Температурні, опромінювальні і акустичні ефекти у вузькощілинному кадмій-ртуть-телурі та фотодіодах на його основі

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ

ІМЕНІ В.Є. Лашкарьова

УДК 534.29; 538.951; 538.935; 621.315.592

01.04.07 - фізика твердого тіла

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

ТЕМПЕРАТУРНІ, ОПРОМІНЮВАЛЬНІ І АКУСТИЧНІ ЕФЕКТИ У ВУЗЬКОЩІЛИННОМУ КАДМІЙ-РТУТЬ-ТЕЛУРІ ТА ФОТОДІОДАХ НА ЙОГО ОСНОВІ

Лисюк Ігор Олександрович

Київ-2011

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова Національної Академії наук України

Науковий керівник: член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор, Сизов Федір Федорович Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, завідувач відділення фізико-технологічних проблем напівпровідникової ІЧ техніки

Науковий консультант: кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Оліх Ярослав Михайлович Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, Косяченко Леонід Андрійович Чернівецький Національний університет імені Юрія Федьковича, професор кафедри оптоелектроніки

доктор технічних наук, професор, Конакова Раїса Василівна Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, завідувач лабораторією

Захист дисертації відбудеться 25 травня 2011 р. о 1415 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України (03028, м. Київ, проспект Науки, 41).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України (03028, м. Київ, проспект Науки, 45).

Автореферат розіслано 22 квітня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01 кандидат фізико-математичних наук Охріменко О.Б.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Твердий розчин CdXHg1-XTe (x=0,2 - 0,3) є базовий для створення фоточутливих приладів інфрачервоного (ІЧ) діапазону. В CdXHg1-XTe можливе формування n- та p-типу провідності власними точковими дефектами, що широко використовують для виготовлення фотодіодів. Дефектна структура в кадмій-ртуть-телурі (КРТ) визначає електрофізичні, фотоелектричні й акустичні властивості цього матеріалу. Характерною рисою дефектної структури КРТ є наявність дислокацій з високою густиною (до 107 см-2), які можуть бути стоками або джерелом точкових дефектів та утворювати рекомбінаційні центри. Під час термічних, опромінювальних і ультразвукових дій на матеріал процеси дифузії, генерації та реакції дефектів модифікують стан дефектної структури КРТ. Ця модифікація можлива як у технологічних операціях для керування властивостями матеріалу, так і в процесі експлуатації виготовлених приладів, коли прилади перебувають в екстремальних умовах. У той же час забезпечення стабільності характеристик приладів вкрай важливе.

Багато робіт висвітлюють дії зазначених факторів на монокристали КРТ, проте робіт щодо впливу температури або опромінення безпосередньо на прилади, сформовані на основі епітаксійних шарів КРТ, мало. А публікацій щодо дії ультразвуку на фотодіоди, сформовані в епітаксійних шарах КРТ, здобувачем не виявлено. Тому дослідження термічних, опромінювальних та ультразвукових впливів на дефектну структуру фотодіодів КРТ на основі епітаксійних шарів становить практичний і науковий інтерес, а задача встановлення їхніх механізмів взаємодії з дефектною структурою КРТ і фотодіодів на цій основі є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати дисертаційної роботи одержано під час виконання тем і планів наукових досліджень Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, зокрема, за такими держбюджетними темами:

„Дослідження та розробка елементів та складових інфрачервоної мікроелектроніки” (реєстраційний № 015U000997), Постанова Кабінету Міністрів України від 15.10.2004 р. №1368 „Про затвердження Державної Науково-технічної програми розвитку мікро- та оптоелектронних технологій на 2005 - 2007 р.)”;

„Розробка фізичних принципів і технології створення ІЧ приймачів на основі гетероструктур кадмій-ртуть-телур та діагностичних систем нового покоління” (реєстраційний № 0106U002053);.

„Створення приладів інфрачервоної мікроелектроніки” в рамках державної цільової програми „Розробка і освоєння мікроелектронних технологій, організація серійного випуску приладів і систем на їх основі на 2008-2011 роки” (реєстраційний № 0108U003162).

Метою роботи є встановлення механізмів взаємодії ультразвуку й високоенергетичних опромінень з дефектною структурою CdXHg1-Xte й фотодіодів на цій основі, визначення фізичних механізмів переносу заряду та вплив на них термічної обробки у фотодіодах CdXHg1_Xte. Для досягнення цієї мети було сформульовано такі завдання:

- визначення пружних властивостей CdXHg1-Xte та дослідження анізотропії поширення різних типів ультразвукових хвиль;

- встановлення фізичних параметрів взаємодії ультразвуку з дефектною структурою КРТ; ультразвук фотодіод опромінення заряд

- визначення фізичних механізмів переносу заряду в фотодіодах CdXHg1-Xte методом порівняння з модельованими вольт-амперними характеристиками (ВАХ);

- встановлення змін параметрів дефектної структури через зміни ВАХ у фотодіодах CdXHg1_Xte під впливом температури, -опромінення та швидких нейтронів.

Предметом дослідження є процеси взаємодії ультразвуку, - й нейтронного опромінення з дефектною структурою CdXHg1-Xte та вплив температури на дефектну структуру.

Об'єкт дослідження: фотоелектронний матеріал CdXHg1-Xte та структури на його основі.

Основні методи дослідження: кріогенний зондовий метод вимірювання ВАХ фотодіодних ІЧ масивів КРТ, моделювання ВАХ на основі домінантних процесів переносу заряду з урахуванням балансу носіїв заряду на рекомбінаційних центрах Шоклі-Ріда-Холла для визначення параметрів p-n переходів, імпульсний метод вимірювання поглинання й швидкості поширення ультразвуку.

Обґрунтованість і достовірність отриманих результатів забезпечено комплексним характером досліджень, взаємною узгодженістю експериментальних і теоретичних результатів, апробацією отриманих результатів на українських і міжнародних конференціях.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Встановлено, що домінантний механізм переносу заряду в фотодіодах, сформованих на епітаксійних шарах CdXHg1-Xte (х=0,28) за Т=78 К, є тунелювання через рекомбінаційні центри Еt=Е+0,16 еВ.

2. Виявлено, що внаслідок дифузійного зсуву p-n переходу вглиб епітаксійного шару й досягнення p-n переходу інтерфейсної границі з великою густиною дислокацій у фотодіодах CdXHg1-Xte (х=0,22) в інтервалі температур 78-110 К виникають тунельні струми вздовж дислокацій.

