Экранирование электрического поля в кристаллах силленитов при различных условиях приложения напряжения и фотовозбуждения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

- J Ы

шддмя наук :сср

ОРДЕНА ЛЕНИНА «ШЮ-ТЁХНИ'ШСКИЙ ИНСТИТУТ им.А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

мкльнж® Михаил бори:шич

J№ !)37.311.3Я;>

Экранирование »лект|>пческого поля в кристаллах силленитов при различных условиях приложения напряжения и фотово.чбущденил

( 1>1.04.07-фиэика твердого тел»)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фиэияо-иатоиатических наук

Ленинград • 1990

Работа выполнена в Ордена Лщмпа гТизико-те/ничсоком институте им.Л.Ф.Иоффе Л!) СССР.

Научный руководитель: катндыт ||изш<о-митоь..1,тч<.'с,сих наук,

старший i аучшй сотрудник ИльилскиГ A.b.

оитиалъные оппоненты: доктор (Шпико-^атоматичосгих hüjtc,

ВОДуЩМИ НауЧНН.". сотрудник Ерыкаш 11.Б., кшцндат ({ыдико-матонатичвских тук, старший научши сотрудник Перечной A.A.

Ведущая органита1т>1я: Ленинградский государственник университет.

Заидата состоится IX 1ЭЭОг. в fQ часов на заседании

опоииатгазировшшого совета К.(Н)З.П.02 при Фи ллко-техническом институте нм.А.Ф.ИоДОе АН ССС'Г по адресу:' 1Ü1Ü21, Лсшон^ч, ул .ноли техническая, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Лвюретерат разослан -II-_ж 19Э0Г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат цизако-математических наук

С.И.Ьаходцин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТАВОТЫ

Актуальность т?мы. В связи с развитием оптоэлектроники и оптических методов обработки информации в последние двадцатилетие возрос интерес к нетрадиционным р^я полупроводниковой электрокики материалам - широкозотшм прозрачным кристаллам, в том числе типа силленита. Обладая удачник; сочетанием физических свойств (низкая темповая проводимость¿г~*10-^0м~ см-*, прозрачность в красно-желтой и фоточувствительность в сине-зеленой властях спектра, наличио линейного элечтрсоптичсскогэ эффекта, чувствительность к легирозаниа, механическая прочность и негигроскопичность, относительная простота получения), еиллениуы

'» й" ^ нашли применение в качество фоточуастви-тельных сред для реверсивной оптической памяти, голографии и оптической обработки информации. Использование отих кристаллов в практических устройствах основано на том, что при изменении электрического поля в них за счет электроопти^еского аффекта и-л/е-няются двулучепреломляюцие свойства, благодаря чему модулируется состояние поляризации зондирующего светового потока - последний, таким образом, считывает информацию об измонении поля. Приводящее к записи информации изменение олектрического поля в кристалле может быть вызвано как фотоактивной засветкой, так и нанесением на поверхность кристалла зарядного рельефа - напрччор, с помощью сканирующего по ней электрического луча. Так юл образом, работа таких устройств определяется перераспределением поля в кристаллической пластине под воздействием фстоактивного света (при использовании оптической адресации) гл/иктрвкнеге .«уча (при электронно-лучевой адресации). Слэдоват-пьно, дня пониыниим фу1шц.1ониров.ан;;я и совершенствования параметров активных н-

топ оптоэлектронных схем представляется актуальна исследование окра!шрог>ания поля в кристаллах силленитсн я условия*, близких н тем, в когсрАХ они оказываются при практическом использовании.

Цель» даботы явчнмея иссладоваьие экранирсиання эг.вк'.оичо-ского п'1."л л хтмт.шлах (;й1ш.-хктоэ_ п>>и рямичннх соотноемкйсх

размеров структуры, ширины области фотовоэбуждения и длины дрейфа носителей в кристалле, спрэделя'.иой величиной прикладываемого к нему напряжения, а также при различных типам контакта с катодом - блокирукцен (в ?ф1Д-с'-руктуре) и инжектирующем (электроннолучевом).

