр, що є мірою розупорядкування матеріалу.
Показано, що залежності для нелегованих і слабо легованих (NCl=1017 см-3) кристалів можна пояснити поглинанням за рахунок прямих екситонних переходів з участю фононів. Для зразків CdTe:Cl з NCl?5•1018 см-3 їх хід відтворює хвости густини станів і пояснюється в рамках теорії сильно легованих компенсованих напівпровідників. Хвости густини станів у забороненій зоні CdTe виникають через неоднорідний розподіл хлору, що призводить до утворення флуктуацій домішкового потенціалу, а спектральні залежності коефіцієнтів поглинання описуються виразом [5*]:
, (6)
Де
- дефіцит енергії кванта випромінювання, - енергетичний розмір флуктуацій потенціалу. Значення параметрів , і для ряду зразків приведено у табл. Розраховані в рамках теорії сильно легованих компенсованих напівпровідників [5*] сумарні концентрації заряджених точкових дефектів для матеріалу з NCl?5•1018 см-3 значно нижчі за концентрацію введеного Cl, що є наслідком його преципітації та участі у створенні нейтральних комплексів.
Шляхом аналізу спектрів низькотемпературної (=5 К) фотолюмінесценції кристалів CdTe встановлено, що ріст рівня легування призводить до появи чи збільшення інтенсивності ліній, пов'язаних як з присутністю простих дефектів виду ClTe, так і комплексів (VCd-Cl) та (VCd-2Cl). Зниження інтенсивності останньої з них у спектрах ФЛ матеріалу з NCl=5•1019см-3 можна пояснити зменшенням імовірності утворення трьохчастинкових ассоціатів (VCd-2Cl) внаслідок преципітації хлору.
Здійснено порівняння спектрів ФЛ кристалів CdTe, отриманих модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу і вирощених методом Бріджмена. Присутність у спектрах вирощених сублімацією кристалів CdTe:Cl “дефектної” Y-смуги корелюється зі значною густиною дислокацій у такому матеріалі, а вища інтенсивність ліній екситонної фотолюмінесценції очевидно пов'язана з меншою концентрацією глибоких центрів, що виступають в якості конкуруючих каналів безвипромінювальної рекомбінації. Наявність пов'язаних з Cl ліній у спектрах номінально нелегованого матеріалу, одержаного з газової фази, пояснюється його значним вмістом у вихідних матеріалах, що не знижується при вирощуванні сублімацією у замкненій ампулі через високу пружність парів хлорних сполук. Встановлено, що передростовий відпал синтезованого матеріалу у динамічному вакуумі при 860-870єС призводить до зникнення цих ліній, знижуючи концентрацію хлору в шихті.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі досліджено вплив домішки хлору на структурні, електричні та оптичні властивості масивних монокристалів телуриду кадмію, що були вирощені модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу з метою їх використання для виготовлення неохолоджуваних детекторів високоенергетичного випромінювання.
Найважливіші наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:
1. Розроблено методику отримання масивних кристалів CdTe і CdTe:Cl, яка складається з двох етапів. Перший полягає у синтезі шихти в умовах, що забезпечують мінімально можливе відхилення від стехіометричного складу. На другому здійснюється вирощування монокристалів модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу у спеціально для цього сконструйованій та виготовленій установці.
2. Встановлено, що при перевищенні вмісту хлору в кристалах у (7-9)•1018 см-3 відбувається утворення збагачених цим елементом включень мікрометричних розмірів концентрацією (3-8)•104 см-2, а також значної кількості супутніх макродефектів структури (раковин, порожнин і пор). Існування цих структурних недосконалостей спричинене переходом до трьохфазного механізму кристалізації внаслідок появи на морфологічно нестабільних місцях фронту кристалізації доевтектичних розчинів псевдобінарної системи CdTe-CdCl2 і їх міграцією антипаралельно до ліній теплопереносу згідно механізму зонної плавки з температурним градієнтом.