3. Показано, що після -опромінення фотодіодних структур CdXHg1-Xte (х=0,22) джерелом Сo60 у діапазоні доз 104_1,5Ч107 рад за Т=300 К не змінюється дефектна структура, яка визначає процеси переносу заряду.

4. Виявлено, що вплив опромінення швидкими нейтронами на фотодіодні структури, сформовані в епітаксійних шарах CdXHg1_Xte (х=0,22), подібний впливу опромінення на монокристали.

5. Розраховано, збуджено й ідентифіковано хвилі Лемба в пластинах Cd0,2Hg0,8te та оцінено відносну ефективність їхнього збудження.

6. Виявлено акустостимульовану інжекцію носіїв заряду в фотодіодній структурі CdXHg1_Xte (х=0,28) в діапазоні частот 5_30 МГц. Розрахунок цього ефекту в структурі за теорією акустичної інжекції п'єзонапівпровідникового p-n переходу якісно узгоджується з експериментом.

7. Виявлено температурні піки коефіцієнта затухання ультразвуку релаксаційного типу в області температур 200-270 К і частот 10-55 МГц в Cd0,2Hg0,8te. Зв'язок між частотою f і температурою піку Т визначається рівнянням типу , де f0=4Ч109 Гц - частотний фактор, Wk?0,1 еВ - активаційна енергія.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Розроблено й реалізовано експериментальну автоматизовану установку вимірювання температурних залежностей коефіцієнта поглинання та швидкості ультразвуку імпульсним луна-методом.

2. Розроблено й виготовлено зондову установку для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур (зареєстровано патент України на корисну модель № 19435).

3. На основі моделі переносу заряду з урахуванням балансу носіїв заряду запропоновано спосіб оцінки дози нейтронного опромінення фотодіодів КРТ за зміною ВАХ.

4. Створено комп'ютерну програму для розрахунку фазових і групових швидкостей хвиль Лемба в кристалах кубічної симетрії.

5. Встановлено температурну межу (80С), вище якої починається деґрадація параметрів фотодіодних масивів на основі КРТ.

Особистий внесок здобувача. В роботі [1] здобувач виконав вимірювання швидкостей поширення ультразвуку, аналіз експериментальних даних, розрахунок анізотропії швидкості ультразвукових хвиль. В роботах [2, 3] здобувач на основі отриманих даних в [1] розрахував групові й фазові швидкості поширення хвиль Лемба в КРТ, поставив експерименти зі збудження цих хвиль і виконав аналіз отриманих результатів, особисто подав результати на конференції. В роботі [4] здобувач виконав експериментальну частину. Постановку задачі, експериментальні вимірювання та аналіз зроблено в [5]. В роботах [5-9] здобувач виконав експериментальні вимірювання ВАХ фотодіодів, а в [8-12] брав участь у їхнім аналізі. В [13] брав участь у розробці й налагодженні патентованої установки. Постановка задачі й експериментальна частина роботи належить здобувачу в [14_18], з яких ним особисто подано на конференції [14, 17, 18]. В роботах [19-21], крім виконаної експериментальної роботи, проведено моделювання ВАХ і пояснено отримані результати.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи апробовано на українських і міжнародних наукових конференціях: The Tenth International Conference on II-VI Compounds (Bremen, Germany, 2001); Міжнародна науково-технічна конференція “Сенсорна електроніка і мікросистемні технології” СЕМСТ-1 (2004, Україна, Одеса); II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-2 (Чернівці, Україна, 2004); III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-3 (Одеса, Україна, 2007), ХХ Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, Россия, 2008); Международный российско-украинский семинар «Нанофизика и наноэлектроника» (Санкт-Петербург, Россия 2006), Актуальные проблемы полупроводниковой фототоэлектроники (Новосибирск, Россия 2008), ХІІ Міжнародна конференція МКФТТПН-ХІІ „Фізика і технологія тонких плівок” (Івано-Франківськ, 2009), E-MRS 2009 Fall Meeting Warsaw University of Technology (Warsaw, Poland, September, 2009), IV Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (Україна, Запоріжжя, 2009).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 21 науковій праці, з яких 7 - статті у фахових наукових журналах, 1 - патент на корисну модель, 1 - у матеріалах конференції, 12 - у збірниках тез доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'ятьох розділів, загальних висновків і списку використаних джерел. Робота викладена на 133 сторінках, містить 46 рисунків, 6 з яких виконано на окремих аркушах, 9 таблиць, список літератури зі 122 джерел на 13 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обговорено проблему, напрями й об'єкти дослідження, обґрунтовано актуальність і наукову новизну роботи, сформульовано мету, завдання й методи дослідження, окреслено практичну цінність одержаних результатів і форми їхньої апробації.

У першому розділі розглянуто методику вимірювання ВАХ кріогенним зондовим методом; модель переносу заряду в фотодіодах КРТ, яка включає всі основні процеси переносу заряду в фотодіодах КРТ: дифузійний, генераційно-рекомбінаційний, тунельний; наведено експериментальні ВАХ фотодіодів CdXHg1_Xte для х=0,22 та отримано параметри фотодіодів методом моделювання ВАХ в діапазоні температур 78 - 95 К.

Для визначення параметрів фотодіодів застосовано теоретичну модель [1*]. Тунельний струм визначали двома складовими: міжзонним тунелюванням і тунелюванням через рекомбінаційні центри Шоклі-Ріда-Холла. За різних співвідношень між величиною бар'єра, енергетичним положенням центрів і шириною забороненої зони можливі кілька варіантів обміну носіїв заряду між зонами й рекомбінаційними центрами. В моделі використано наближення балансу носіїв заряду, коли темп тунелювання електронів із зон на рекомбінаційний центр дорівнює темпу тунелювання з рекомбінаційного центру в зони. В моделі враховано тільки один енергетичний рівень рекомбінаційних центрів Шоклі-Ріда-Холла. За допомогою моделі переносу заряду з урахуванням балансу носіїв заряду отримано параметри переходу в діапазоні 77-95 К: енергетичне положення рекомбінаційного центру Еt=Е+0,075 еВ, концентрація донорів в n-області Nd=1017 см-3, концентрація акцепторів у р-області Na= 2.2Ч1015 см-3, концентрація рекомбінаційних центрів у збідненій області Nt=2Ч1016 см _3, концентрація рекомбінаційних центрів у квазінейтральній області Ntv=1015 см-3, час життя носіїв заряду в збідненій області t=10_9 с, час життя носіїв заряду в квазінейтральній області tv=2Ч10_8 с. Для фотодіодів, сформованих на CdXHg1-Xte (х=0,22) за Т=78 К, основним процесом переносу заряду є тунелювання через рекомбінаційні центри Шоклі-Ріда-Холла. Домінантним процесом переносу заряду в фотодіодах, сформованих в епітаксійній плівці CdXHg1-Xte (х=0,28) за Т=78 К, методом моделювання темнової ВАХ фотодіода (рис. 1) визначено тунелювання через рекомбінаційні центри Шоклі-Ріда-Холла Еt=Е+0,16 еВ.