Мзтодика исе-лвдочания. При экспериментальном исследовании распределен,ш поля в объеме кристалла использовался электрооптический метод, основанный на наблюдении интерференционных картин, везкикаюцих в плоскости поляроида-анализатора- при зондировании кристалла монохроматическим нефотоактивным поляризованным светом в направлении, перпендикулярном направлению поля. Кроме того, использовались вольт-амперныз характеристики й изучение кривых релаксации фототока в структурах на основе силленитов. Для теоретического описания процессов переноса заряда и экранирования голя испольоопалась методика самосогласованного численного расчета. ;

Научная нопипна. В диссертации получены экспериментально и смоделированы численными методами на ЭВМ ноше результаты отно-сигзльно характера экранирования полк в высокоомных полупроводниках типа силленитов в зависимости от размерных соотношений в структуре, в которой к кристаллу прикладывается напряжение, и от способа приложения напряжения. Исследована динамика поля при различных соотношениях следующих размеров: толщина кристалла, ■ толщина диэлектрической прослойки между кристаллом и обедняющим электродом (катод для силленитов), длина дрейфа носителей в первоначальном однородном поле, ширина области фотовозбуждения. Использовалось два способа приложения напряжения: с помощью клос-ких металлизированиях электродов, что обеспечивало^ блокирующий контакт к катод.',либо с помощью облучения кристалла электронным пучком инжектируюгций контакт. Основные полученные результаты приведены в конце автореферата.

Научная и практическая, ценность г-чботи, Полученные в диссертации результат о характере экранирования поля и релаксации фототека в кристаллах тигта силленитовв зависимости от размерных соотношений и способа приложзн/я напряжения представляют опре-

¡ленную ценность с точки зрения изучения явлений переноса ч зы-жоомных фотопроводниках. ,В этом смысле интересны и олчкгрооя-гоеский метод изучения распределения по;:я, распространенней (есь на случай двухкомпонентного поля, и метод численного моде-фования процессов переноса заряда в эволюционирующем в соответствии с перераспределением заряда оле.стрическом пола. С прлк1 и-1СКОЙ точки зрения полученное в диссертации результаты могут [ть использованы при разработке и совершенстьовании параметров юстранственно-временных модуляторов света (П&.С) с мишенями из металлов силленитсв, поскольку эти результаты позволяют оптк-льннм образом соотнести размеры используемой а качестве нишени руктури с параметрами кристалла и с величиной рабочего наггряже-я.

Апробация шбота. Результаты диссертации докладинались на минарах отдела оптики твердого тела ФТИ им.А.Ф.Иоффе АН СССР, У. Всесоюзном совещании по радиационной физике и химии ионных металлов (Рига, ШЗЗ, C..-I3-2I1), на У Всесоюзной школе по оп-ческой обработке информации (Киев, 1984, с.бУ-GO), на X Всесо-ной конференции по физике полупрсьодников (Минск, 1166, чЛ, 105-106), на ХП совещании по теории полупроводнике!) (Ташкент, 65, чЛ, с.62-63), ча II Всесоюзной конференции по формировании тического изображения и методам его обработки (Кишинев, , 12), на У1 Всесоюзной школе-семинаре по оптической обработке формации (Фрунзе, 1986, ч.П, с.119-120), на XI Ясесоюпной кон-ренции по физике полупроводников (Кишинев, 1-80, ч.Ш, с.112-1), на У1 Всесоюзном совещании по физике ди9лектри.<оя (Точек, 38, с.40-42), на I Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим пениям в полупроводниках (Ташкент, I98i0.

Дубликатом - основные результата работы опубликованы в 1-7 те^е диссорта1\ии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вяеяе-I, mec-rct глав, заключения и списка литератур». Общ^Й объем д-лг: ртации 182 мштанописных страницы, в их wcie 41 рисуноч. Сгп-t литераторы содержит 112 наименований.