3. На основі моделі компенсації мілких донорів глибокими акцепторами з врахуванням нерівномірного розподілу та преципітації легуючої домішки здійснено якісне пояснення залежності електричних властивостей монокристалів CdTe від рівня легування хлором. Кількісний розрахунок показав, що експериментально виявлені низькі значення холлівської рухливості дірок для частини зразків CdTe:Cl з NCl?1018 см-3 викликані розсіянням на областях об'ємного заряду, створеного скупченнями заряджених точкових дефектів з участю легуючої домішки. Збільшення питомого опору та енергії активації провідності у такому матеріалі внаслідок низькотемпературного нагріву спричинені дифузією атомів хлору із збагачених цим елементом областей у матрицю кристалу, що призводить до підвищення ступеня компенсації матеріалу та заміни робочого акцепторного рівня.
4. Експериментально встановлено, що величина та спектральний хід коефіцієнта пропускання монокристалів CdTe в області прозорості телуриду кадмію залежить від рівня легування хлором. Доведено, що форма спектрів інфрачервоного пропускання сильно легованих монокристалів CdTe:Cl (NCl?5•1018 см-3) визначається розсіянням на включеннях іншої фази (збагачених хлором виділеннях та мікропорожнинах), а низькоомних нелегованих - оптичними переходами між підзонами легких і важких дірок. Пропускання слабо (NCl=1017 см-3) і середньо легованого (NCl=1018 см-3) матеріалу є близьким до теоретично розрахованої межі для телуриду кадмію.
5. Кількісний розрахунок показав, що експериментально отримана експоненціальна залежність коефіцієнта поглинання в області довгохвильового краю власного поглинання для випадку нелегованих і слабо легованих зразків описується правилом Урбаха і може бути пояснена поглинанням за рахунок прямих екситонних переходів з участю фононів. Форма краю поглинання у кристалах з NCl?5•1018 см-3 визначається оптичними переходами з участю хвостів густини станів, утворених внаслідок неоднорідного розподілу хлору, що призводить до виникнення флуктуацій домішкового потенціалу. З результатів оптичних вимірювань у рамках теорії сильно легованих компенсованих провідників здійснено розрахунок характерних енергетичних розмірів флуктуацій потенціального рельєфу і концентрацій заряджених точкових дефектів. Останні є значно нижчими за концентрації введеного хлору, що пояснюється його преципітацією та участю в утворенні нейтральних комплексів з власними дефектами кристалічної гратки CdTe.
6. Встановлено, що з метою отримання придатного для виготовлення детекторів високоенергетичного випромінювання матеріалу при вирощуванні CdTe:Cl модифікованим методом фізичного транспорту через газову фазу оптимальним є вміст хлору у наважці в діапазоні NCl=1018-1019 см-3. При такому рівні легування отримуються найбільш однорідні і структурно досконалі напівізолюючі (с?108 Ом·см) кристали з високим значенням часів життя вільних електронів (=2-4 мкс).
СПИСОК ЦИТОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1*. Liquid phase epitaxial growth of CdTe in the CdTe-CdCl2 system / J. Saraie, M. Kitagawa, M. Ishida, T. Tanaka // J. Cryst. Growth. - 1978. - V. 43. - P. 13-16.
2*. Juretschke H. / Hall effect and conductivity in porous media / H. J. Juretschke, R. Landauer, J. A. Swanson // J. Appl. Phys. - 1956. - V. 27. - P. 838-839.
3*. Особенности электропроводности монокристаллов Cd1-xZnxTe и Cd1-xMnxTe / Л. А. Косяченко, А. В. Марков, Е. Л. Маслянчук [и др.] // ФТП. - 2003. - Т. 37, №12. - С. 1420-1426.
4*. Characterization of p-type CdTe Bridgman crystals by infrared extinction spectra / U. Becker, P. Rudolph, R. Boyn [and other] // Phys. Stat. Sol. (a). - 1990. - V. 120. - P. 653-660.