Рис. 1. Темнова ВАХ фотодіода, сформованого в епітаксійному шарі CdXHg1-Xte (х=0,28) за Т=78 К. Суцільною лінією показано тунельний струм через рекомбінаційні центри Шоклі-Ріда-Холла з енергетичним рівнем Еt=Е+0,16 еВ.

У другому розділі досліджено температурний вплив на параметри фотодіодів на основі CdXHg1-Xte в діапазоні температур 60-100єС тривалістю до 10 годин в атмосфері нейтрального газу. Показано, що в умовах великої концентрації дислокацій може реалізуватися додатковий механізм переносу заряду - тунелювання вздовж дислокацій. Описано методику низькотемпературного відпалу в діапазоні 60_110С.

Після послідовних відпалів 70С, 80С тривалістю 10 годин відбувалось зменшення зворотних темнових струмів фотодіодів (рис. 2), що пов'язано зі зменшенням концентрації електрично активних дефектів (центрів Шоклі-Ріда-Холла) поблизу й у збідненій зоні, яке можливе за рахунок рекомбінації цих дефектів, їхньої термостимульованої дифузії зі зсувом n+-p переходу вглиб епітаксійного шару, менш ушкодженого після імплантації. У подальших відпалах (90С, 100С тривалістю по 10 годин) спостерігалась тенденція зростання темнових струмів, зумовлена збільшенням площі поверхні n+_ p переходу й досягненням міжвузлями ртуті (після відпалу 100С) варізонної інтерфейсної границі плівка-підкладка, де є підвищена концентрація дислокацій [2*]. Дислокації можуть зменшувати часи життя неосновних носіїв заряду [3*], бути додатковими каналами провідності й тунелювання [4*], що збільшує величину темнових струмів. За коефіцієнта дифузії міжвузля ртуті D=2.3510 _11 см2/с й температури 100С [5*] глибину проникнення міжвузлів без урахування процесів анігіляції міжвузлів і вакансій ртуті може бути оцінено як , де u - тривалість відпалу. Така оцінка дає величину 9,2 мкм за товщини епітаксійної плівки 8 мкм. Параметри одного з фотодіодів (таб. 1) свідчать про розширення n+-p переходу.

В кінці розділу подано аналіз переносу заряду фотодіодів після серії низькотемпературних відпалів, що засвідчує появу додаткового каналу переносу заряду тунелюванням вздовж дислокацій, який переважає в температурнім діапазоні 78-110 К. Густину дислокації в n+-p переході визначали формулою =(I0(0)eD)exp(Eg(0)/(0)), де I0(0), (0) - знайдені величини з апроксимації до 0 К температурних залежностей I0(Т) (рис. 3), (Т), а струм фотодіода змінювався як у [4*] I(U,T)=I0(T)exp(-U/). Оцінка густини дислокацій в n+-p переході дає величину порядку 106 см-2, що приблизно на порядок менше густини дислокацій в епітаксійній плівці, знайденої методами просвітлювальної електронної мікроскопії 1,5107 см-2 та селективного травлення 5106 см _2. Поява нового механізму переносу заряду є непрямим доказом зсуву p-n переходу до інтерфейсної границі з підвищеною густиною дислокацій.

Рис. 2. Експериментальні (точки), теоретичні (криві) ВАХ і залежності диференційного опору фотодіода до (точки 1) й після послідовних відпалів тривалістю 10 годин: 2 _ 70С; 3 _ 80С відповідно. Значення параметрів кривих наведено в таблиці 1.



Таблиця 1 - Значення параметрів для моделювання темнової ВАХ і диференційного опору, поданих на рис. 2.

Параметри	Початкові	Після відпалу 70С	Після відпалу 80С
Еt-Е	0.64Eg	0.64Eg	0.64Eg
Na, 1015 см-3	0,8	0,8	0,8
Nd, 1018 см-3	1,0	0,9	0,6
Nt, 1016 см-3	7,2	3,0	2,2
t, 10-9 c	2,6	6,5	8,5

Рис. 3. Температурна залежність струму насичення I0 фотодіода до та після послідовних відпалів 70єС 100єС.

У третьому розділі наведено результати дослідження впливу високоенергетичних частинок на параметри ІЧ фотодіодів, сформованих в епітаксійних шарах CdXHg1_Xte з х=0,22. Встановлено, що в області від'ємних напруг темнові ВАХ фотодіодів після _опромінення Со60 не змінюються для всіх використаних доз опромінення (1,0Ч104, 1,1Ч105, 1,1Ч106, 1,5Ч107 рад). Будь-яка істотня зміна дефектної структури КРТ неодмінно має виявитися в концентрації носіїв заряду і рекомбінаційних центрів, рухливості й часові життя носіїв заряду і, таким чином, через процеси дифузії, генерації-рекомбінації та тунелювання змінювати темнову ВАХ фотодіода. Через те, що таких змін ВАХ в роботі не спостерігали (рис. 4), то -опромінення в інтервалі доз 1Ч104_1.46Ч107 рад за температури 300 К не веде до утворення електрично-активних дефектів з концентраціями, сумірними за порядком з концентрацією початкових дефектів, а електричні властивості після опромінення визначаються первинними дефектами. Цей результат узгоджується з [6*], де після -опромінення Co60 (дози 105-107 рад) не було змін концентрації, рухливості носіїв заряду в епітаксійних плівках p- та n- типів в межах похибки експерименту, та суперечить результатам [7*]. Крім того, досліджено зміни дефектної структури в фотодіодах КРТ після нейтронного опромінення, за допомогою ВАХ фотодіодів до та після нейтронного опромінення (рис. 5). За результатами моделювання (таб. 2) після опромінення нейтронами з дозою Ф=51014 см-2 енергією 1 МеВ зросла концентрація донорів в n-області на величину n=31014 см-3. Таким чином, встановлено, що нейтронне опромінення генерує дефекти донорного типу, а величина швидкості введення донорних центрів n/Ф=0,6 см-1 майже збігається

Рис. 4. Стабільність вольт-амперної характеристики фотодіода а) та диференційного опору б) після ?-опромінення.