- б -

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

tío пвелинии диссертации обоснована актуальность темы исследований, коротко описано состояние дол в изучаемой области на момент начале работы, а такяе содержанке к структура диссертации Глзвч I. состоящая из четырех параграфов, представлязт собой обзор литературы. 3 ней даны общие представления о кристаллах силленитов, их структуре, химическом систаве, способах получения и обцих свойствах, приведены варианты практического использования этих материалов, рассмотрены применявшиеся для их исследования методики и модели, сформулированы основные задачи работы

§ I посвящен описанию общих физических свойств силленитов - соединений типа aBiO^mH , где R - окись германия, кремния, тигы:а, алюминия, свинца и т.д., кристаллизующихся в кубической фазе с объемоцентрированнсй решетной. Наиболее известны из них гермакат висмута Bí^&e 0íC , силикат вi^Stí^, титанат 8¿в^'^ Приводятся примера практического использования исследуемых материалов - в установках для голографическоЯ интерферометрии, в качестве мишеней ПШГ. с оптической и электронно-лучевой адресацией.

а § 2 рассмотрены общие подходы к изучению переноса заряда и экранирования поля в полупроводниках, приведены основные уравнения, списывающие их, и сформулированы та приближения, в которых обыкновенно проводится их описание - наличие диффузионно-дрейфового и генерационно-рекомбинационкого равновесия, рассмотрение в первую очоредь стационарного распределения поля. Отмечено- что ее;:» в низлоомкых полупроводниках обычно время жизни свободных носителей! превосходит время максвелловской релаксации Г^, то р высоксокнк'х кристаллах т/па силленита имеет месте обратное соотношение I. При етсм большие величины Г^ порождают интерес в первую очередь < нестационарному распределение поля в образце, поскольку оно в данном случае является наблюдаемым в реальном масштаба времени и рабочая фаса ыяпеней практическ'/х уатосйстз может ссгпадааь именно с нестационарной стадией экранирования.

¿ 5 -з г смотрены осгбечкости процессов переноса и экрани-рс-закля пэл*. в ükcíkccí'küx кристаллах силленитов. Отмечено, что

в этих материалах приходится рассматривать задачу об экранировании в отсутствии как диффузионно-дрейфового, так и генерационно--рекомбинационного равновесия, что приводит к необходимости пользоваться при описании процесса довольно сложной системой уравнений (I): „ ,.

Эл/З -Л (АГ¥ - АО/* к /. < 1а)

9 п</ЪЬ - д., - п (Лг1 -п^/Ъ

* . С2»>

Лиг Е ^ /ГЬ , (1г)

у а е/<.л£ уыб а , (Тд)

= e(pA~ni -п)

(Ь)

Здесь И , - концентрации свободных и захваченных нл ловушки электронов, рд - концентрация дырок, локализованных на глубоких А-центрах-поставщиках электронов, - концентрация ловушек. 9А, 04 - параметры рекомбинации злектрона на А-центры и захвата его на ловушки, - темп генерации электронов в зону проводимости, у и - плотности тока и объемного заряда, е к М- -заряд и Подвижность электрона, 2> - коэффициент диффузии. Рассмотрен ряд работ, «освященных исследоэ&нию силленитоа.

В § 4 поставлена цель и сформулированы основные задачи работы.

Глава Д. состоящая из двух параграфов, посвящена описании экспериментального исследования.Отмечено, что в настоящее время для изучения процессов переноса и экранирования поля в твердах телах применяется множество разнообразии методик, ср;ди котория выделяется метод прямого измерения распределения поля в нв^нтрэ-симметричных полупроводниках с помощью поперечного электроспти-ческого эффекта,- •

§ I содержит описание элэктрооптическсго метода. В нем спи-

сано, как кристалл силленита влияет на состояние поляризации про ходящего через него нефотоактивного зондирующего света. При этом учитывается влияние двух явлений - линейного электрооптического эффекта, который в кристаллах группы симметрии 23 (к ней принадлежат силлениты) описывается тремя равными элементами тензора линейных элсктрооптических коэффициентов = "?Г2= X