5*. Шкловский Б. И. Электронные свойства легированных полупроводников / Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. - М.: Наука, 1979. - 416 с.
Список опублікованих праць по темі дисертації
1. Физические свойства полуизолирующих монокристаллов CdTe:Cl, выращенных из газовой фазы / В. Д. Попович, Г. М. Григорович, Р. М. Пелещак, П. М. Ткачук // ФТП. - 2002. - Т. 36, № 6. - С. 674-678.
2. Characterization of the vapour grown CdTe crystals for high energy radiation detectors / V. D. Popovych, I. S.Virt, D. I. Tsutsura [and other] // Phys. Stat. Sol. (c).-2006.-V. 3. - P. 717-721.
3. Photoelectrical and noise processes in CdTe crystals / I. S. Virt, I. S. Bilyk, V. D. Popovych [and other] // Phys. Stat. Sol. (c). - 2006. - V. 3. - P. 1055-1058.
4. Особливості фотолюмінесценції монокристалів CdTe, вирощених методом сублімації / Д. В.Корбутяк, С. Г. Крилюк, Н. Д. Вахняк [та ін.] // УФЖ. - 2006. - Т. 51, №7. - С. 691-698.
5. The effect of chlorine doping concentration on the quality of CdTe single crystals grown by the modified physical vapor transport method / V. D. Popovych, I. S. Virt, F. F. Sizov [and other] // J. Cryst. Growth. - 2007. - V. 308. - P. 63-70.
6. Влияние примеси хлора на длинноволновой край полосы поглощения монокристаллов CdTe / В. Д. Попович, P. Potera, И. С. Вирт, М. Ф. Билык // ФТП. - 2009. - Т. 43, № 6. - С. 759-763.
7. Пат. України на корисну модель МПК (2009) С30В 23/00 С30В 11/00. Спосіб вирощування монокристалів CdTe та CdZnTe / Корбутяк Д. В., Лоцько О. П., Демчина Л. А., Вахняк Н. Д., Цюцюра Д. І., Британ В. Б., Пігур О. М., Попович В. Д.; власник Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України. - № 40276; заявл. 2.12.2008; опубл. 25.03.2009, Бюл. №6.
8. Popovych V. D. Growth of homogeneous Cl-doped cadmium telluride single crystals / V. D. Popovych // Матеріали III міжнародної школи-конференція з актуальних питань фізики напівпровідників. - Дрогобич, Україна, 23-30 червня 1999. - Дрогобич, С. 107-112.
9. Popovych V. D. Growth of homogeneous Cl-doped single crystals / V. D. Popovych // IV International Conference on Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics, Kyiv, Ukraine, 29 September-02 October 1998: abstracts. - 1998. - P.152.
10. Popovych V. D. Vapour phase preparation and deep levels investigation of semiinsulating CdTe:Cl single crystals / V. D. Popovych // VI Polish Conference on Crystal Growth, Poznan, Poland, 20-23 May 2001: abstracts. - 2001. - P. 42.
11. Longwave optic spectroscopy of the CdTe:Cl single crystals / V. D. Popovych, I. S. Virt, M. F. Bilyk, A. V. Sukach // E-MRS Fall Meeting. Symposium G, Zakopane, Poland, October 14th-18th 2002: abstracts. - 2002. - P. 59.
12. Photoprocesses in the bulk CdTe crystals / I. S Virt., V. D. Popovych, D. I. Tsutsura [and other] // 3rd International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and its Applications, Delft, Netherlands, 23-26 August 2004: abstracts. - 2004. - P. 137.
13. Vapour phase growth and characterisation of Cl-doped cadmium telluride single crystals / V. D. Popovych, I. S. Virt, D. I. Tsutsura [and other] // E-MRS 2004 Fall Meeting, Warsawa, Poland, September 6th-10th, 2004: abstracts. - 2004. - P. 177.