Рис. 5. Вольт-амперні характеристики фотодіодів А (квадратики) - Б (кружечки). Темні символи - до опромінення, світлі - після опромінення швидкими нейтронами з енергіями 1 МеВ дозою 51014 см_2. Криві відповідають моделюванню ВАХ, суцільні - до опромінення, штрихові - після.

за порядком з даними, наведеними в [8*] n/Ф=1_3 см-1 для інтервалу доз (6_24)Ч1014 см-1. Крім зростання концентрації донорів, після опромінення відбулося зменшення часу життя носіїв заряду в 2,7 рази і ріст концентрації центрів Шоклі-Ріда-Холла в 2-5 разів. Після дози опромінення 51015 см-2 виявлено повну деґрадацію ВАХ фотодіодів, пов'язану з конверсією провідності з р-типу на n-тип. Конверсію типу провідності за доз швидких нейтронів (2 МеВ) більше 1015 см-2 спостерігали в монокристалах [8*]. Таким чином, моделювання ВАХ показало, що вплив нейтронного опромінення на фотодіоди на основі CdXHg1-XТe (х=0,22) істотньо не відрізняється від впливу на монокристал CdXHg1-XТe. За нейтронного опромінення відбувається генерація донорних центрів, збільшується концентрація точкових дефектів і зменшується час життя носіїв заряду.



Таблиця 2 - Параметри фотодіодів А та Б CdXHg1-Xte (х=0,22), отримані методом моделювання ВАХ до й після нейтронного опромінення дозою 5Ч1014 см-2, енергією 1 МеВ. ВАХ наведено на рис. 5.

Параметри переходу	До опромінення	Після опромінення, доза 51014 см-2
Діод	А	Б	А	Б
Еt-Е	0.64Eg	0.64Eg	0.64Eg	0.64Eg
Na, 1016 см-3	1,1	1,1	1,1	1,1
Nd, 1015 см-3	1,0	1,0	1,3	1,3
Nt, 1016 см-3	1,25	0,4	2,5	2,0
t, 10-8 c	0,8	0,8	0,27	0,3

У четвертому розділі подано отримані результати впливу ультразвукового навантаження мегагерцового діапазону на ВАХ фотодіодів CdXHg1-Xte з х=0,28. Основні результати впливу ультразвукового навантаження полягають в тому, що: cпостерігається зміщення ВАХ фотодіода в бік від'ємних напруг; максимальний вплив спостерігається на частотах, близьких до резонансних частот амплітудно-частотної характеристики п'єзоперетворювача; за великих інтенсивностей відбувається „спрямлення” прямої гілки ВАХ - змінюється характер залежності струму від напруги з експоненційної на квадратичну залежність; зростають зворотні темнові струми; з виключенням ультразвуку ВАХ поверталися, як правило, до вихідних (рис. 6). Подібні ефекти спостерігали раніше на фотодіодах з бар'єром Шоткі, сформованих на GaAs [9*].

Зміни ВАХ під ультразвуковим навантаженням якісно описуються теорією акустичної інжекції в п'єзонапівпровідниковому p-n переході [10*]. П'єзоелектричний модуль е14=0,0136 Кл/м2 для КРТ визначено в [11*]. Струм у нульовім зовнішнім полі згідно моделі визначають формулою:

(1),



де ,

- характерна величина інтенсивності для p-n переходу, що використовується в моделі, - характерна густина струму, _ струм насичення фотодіода, К - коефіцієнт електромеханічного зв'язку. Характерна інтенсивність ультразвуку W* для фотодіодів КРТ за Т=78 К є порядку W*~10 _2 _ 10_3 Вт/см2. Модель справедлива до верхньої межі х~10-12. Оцінено I0 за умови врахування акустостимульованої активації дефектів [12*] і появи додаткових рекомбінаційних центрів в забороненій зоні (Еt=Е+0,5 Еg) з концентрацією до 1013 см-2 (концентрація обірваних зв'язків на дислокації), що веде до зростання струму насичення , і дає узгодження моделі в межах порядку з експериментальними даними.

Рис. 6. Темнові ВАХ фотодіода, Т=78 К (криві для різних значень амплітуди напруги (5,4 MГц): 1 - 0, до ультразвукового навантаження; 2 - 1,1Ч105 Па; 3 _ 2,2Ч105 Па, під час ультразвукового навантаження.



У п'ятому розділі викладено експериментальні результати визначення пружних модулів С11, С12, С44, розрахунків анізотропії поширення плоских і поверхневих ультразвукових хвиль, розглянуто хвилі Лемба й механізми поглинання ультразвукових хвиль в КРТ, описано методики ультразвукових вимірювань, зокрема, автоматизовану імпульсну установку для вимірювання коефіцієнта поглинання ультразвуку.

Виміряно швидкості поширення поздовжньої та поперечної ультразвукових хвиль у кристалографічних напрямках <100> та <110> в частотному діапазоні 4_10 МГц, за якими розраховано пружні модулі CdXHg1-Xte С11=5.35Ч1010 Па, С12=3.08Ч1010 Па, С44=2.01Ч1010 Па й зроблено порівняння з результатами інших робіт. За знайденими пружними модулями розраховано анізотропію швидкості поширення поздовжньої, поперечних і поверхневих ультразвукових хвиль у кристалографічних площинах (100), (110), (111), а також фазові й групові швидкості поширення хвиль Лемба. Фазові швидкості хвиль Лемба знаходили з рівнянь [13*]:

де = , - хвильове число, - фазова швидкість поширення, 1, 2, 1, 2, - визначені в [13*]. Групову швидкість розраховано за формулою . Результати розрахунків наведено на рис. 7. Експериментально збуджено нульові моди хвиль Лемба й оцінено відносну ефективність їхнього збудження в двох варіантах розташування п'єзоперетворювачів.