( X ш 3.4-Ю м/В для германата и 5-Ю--1 м/В для силиката / висмута), и оптической активности кристалла, которая в наших материалах также описывается единственной скалярной величиной удел1

ного вращения плоскости поляризации (для красного свата ~2С град/мм, конкретные величины приведены в диссертации). Приведены выражения, в общем случае связывающие отношение интенсив-ностей падающего на кристалл линейно-поляризованного света 00 и прешедшего систему кристалл-анализатор света 5 с величиной и направлением поля в кристалле и другими параметрами измерительной системы; в важных частных случаях эти выражения упрощаются до формул типа = и-л1 { А/2) , где Д=[Га+ (2 УП,

Г"кАВ?1 А ( Е - поле в кристалле, Я - длина кристалла

в направлении зондирования, А - коэффициент пропорциональности). Далее описан способ, позволяющий путем внесения в измерительную систему малых возмущений (малого поворота поляроида от оптимального положения) установить однозначное соответствие между видом интерференционной картины в зондирующем свете и величиной поля в кристалле (если последнее однокомпонентно). Подробно описана методика электрооптических измерений, а также область их применимости.

§ 2 содержит описание методики токовых измерений в силлени-тах. Описана связь релаксации фототока с типом контакта и с параметрами кристалла. Отмечено, что по стационарному значению фототока <■ ""можно судить о типе контакта - если •£ кон-

такт можно считать блокирующим, а если -¿"^4о > то имеет место инжекция электронов в образец. Указано, что характер релаксации . фототока шесте с гольт-амперной характеристикой позволяет определить максвелловское время в кристалле Т^ (при заданном уровне генерации а. Т^^^/е^^-Т ) и длину дрейфа электрона в

диничном поле и- ~с по формула»!;

Г-^{¿«иГЧ \а<<1Лог (2а)

ЦХ = ^¿г(€г1У* V' С2б)

де - амплитудное значение фототока через структуру, нахо-ящуюся под напряжением (I и однородно фотовозбуидаемую, Л ,

£ ъЕа ~ соответственно »толщины и диэлектрические проница-мости кристалла и диэлектрической прослойки, ^ » ^-о Ркс~ ериментально определяется как такое напряжение,•'существенно иже которого Сс пропорционально М. , а существенно выше -ерестает увеличиваться с возрастанием 1М . Далее описывается онкретная схема и даются рекомендации по методике измерений.

Глава Ш. состоящая из двух параграфов, посвящена описанию етодики численного расчета эволюции поля в высокоомных кристал-ах. Обратиться к численному моделированию побуждает тот факт, го даже при наличии некоторых дополнительных упрощающих пррд-оложений аналитическое решении удавалось получить лишь для ранга: стадий процесса, когда изменения в распределении исслоду емш еличин существенно меньше тс начальных значений и можно лкнна-иэовать задачу.

$ I содержит обоснование возможных упрощений системы ураи-вний и выбора шагов пространственно-временной сетки ¿г ил I . оказано, что в высокоомных полупроводниках при Г « в пота, больших 10 можно при численном решении уравнений т 1ждом шаге пренебречь, во-первых, диффузионной составляющей то-\ е&угаА

Л в (1д) и нестационарна членом Рл/Э^в уравнении инамики свободного заряда (1а), При этом следует выбирать ве-ячину шага по координате в пределах « ¿о , а вели-

«ну гаага по времени в пределах Г л^ «Х^. Здесь ¿„уи. С I ^ длина дрейфа в первоначальном однородном поле Е0 , ¿^ = -уИс^Тт/е - диффузионная длина при температуре т • Й силл ^-и-ix такой выбор возможен, поскольку в наиболее актуальных оу-аях ~ I кУмм.Т ~ 300 >3 -КГ4 м, 3 КГ6* м, / ¿\ 3-КГ8 м, Г - Ю"4 с, Т -300 с в темноте и Г «Ю-1 - КГ1' о

на свзту при используемых в работе интонсивностях фотовозбуждения.