14. Дослідження процесів нестаціонарної фотопровідності монокристалів телуриду кадмію, вирощених із газової фази / В. Д. Попович, І. С. Вірт, М. Бестер [та ін.] // II Українська Наукова Конференція з Фізики Напівпровідників за участю зарубіжних науковців, 20-24 вересня 2004 р.: - тези доп. - 2004. - Т. 2, С. 82.
15. Vapour phase growth and characterisation of Cl-doped cadmium telluride single crystals / V. D. Popovych, I. S. Virt, D. I. Tsutsura [and other] // Fourteenth International Conference on Crystal Growth in conjuction with the Twelfth International Conference on Vapor Growth and Epitaxy, August 7th-11th, 2004: abstracts. - 2004. - P. 279.
16. Вплив домішки хлору на фізичні властивості кристалів телуриду кадмію, вирощених методом сублімації / В. Д. Попович, Д. І. Цюцюра, З. Ф. Цибрій (Івасів), І. В. Курило // V Міжнародна Школа-Конференція “Актуальні Проблеми Фізики Напівпровідників”, Дрогобич, Україна, 27-30 червня, 2005 р.: тези доповідей - 2005. - С. 133-134.
17. Characterization of the vapour grown CdTe crystals for high energy radiation detectors / V. D Popovych., I. S. Virt, D. I. Tsutsura [and other] // 12th International Conference on II-VI Compounds, Warsawa, Poland, September, 12 - 16, 2005: abstracts. - 2005. - P. 68.
18. Polarization processes in CdTe crystals / I. S. Virt, P. S. Shkumbatiuk, V. D. Popovych [and other] // 8th International Workshop on Expert Evaluation & Control of Compounds Semiconductor Material & Technologies, Cadiz, Spain, 14-17 May, 2006: abstracts - 2006. - P. PO-427.
19. Effect of chlorine doping on the optoelectronic properties of CdTe single crystals grown by physical vapor transport method / R. V. Gamernyk, V. D. Popovych, M. M. Staсko, M. F. Bilyk // 6th European Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation, Lviv, Ukraine, June 19-23, 2006: abstracts - 2006. - P. 123.
20. Вплив концентрації легуючої домішки на оптичні спектри пропускання монокристалів CdTe:Cl, вирощених методом сублімації / В. Д. Попович, І. С. Вірт, М. Ф. Білик [та ін.] // III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників, Одеса, Україна, 17-22 червня 2007 р.: тези доп. - 2007. - С. 426.
21. Вплив концентрації легуючої домішки (хлору) на фундаментальний край поглинання телуриду кадмію, вирощеного з газової фази / В. Д. Попович, І. С. Вірт, P. Potera, З. Ф. Цибрій // Конференція молодих вчених з фізики напівпровідників “Лашкарьовські читання - 2008”, Київ, Україна, 21-23 квітня 2008 р.: тези доп. - 2008. - С. 115-116.
22. Часові зміни рівноважних параметрів у CdTe:Cl, отриманого різними технологічними методами / М. І. Ілащук, О. А. Парфенюк, К. С. Уляницький [та ін.] // Третя міжнародна науково-практична конференція “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології”, Кременчук, Україна, 21-23 травня 2008 р.: тези доп. -2008. - С. 76.
23. Структурні дефекти монокристалів CdTe:Cl, вирощених методом сублімації / В. Д. Попович, В. В. Баран, Р. М. Пелещак, Д. Д. Шуптар // 3-а Міжнародна науково-технічна конференція “Сенсорна електроніка та мікросистемні технології”, Одеса, Україна, 2-6 червня 2008 р.: тези доп. - 2008. - С. 304.
24. Попович В. Д. Вплив легування хлором на фізичні властивості монокристалів телуриду кадмію, вирощених методом сублімації / В. Д. Попович, Г. М. Григорович // VI Міжнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників”, Дрогобич, Україна, 23-26 вересня 2008 р.: тези доп. - 2008. - Т. 2, С. 90-91.