Експериментально отримано температурні залежності коефіцієнта поглинання поздовжньої ультразвукової хвилі в напрямку поширення <110>, які показали максимуми за температур близько 200 К, 240 К, 270 К на частотах 11,2; 34,8; 55,4 МГц відповідно. Зсув температури максимуму коефіцієнта поглинання в бік

Рис. 7. Теоретичні залежності частотної дисперсії швидкості поширення ультразвукових хвиль Лемба в напрямку <100> й зрізу пластини Cd0.2Hg0.8Te (100): а) фазові швидкості й б) групові. Суцільні лінії для симетричних мод (si), пунктирні для антисиметричних мод (ai) відповідно.

більших температур за вищих частот не може бути інтерпретовано традиційними моделями, які наведено в літературі: дислокаційною (струнна модель Ґранато-Люкке) й поглинанням на границях субблоків. За реалізації струнної моделі дислокаційного поглинання в умовах, коли резонансна частота сеґменту дислокації набагато більша від частоти ультразвуку, слід було б очікувати зсуву максимуму коефіцієнта поглинання в бік нижчих температур. Для пояснення отриманих температурних кривих коефіцієнта поглинання використовується модель поглинання на згинах дислокацій [14*], останні з'являються завдяки термічній активації. В рамках моделі термоактивації згинів дислокацій пояснено наявність максимумів коефіцієнта поглинання. Частота ультразвуку пов'язана з температурою максимуму коефіцієнта поглинання рівнянням типу Ареніуса , де f0=4Ч109 Гц - частотний фактор, Wk?0,1 еВ - енергія активації згину дислокації, що визначено нами експериментально. Оцінка густини дислокацій за висотою максимумів коефіцієнта поглинання в моделі коротких згинів дислокацій [14*] складає (2-4)Ч106 см-2, що збігається з результатами визначення густини дислокацій методом селективного травлення (0,5-1)Ч106 см-2. Використовуючи модель довгих згинів дислокацій, за знайденою енергією активації Wk розраховано величину бар'єру Пайєрлса Р =1,6Ч107 Па.

У Висновках сформульовано основні результати дослідження, а саме:

1. Встановлено, що домінантний механізм переносу заряду в фотодіодах, сформованих в епітаксійних шарах CdXHg1-XTe (х=0,28) за температури Т=78 К, є тунелювання через центри Шоклі-Ріда-Холла з енергетичним положенням Еt=Е+0,16 еВ.

2. Показано, що за низькотемпературного відпалу до 80С зменшення концентрації рекомбінаційних центрів в p-n переході зумовлено його зсувом вглиб епітаксійного шару CdXHg1-Xte (x=0,22). Деґрадаційні процеси p-n переходу зумовлено його наближенням до інтерфейсної границі, яка характеризується наявністю сітки дислокацій. Деґрадаційні струми фотодіода за Т=78_110 К визначаються тунелюванням вздовж дислокацій. Оцінка густини дислокацій в p-n переході за моделлю тунелювання вздовж дислокацій дає величину порядку 106 см-2, що корелює з густиною дислокацій, виміряною методом просвітлювальної електронної мікроскопії 1,5107 см-2 та методом селективного травлення 5106 см-2.

3. Показано, що після -опромінення (1 МеВ) напівпровідникових структур CdXHg1-Xte (x=0,22) в діапазоні доз 104_1,5Ч107 рад за Т=300 К не змінюється дефектна структура, яка визначає процеси переносу заряду.

4. Показано, що вплив опромінення швидкими нейтронами (1 МеВ) на фотодіоди CdXHg1-Xte (x=0,22) подібний до впливу на монокристали, кількісний параметр введення донорних центрів в n-області фотодіодів n/Ф=0,6-0,8 см-1, що приблизно збігається зі значенням в монокристалі n/Ф=1-3 см-1 для інтервалу доз (6_24)Ч1014 см-1 [8*, c. 88].

5. Виявлено акустостимульовану інжекцію носіїв заряду в фотодіодних структурах CdXHg1-Xte (x=0,28), що якісно узгоджується з теорією акустичної інжекції п'єзонапівпровідникового p-n переходу.

6. Розраховано, збуджено й ідентифіковано хвилі Лемба в пластинах Cd0,2Hg0,8te, які можна використати для неруйнівного контролю матеріалу, оцінено їхню відносну ефективність збудження.

7. Експериментально встановлено, що в області частот 10-55 МГц, поглинання ультразвуку в монокристалах Cd0,2Hg0,8te має піки поглинання релаксаційного характеру з активаційною енергією 0,1 еВ та частотним фактором 4Ч109 Гц. Релаксаційна модель поглинання на коротких згинах дислокацій дає величину густини дислокацій (2-4)106 см-2, що за порядком величини збігається з густиною, визначеною методом селективного травлення (0,5-1)106 см-2.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА МАТЕРІАЛАМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Мачулін, В. Ф. Анізотропія пружних властивостей CdXHg1-XTe (x=0,2; 1,0) [Текст] / В. Ф. Мачулін, Я. М. Оліх, І. О. Лисюк // Укр. фіз. жур. - 2000. - Т. 45, № 11. - С. 1341-1344.

2. Lysiuk, I. Properties and Аpplication of Elastic waves in CdHgTe - plates [Text] / I. Lysiuk, V. Machulin, Ja. Olikh // Abstracts The Tenth International Conference on II-VI Compounds, September 9-14, 2001, UNIversum Convention Center, Germany, Bremen. - Bremen, 2001. - Mo-P39.

3. Lysiuk, I.O. Properties and application of ultrasonic Lamb waves in CdXHg1-XTe plates [Text] / I. O. Lysiuk, V. F. Machulin, Ja. M. Olikh // Semiconductor Physics, Quantum Electronic & Optoelectronics. - 2002. - Vol. 5, No. 1. - P. 31-35.

4. Лисюк, І. О. Вплив ультразвуку на ВАХ тонкоплівкових фотодіодних структур CdHgTe/GaAs [Текст] / І. О. Лисюк, Я. М. Оліх, Ф. Ф. Сизов, В. С. Варавін [Текст] // ХІІ Міжнародна конференція МКФТТПН-ХІІ. Фізика і технологія тонких плівок. Матеріали, том 2, 18-23 травня, 2009, Івано-Франківськ, С. 343-344.

5. Лысюк, И. А. Определение температур фунционирования линеек ИК (10 мкм) фотодиодов Cd0,22Hg0,78Te [Текст] / И. А. Лысюк, А. Г. Голенков, В. В. Забудский, Ф. Ф. Сизов, С. Г. Бунчук // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2005. - вып. 40. - С. 223-227. - ISSN 0233-7577.

6. Цибрий, З. Ф. Формирование многоэлементных ИК фоточувствительных матриц фотоприемников формата 128128 элементов на основе CdHgTe [Текст] / З. Ф. Цибрий, Н. В. Вуйчик, Е. О. Билевич, И. А. Лысюк [и др.] // ХХ Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 27-30 мая, 2008, Россия, Тезисы докладов. С. 122-123

7. Сизов, Ф. Ф. Формування багатоелементних ІЧ-фоточутливих матриць фотоприймачів, формату 128128 елементів на основі CdHgTe [Текст] / Ф. Ф. Сизов, З. Ф. Цибрій, М. В. Вуйчик, І. О. Лисюк [та ін.] // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. - 2009. - № 4. C. 38-43.

8. Температурна стабільність параметрів фотодіодних масивів на основі HgCdTe [Текст] / Ж. В. Гуменюк-Сичевська, Ф. Ф. Сизов, О. Г. Голенков, І. О. Лисюк, В. В Забудський // II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (УНКФН-2), Чернівці - Вижниця, 20-24 вересня, 2004.

9. Sizov, F. F. Temperature dependence of the dark current in HgCdTe photodiode arrays [Text] / F. F Sizov, J. V. Gumenjuk-Sichevska, I. O. Lysiuk, V. V. Zabudsky, A. G. Golenkov, S. G. Bunchuk // Proceeding of SPIE. - 2005. - Vol. 5957, P. 3020-3028.

10. Гуменюк-Сычевская, Ж. В. Механизмы токопереноса фотодиодов на основе ГЭС КРТ МЛЭ для спектрального диапазона 8-12 мкм [Текст] / Ж. В. Гуменюк-Сычевская, В. В. Васильев, С. А. Дворецкий, В. В. Забудский, И. А. Лысюк, Н. Н. Михайлов // ХХ Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 27-30 мая, 2008, Россия, Тезисы докладов. С. 134-135

11. Гуменюк-Сычевская, Ж. В. Механизмы токопереноса фотодиодов на основе ГЭС КРТ МЛЭ для спектрального диапазона 8-12 мкм [Текст] / Ж. В. Гуменюк-Сычевская, В. В. Забудский, И. А. Лысюк [и др.] // Прикладная физика. - 2009. - № 2. - С. 64-69.

12. Андреева, Е. В. Сравнение токових характеристик фотодиодов ГЭС КРТ МЛЭ и ЖФЭ спектрального диапазона 8-12 мкм [Текст] / Е. В. Андреева, В. В. Васильев, Ж. В. Гуменюк-Сычевская, С. А. Дворецкий, В. В. Забудский, И. А. Лысюк, Ф. Ф. Сизов // Совещание. Актуальные проблемы полупроводниковой фототоэлектроники. Фотоника - 2008. 19-23 августа 2008, Новосибирск, С. 61

13. Пат. України на корисну модель МПК (2006) G01R 1/00. Зондова установка для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур / К. В. Андрєєва, Г. О. Гузенко, І. О. Лисюк, Ф. Ф. Сизов [Текст] // К. ; власник Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України. № 19435; заявл. 20.06.2006 ; опубл. 15.12.2009 Бюл. № 6.

14. Лисюк, І. O. Деградаційні ефекти фотодіодів на епітаксійних плівках Cd0,2Hg0,8Te при ультразвуковій обробці / І. O. Лисюк, Ф. Ф. Сизов [Текст] // Міжнародна наукова-технічна конференція “Сенсорна електроніка і мікросистемні технології” (СЕМСТ-1), 1-5 червня, 2004, Одеса, C. 276.

15. Gamma radiation exposure of MCT diode arrays / F. F. Sizov, I. O. Lysiuk, J. V. Gumenjuk-Sichevska, V. V. Zabudsky, S. G. Bunchuk [Text] // Semicond. Sci. Technol. - 2006. - Vol. 21. - P. 358-363.

16. Sizov, F. F. Stability of HgCdTe LWIR Photodetector arrays characteristics under gamma radiation exposure and annealing [Text] / F. F. Sizov, J. V. Gumenuk-Sichevska, I. O. Lysiuk, V. V. Zabudsky, A. G. Golenkov, S. G. Bunchuk // Материалы 7-го Международного росийско-украинского семинара «Нанофизика и наноэлектроника», 1-4 октября 2006 Санкт-Петербург, C. 26-27.

17. Лисюк, І. О. Вплив -випромінювання на вольт-амперні характеристики фотодіодних структур КРТ / І. О. Лисюк, М. В. Апатська, Ж. В. Гуменюк-Сичевська, С. А. Дворецький, В. В. Забудський, М. І. Смолій [Текст] // III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників „УНКФН-3” ; Тези доповідей / Україна, 17-22 червня 2007. С. 319.

18. Лисюк, І. О. Результати статистичної обробки низькотемпературного відпалу фотодіодних структур на основі КРТ / І. О. Лисюк, М. В. Апатська, Ж. В. Гуменюк-Сичевська [та ін.] / Третя науково-практична конференція, Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології, Тези доповідей, Кременчук, 2008, В-во Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління, С. 173-174.

19. Lysiuk, I. O. Changes in 8-12 m CdXHg1-XHg photodiode arrays caused by fast neutron irradiation [Text] / I. O. Lysiuk, J. V. Gumenjuk-Sichevska, S. A. Dvoretsky, V. S. Varavin // Opto-electronics Review. - 2010. - Vol. 18, No. 3. - P. 342-344.

20. Лисюк, І. О. Вплив опромінення швидкими нейтронами на ВАХ ІЧ (8-12 мкм) фотодіодів на основі CdXHg1-XТe [Текст] / І. О. Лисюк, В. С. Варавін, Ж. В. Гуменюк-Сичевська, С. А. Дворецький // IV - Українська наукова конференція з фізики напівпровідників, Тези доповідей, Т. 2, с. 82. Україна, Запоріжжя, 15-19 вересня 2009 р.

21. Lysiuk, І. Changes in 8-12 m CdHgTe photodiode arrays caused by fast neutron radiation [Text] / I. Lysiuk, J. Gumenuk-Sichevska, S. Dvoretsky, V. Varavin // E-MRS 2009 Fall Meeting Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland, 14th - 18th September, 2009, Book of abstract, p. 91.

СПИСОК ЦИТОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1*. Гуменюк-Сычевская, Ж. В. Процесы токопереноса в n+-p - фотодиодах на основе HgCdTe [Текст] / Ж. В. Гуменюк-Сычевская, Ф. Ф. Сизов, В. Н. Овсюк, В. В. Васильев, Д. Г. Есаев // ФТП. - 2001. - Т. 35, вып. 7. - С. 835-840.