АНОТАЦІЯ
Попович В. Д. Вплив легування хлором на фізичні властивості монокристалів телуриду кадмію, вирощених методом сублімації.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидати фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла, Інститут Фізики Напівпровідників імені В. Є. Лашкарьова Національної Академії Наук України, Київ, 2010.
Роботу присвячено вивченню впливу домішки хлору та умов вирощування на структуру, електричні та оптичні властивості масивних монокристалів телуриду кадмію. Нелеговані та леговані Cl у широкому діапазоні концентрацій монокристали CdTe було отримано з допомогою методики, що базується на модифікованому методі фізичного транспорту через газову фазу.
Встановлено, що фізичні властивості CdTe:Cl визначаються як перебудовою системи точкових дефектів телуриду кадмію внаслідок легування, так і існуванням неоднорідностей, пов'язаних з нерівномірним розподілом легуючої домішки в об'ємі кристалів.
Виявлено, що при перевищенні критичного рівня легування відбувається утворення збагачених хлором включень і супутніх макродефектів структури, розсіяння на яких є причиною зниження величини оптичного пропускання в області прозорості CdTe. Встановлено, що спектральний хід коефіцієнта поглинання в області довгохвильового краю власного поглинання у сильно легованих кристалах відтворює хвости густини станів, причиною існування яких є флуктуації домішкового потенціалу через локальні неоднорідності в розподілі легуючої домішки. Розсіяння на областях електричного поля навколо скупчень атомів легуючої домішки є причиною понижених значень холлівської рухливості носіїв заряду у CdTe:Cl.
Показано, що короткотривалий низькотемпературний відпал підвищує однорідність сильно легованого матеріалу. Його наслідком є збільшення питомого опору і енергії активації провідності, а також ріст ІЧ-пропускання, що пов'язано з дифузією атомів хлору із збагачених цим елементом областей у основний об'єм кристалу.
Отримані результати дозволяють підібрати оптимальний рівень легування при вирощуванні CdTe:Cl з газової фази, що є важливим практичним завданням.
Ключові слова: монокристал, телурид кадмію, легування хлором, вирощування з газової фази, включення, неоднорідний розподіл домішки, самокомпенсація, електропровідність, оптичне поглинання, фотолюмінесценція.
АННОТАЦИЯ
Попович В. Д. Влияние легирования хлором на физические свойства монокристаллов теллурида кадмия, выращенных методом сублимации.-Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела, Институт Физики Полупроводников имени В. Е. Лашкарева Национальной Академии Наук Украины, Киев, 2010.
Диссертация посвящена экспериментальному исследованию влияния легирующей примеси хлора на физические свойства выращенных методом сублимации объемных монокристаллов теллурида кадмия, которые применяются для изготовления неохлаждаемых датчиков высокоэнергетического излучения.
Разработана методика, состоящая из синтеза шихты теллурида кадмия в расплаве и последующего выращивания кристаллов модифицированным методом физического транспорта через газовую фазу в специально сконструированной и изготовленной установке. Она дала возможность получить достаточно большие кристаллы нелегированного CdTe и CdTe:Cl с концентрацией хлора в исходной навеске NCl=1017-5·1019 см-3, состоящие из единственного кристаллического блока.