2*. Бахтин, П. А. Исследование зависимостей проводимостей и коэффициента Холла от магнитного поля в пленках CdXHg1-XTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии [Текст] / П. А. Бахтин, С. А. Дворецкий, В. С. Варавин [и др.] // ФТП. - 2004. - Т. 38, № 10. - С. 1203_1207.

3*. Баранский И. И. Влияние пластической деформации на гальваномагнитные и фотоэлектрические свойства n-CdXHg1-XTe [Текст] / И. И. Баранский, А. Е. Беляев, О. П. Городничий, С. М. Комиренко // ФТП. - 1990. - Т. 24, №1. С. 121-125.

4*. Евстропов, В. В. Туннельно-избыточный ток в невырожденных барьерных p-n и m-s структурах АІІІВV на Si [Текст] / В. В. Евстропов, Ю. В. Жиляев, М. Джумаева [и др.] // ФТП. - 1997. - Т. 31, №2. - С. 152-158.

5*. Любченко А. В. Физические основы полупроводниковой инфракрасной фотоэлектроники [Текст] / А. В. Любченко, Е. А. Сальков, Ф. Ф. Сизов - К.: Наук. думка, 1984. - 254 с.

6*. Облучение высокоэнергетическими электронами и гамма-квантами эпитаксиальных пленок КРТ, выращеных методом молекулярно-лучевой эпитаксии [Текст] / А. В. Войцеховский, А. П. Коханенко, А. Г. Коротаев [и др.] // Прикладная физика. - 2003. - № 5. - С. 99-101.

7*. Sitharaman S. Effect of gamma ray and high energy oxygen ion radiation on electrical and optical properties of MCT epitaxial layers [Text] / S. Sitharaman, D. Kanjilal, S.R. Arora, S.K. [et al.] // Proceeding of SPIE. - 1999. - V. 3890. - P. 185-190.

8*. Войцеховский, А. В. Радиационная физика узкозонных полупроводников [Текст] / А. В. Войцеховский, В. О. Волошин, М. Б. Гольман, А. П. Коханенко. - Алматы: Гылым, 1998, 165 с.

9*. Сакалаускас, К. Акустическая модуляция тока через барьер Шоттки [Текст] / К. Сакалаускас, Э. Гаршка // Научные труды высших учебных заведений Литовской ССР. Ультразвук. - 1986. - Т. 18. - C. 136 - 200.

10*. Бугаева Т. В. К теории акустической инжекции в пьезополупроводниковых p-n переходах // Т. В Бугаева, Ю. В. Гуляев, Б. И. Фукс, И. И. Чусов // ФТП. - 1990. - Т. 24, №7. С. 1291-1298.

11.* Wan, C. F. Piezoelectric effects in HgCdTe devices / C. F. Wan, J. D. Luttmer, R. S. List, R. L. Strong // Journal of Electronic Materials. - 1995. - V. 24, No. 9. - P. 1293_1297.

12*. Власенко, A. И. Акустостимулированная активация связанных дефектов в твердых растворах [Текст] / A. И. Власенко, Я. М. Олих, Р. К Савкина // ФТП. - 1999. - Т. 33, № 2. - С. 410-414.

13. Меркулов, Л. Г. Фазовые скорости нормальных волн в пластине кубического кристалла [Текст] / Л. Г. Меркулов, Д. A. Турсунов // Акустический журнал. - 1969. - Т. 1, С. 136-138.

14*. Braildford A. D. Abrupt-kink model of dislocation model // Phys. Rev. - 1961. - Vol. 122, No. 3. - P. 778-786.



АНОТАЦІЯ

Лисюк І.О. - Температурні, опромінювальні і акустичні ефекти у вузькощілинному кадмій-ртуть-телурі та фотодіодах на його основі. - Рукопис.

У дисертації викладено результати дослідження впливу температури, _опромінення, опромінення швидкими нейтронами, ультразвукового навантаження на ВАХ фотодіодів, виготовлених на епітасійних шарах CdXHg1-Xte, і механізмів поглинання ультразвуку в CdXHg1_Xte. З вимірювань ВАХ фотодіодів CdXHg1_Xte встановлено рекомбінаційні центри Еt=Е+0,075 еВ (х=0,22) і Еt=Е+0,16 еВ (х=0,28). На основі ВАХ за різних температур до й після низькотемпературного впливу виявлено новий механізм переносу заряду - тунелювання вздовж дислокацій, що виникає внаслідок зсуву p-n переходу в бік інтерфейсної границі з великою густиною дислокацій. З досліджень впливу _опромінення (1 МеВ) з дозами до значень 1,6Ч107 рад на фотодіоди КРТ встановлено, що після опромінення електричні властивості визначаються первинними дефектами. Зроблено висновок, що вплив опромінення швидкими нейтронами (1 МеВ) на фотодіоди аналогічний впливу на монокристали, отримано величину швидкості введення донорних центрів n/Ф=0,6_0,8 см-1 за дози Ф=51014 см-2. Виявлено акустичну інжекцію носіїв заряду в фотодіодах КРТ і встановлено, що вона якісно описується теорією акустичної інжекції в п'єзонапівпровідниковому p-n переході. Отримано значення пружних модулів для С11=5.35Ч1010 Па, С12=3.08Ч1010 Па, С44=2.01Ч1010 Па для р_типу Cd0.2Hg0.8Te. Виявлено й знайдено теоретичне пояснення температурних максимумів коефіцієнта поглинання ультразвуку в КРТ в діапазонах температур 200-300 К і частот 10-55 МГц.

Ключові слова: CdXHg1-Xte, фотодіодні масиви, ультразвук, - й нейтронне опромінення, низькотемпературний відпал.

АННОТАЦИЯ

Лысюк И. А. Температурные, радиационные и акустические эффекты в узкощелевом кадмий-ртуть-теллуре и фотодиодах на его основе. - Рукопись.

В работе представлены результаты исследования влияния температуры, _излучения, облучения быстрыми нейтронами, ультразвуковой нагрузки на ВАХ фотодиодов, сформированных в эпитаксионных слоях CdXHg1-Xte, рассмотрены механизмы поглощения ультразвука в КРТ. Как основные методы в работе использованы криогенный зондовый метод измерения ВАХ характеристик, моделирование ВАХ с учетом уравнения баланса носителей заряда, импульсная методика измерения коэффициента поглощения ультразвука.

Описана методика расчета темновой ВАХ фотодиодов в приближении уравнения баланса носителей заряда в обедненной области на рекомбинационных центрах Шокли-Рида-Холла. Найдены параметры фотодиодов CdXHg1-Xte (х=0,22) в температурном диапазоне 78-95 К Еt=Е+0,075 еВ, Nd=11017 см-3, Na= 2.21015 см-3, Nt=21016 см-3, Ntv=11015 см-3, t=109 с, tv=210 _8 с. Для фотодиодов CdXHg1-Xte с х=0,28 определен доминирующий механизм переноса заряда - туннелирование через рекомбинационные центры Шокли-Рида-Холла с энергией Еt=Е+0,16 еВ.

Исследовано влияние низкотемпературного отжига фотодиодов в диапазоне температур 60С-100С. В зависимости от температуры и длительности отжига наблюдалось как уменьшение, так и увеличение обратных темновых токов фотодиодов. Методом моделирования ВАХ определены параметры, которые улучшаются после отжигов: концентрация центров Шокли-Рида-Холла, время жизни носителей заряда. Ухудшение ВАХ фотодиодов связывается с достижением p_n перехода интерфейсной границы, где увеличена плотность дислокаций. Действительно, после серии отжигов получены результаты, которые можно интерпретировать как туннелирование носителей заряда вдоль дислокаций, оценка их плотности при этом механизме переноса заряда дает величину порядка 106 см _ 2, что на порядок меньше плотности, определенной методами электронной просвечивающей микроскопии и селективного травления.

Установлено, что после -облучения до доз 1,5Ч107 рад от источника Со60 темновые ВАХ фотодиодов при обратном смещении не изменяются, процессы переноса заряда определяются только исходными дефектами. Получены изменения ВАХ после нейтронного облучения с энергией 1 МеВ, дозой Ф=51014 см-2. При дозе Ф=51015 см-2 наблюдалась деградация фотодиодов, связанная с конверсией проводимости из p-типа в n-тип. Методом моделирования ВАХ получены параметры, которые изменились после нейтронного облучения: увеличение концентрации доноров в n - области, n=0,31015 см -3, увеличение концентрации центров Шокли-Рида-Холла в 2-5 раз, уменьшение времени жизни носителей заряда в 2,7 раза. Показано, что действие облучения быстрыми нейтронами на фотодиоды аналогично действию на монокристаллы, скорость введения носителей заряда n/Ф=0,6-0,8 см-1 для фотодиодов соответствует по порядку величине n/Ф=1_3 см-1 для монокристаллов.

Экспериментально установлено, что при воздействии ультразвуковой нагрузки ВАХ фотодиода кардинально изменяется: появляется смещение ВАХ в сторону обратных напряжений, характер прямой ветви ВАХ меняется с экспоненциальной на квадратичную, увеличивается обратный темновой ток. Темновая ВАХ КРТ фотодиода под ультразвуковой нагрузкой качественно описывается теорией акустической инжекции в пьезополупроводниковом p-n переходе. Ток при нулевом внешнем поле при ультразвуковой нагрузке можно использовать для оценки малых обратных токов фотодиодов CdXHg1-Xte (х~0.3).

Определены упругие модули для С11=5.35Ч1010 Па, С12=3.08Ч1010 Па, С44=2.01Ч1010 Па для р-типа Cd0.2Hg0.8Te, рассчитана анизотропия скорости распространения ультразвука продольных, поперечных и поверхностных ультразвуковых волн. Впервые рассчитаны и экспериментально возбуждены волны Лемба в пластинах КРТ. Получены температурные зависимости коэффициента поглощения ультразвука релаксационного типа в монокристалле КРТ в температурном диапазоне 200_300 К. Максимумы коэффициента поглощения ультразвука хорошо описываются моделью поглощения на коротких термоактивационных перегибах дислокаций с активационной энергией 0,1 еВ, оценка плотности дислокаций дает величины в пределах (2-4)106 см-2, что по порядку совпадает с плотностью дислокаций, определенной методом селективного травления (0,5_1)106 см-2. Используя активационную энергию оценено напряжение Пайерлса Р=1,6Ч107 Па, что в рамках порядка совпадает с теоретическим РТ=2,0Ч108 Па.

Ключевые слова: CdXHg1-Xte, фотодиодные матрицы, ультразвук, - и нейтронное облучение, низкотемпературный отжиг.



АBSTRACT

Lysiuk I.O. Temperature, irradiation, and acoustic effects in narrow-gap mercury-cadmium-telluride and photodiodes on its basis. - Manuscript.

The thesis contains the results demonstrating the influence of temperature, -radiation, fast neutron radiation, ultrasonic loading on current-voltage characteristics of CdXHg1-Xte epitaxial photodiodes, and mechanisms of ultrasonic damping. The energy of recombination centers Еt=Е+0,075 еВ (х=0,22) and Еt=Е+0,16 еВ (х=0,28) has been established measuring and modeling the current-voltage characteristics. charge transfer mechanism have been found from the current-voltage characteristics at various temperatures before and after low-temperature annealing, namely, the tunneling along the dislocation as a result of p-n junction shift to the interface with high dislocation density. Studying -irradiation (1 MeV) of CdXHg1-Xte (х=0,22) photodiodes by doses up to 1,6Ч107 rad, it has been established that post-radiation electric properties are determined by the original defects. It has been provided to the conclusion that irradiation influence of fast neutrons on MCT photodiodes is analogous to that of them onto crystals. The rapidity of donor centers introduction n/Ф=0,6_0,8 cm-1 at the dose Ф=51014 cm-2 has been obtained. Found acoustic injection of charge carriers into CdXHg1-Xte (х=0,28) photodiodes has been shown to be qualitatively described by the theory of acoustic injection in piezosemiconductor p-n junction. The elastic modules magnitudes С11=5.35Ч1010 Pa, С12=3.08Ч1010 Pa, С44=2.01Ч1010 Pa for р-type Cd0.2Hg0.8Te have been obtained. The ultrasound damping coefficient peaks and their in theoretical explanation have been found the ranges of temperature 200-300 K and frequency 10-55 MHz.

Кeywords: CdXHg1-Xte, photodiode arrays, ultrasonic loading, - and neutron exposure, low-temperature annealing.

Размещено на Allbest.ru

...