Микроскопические исследования поверхностей образцов и анализ методом масс-спектроскопии вторичных ионов выявили обогащенные хлором включения, раковины, пустоты и поры в материале с NCl>1019 см-3. Их образование можно объяснить появлением на фронте кристаллизации жидких доэвтектических растворов псевдобинарной системы CdTe-CdCl2, которые мигрируют антипаралельно линиям теплопереноса по механизму зонной плавки с температурным градиентом. По данным анализов методом вторичной ионной масс-спектроскопии граничная растворимость хлора в выращенных кристаллах теллурида кадмия оценена на уровне (7-9)•1018 см-3. С помощью химического селективного травления, электронографии и рентгеновской дифрактометрии обнаружено улучшение структурного совершенства кристаллов CdTe и CdTe:Cl в направлении роста, и от периферии радиальных сечений к их центру, которое проявлялось в уменьшении плотности ростовых дислокаций, двойников и малоугловых границ зерен. Количественная оценка показала, что основным источником образования дислокаций и причиной их неоднородного распределения по объему слитков являются термомеханические напряжения, возникающие из-за не связанной со смачиванием адгезии кристаллов со стенками ростовой ампулы.
Путем исследования электрических, фотоэлектрических и гальваномагнитных свойств установлено, что проводимость полуизолирующих монокристаллов CdTe:Cl р-типа контролируется глубокими акцепторными центрами, а для наиболее высокоомных образцов реализуется механизм смешанной проводимости. Зависимость этих свойств от уровня легирования описывается на основе модели компенсации связанных с хлором мелких доноров глубокими акцепторами, которая учитывает неравномерное распределение и преципитацию легирующей примеси. В рамках предложенной модели объясняется концентрационная зависимость удельного сопротивления и термическая нестабильность параметров легированных хлором образцов. Предполагается, что увеличение удельного сопротивления и энергии активации темновой проводимости CdTe:Cl вследствие кратковременного низкотемпературного отжига вызвано диффузией атомов хлора из обогащенных этим элементом областей в матрицу кристалла с последующим образованием хлорсодержащих центров, что приводит к увеличению степени компенсации материала и замене рабочего акцепторного уровня на более глубокий. Также показано, что пониженные значения холловской подвижности дырок в таких кристаллах вызваны рассеянием носителей объемным зарядом неоднородностей, обусловленных скоплениями легирующей примеси.
...Подобные документы
Моделі структур в халькогенідах кадмію і цинку. Характеристика областей існування структур сфалериту і в’юрциту. Кристалічна структура і антиструктура в телуриді кадмію. Кристалоквазіхімічний аналіз. Процеси легування. Утворення твердих розчинів.
дипломная работа [703,8 K], добавлен 14.08.2008Характеристики та класифікація напівпровідників. Технологія отримання напівпровідників. Приготування полікристалічних матеріалів. Вплив ізохорного відпалу у вакуумі на термоелектриці властивості і плівок. Термоелектричні властивості плюмбум телуриду.
дипломная работа [4,4 M], добавлен 09.06.2008Сутність технології GаАs: особливості арсеніду галію і процес вирощування об'ємних монокристалів. Загальна характеристика молекулярно-променевої епітаксії, яка потрібна для отримання плівок складних напівпровідникових з’єднань. Розвиток технологій GаАs.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 25.10.2011Загальні властивості реальних газів. Водяна пара і її характеристики. Аналіз трьох стадій отримання перегрітої пари. Основні термодинамічні процеси водяної пари. Термодинамічні властивості і процеси вологого повітря. Основні визначення і характеристики.
реферат [1,2 M], добавлен 12.08.2013Природа електронних процесів, що відбуваються при високоенергетичному збудженні і активації шаруватих кристалів CdI2. Дослідження спектрів збудження люмінесценції і світіння номінально чистих і легованих атомами металів свинцю кристалів йодистого кадмію.
курсовая работа [666,8 K], добавлен 16.05.2012Основні відомості про кристали та їх структуру. Сполучення елементів симетрії структур, грати Браве. Кристалографічні категорії, системи та сингонії. Вирощування монокристалів з розплавів. Гідротермальне вирощування, метод твердофазної рекристалізації.
курсовая работа [5,5 M], добавлен 28.10.2014Комбінаційне і мандельштам-бріллюенівське розсіювання світла. Властивості складних фосфорвмісних халькогенідів. Кристалічна будова, фазові діаграми, пружні властивості. Фазові переходи, пружні властивості, елементи акустики в діелектричних кристалах.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.10.2011Основні фізико-хімічні властивості NaCI, різновиди та порядок розробки кристалохімічних моделей атомних дефектів. Побудування топологічних матриць, визначення числа Вінера модельованих дефектів, за якими можна визначити стабільність даної системи.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 14.08.2008Способи вирощування кристалів. Теорія зростання кристалів. Механічні властивості кристалів. Вузли, кристалічні решітки. Внутрішня будова кристалів. Міцність при розтягуванні. Зростання сніжних кристалів на землі. Виготовлення прикрас і ювелірних виробів.
реферат [64,9 K], добавлен 10.05.2012Характеристика основних властивостей рідких кристалів. Опис фізичних властивостей, методів вивчення структури рідких кристалів. Дослідження структури ліотропних рідких кристалів та видів термотропних.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.06.2010Розповсюдження молібдену в природі. Фізичні властивості, отримання та застосування. Структурні методи дослідження речовини. Особливості розсіювання рентгенівського випромінювання електронів і нейтронів. Монохроматизація рентгенівського випромінювання.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 24.01.2010Структура і фізичні властивості кристалів Sn2P2S6: кристалічна структура, симетрійний аналіз, густина фононних станів і термодинамічні функції. Теорія функціоналу густини, наближення теорії псевдо потенціалів. Рівноважна геометрична структура кристалів.
дипломная работа [848,2 K], добавлен 25.10.2011Нанорозмірні матеріали як проміжні між атомною та масивною матерією. Енергетичні рівні напівпровідникової квантової точки і їх різноманіття. Літографічний, епітаксіальний та колоїдний метод отримання квантових точок, оптичні властивості та застосування.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.04.2010Моделі структур в халькогенідах кадмію і цинку. Області існування структур сфалериту і в’юрциту. Радіуси тетраедричних і октаедричних порожнин для сфалериту і в’юрциту. Кристалічна структура і антиструктура в телуриді кадмію. Кристалоквазіхімічний аналіз.
дипломная работа [281,1 K], добавлен 09.06.2008Дослідження електричних властивостей діелектриків. Поляризація та діелектричні втрати. Показники електропровідності, фізико-хімічні та теплові властивості діелектриків. Оцінка експлуатаційних властивостей діелектриків та можливих областей їх застосування.
контрольная работа [77,0 K], добавлен 11.03.2013Кристалічна структура та фононний спектр шаруватих кристалів. Формування екситонних станів у кристалах. Безструмові збудження електронної системи. Екситони Френкеля та Ваньє-Мотта. Екситон - фононна взаємодія. Екситонний спектр в шаруватих кристалах.
курсовая работа [914,3 K], добавлен 15.05.2015Розгляд поняття, способів вираження хімічної чистоти та розділення матеріалів. Характеристика сорбційних (абсорбція, адсорбція), кристалічних процесів, рідинної екстракції, перегонки через газову фазу (закони Коновалова) та хімічних транспортних реакцій.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 05.04.2010Здатність шаруватих напівпровідників до інтеркаляції катіонами лужних, лужноземельних металів, аніонами галогенів, а також органічними комплексами. Вплив інтеркаляції воднем на властивості моноселеніду ґалію. Спектри протонного магнітного резонансу.
реферат [154,0 K], добавлен 31.03.2010Магнітні властивості композиційних матеріалів. Вплив модифікаторів на електропровідність композитів, наповнених дисперсним нікелем і отверджених в магнітному полі. Методи розрахунку діелектричної проникності. Співвідношення Вінера, рівняння Ліхтенекера.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 18.06.2013Вивчення зонної структури напівпровідників. Поділ речовин на метали, діелектрики та напівпровідники, встановлення їх основних електрофізичних характеристик. Введення поняття дірки, яка є певною мірою віртуальною частинкою. Вплив домішок на структуру.
курсовая работа [1002,2 K], добавлен 24.06.2008