В § 2 описана процедура получения самосогласованного решения, учитывающая взаимное влияние процессов перераспределения заряда и эволюции поля, в котором происходит перенос заряда. Для получения решения вводится сетка ¿¡. % хд-Ь . На каздоы временном шаге (обозначим его номер индексом ) используется кусочно-линейное представленио пространственного распределения поЛЯ , 7 . (3)

(для I = - £с , = 0 £ такой форме используется начальное условие электроне"тральности образца). В таком поле на каждом пространственном участка (обозначим его номером К ) решается упрощенное уравнение динамики свободного заряда

/* 1т ^ = С4)

где тэ,Т - СрАЪ'0А * (Л^ ]"' , при этом

для ф - I р^ (условие блектроиейтральности).. В качестве

граяиодох'о условия используется Ц = 0 (условие блокирующего катодного контакта), а при Ч£ 1 Л-Ул (¿к) • НаЭДя

кч1

реыенио уравнения \4) Ч

усредняем его но интервалу \2.и ' ] ■, используя ореднее значение , находки приравнял Лрл 8 соответ-

ствии с уравнениями (16, 1е). Используя уравнение Сг) к ус-, ловие нориироаки (/

£- Л9 с (0,1/* $ £ (г V ¿г = -Ч . (6) - ^ -

находим новые значения и у ^ и, таким образом, переходим

к следующему сагу по времоки. Шполкиз эакую процедуру ф = £Д{ раз, получим рас-прэделеиие поля и наряда в интересующий нас мо-изнт { .

Глч п 1У, сссточгдя из четырех параграфов, посвящена изуче-я;х г^олюиии пс.^л и тока в силикате и Г'»рм&нате висмута при од-нсроднсм пс пЛ1\:хооту 1>й?ктрог,а ¿озбугдс-ннй, Взе пространствен-

ные зависимости в этом случае определяются единственной координатой 2 (ось 2. перпендикулярна плоскости электродов).

§ I содержит описание основных локальных центров и электронных переходов в исследуемых материалах. Отмечено, что основную роль в процессах переноса играют три группы уровней - мелкие ловушки (0.3 эй^б^ ^ 0.65 эВ), глубокие ловушки (I эВ<:£^2 эВ) и глубокий уровень - поставщик электронов в зону проводимости

о В). При этом генерация с мелких ловушек осуществляется термически, с глубоких ловушек - красным светом, с А-центров

- зеленим светом. Основным каналом ухода электронов из зоны проводимости является захват их на глубокие ловушки, если последние пусты и рекомбинация на А-центры,- ясли глубокий лзвупки заполнены.

§ 2 содержит описание экранирования полл в условиях, однородных по всем направлениям. Приведены результаты экспериментов, проведено приближенное аналитическое рассмотрение и численное моделирование ситуации. Показано, что характер экранирования поля и релаксации фототока качественным образом зависит от размер-' ных соотношений в структуре. Так, асли толщина кристалла о£ су- . щественно превосходит длину дрейфа электронов ¿с (другими словами, если время жизни свободного электрона времени пролета электрона через образец) и эффективную толщину диэлектрической прослойки (то есть время Максвелла С^Л -характерного времени вытеснения поля в .диэлектрик), то в ходе экранирования на расстояниях 2. ^ & от катода возникают ярко выраженные (амплитуда порядка величины £0 ) есцилляцш электрического поля, наблюдавшеся на эксперименте электрооптичзским методом и хорошо описываемые численным расчетом. При других размерных соотношениях поле без ярко выраженных особенностей вытесняется в прикатодаую область и в диэлектрик. Если при этом дмша дрейфа существенно больше толщины кристалла ¡1 (то еетьТ»Т^, то в ходе релаксация фототока наблюдается квазипостоянный т частот?

- "полка" длиной Ь, =2/**"з остальных случаях ток экспоненциально спадает с постоянной времени Г5 .

В § 3 описано экранирование поля в условиях, неоднородных

по каправлзнию поля, когда кристалл приведен в квазиравновесное неоднородное по своей толщине состояние путем предварительной (до приложения напряжения) сасзетки разных областей светом различного спектрального состава. Облучение красным ( Я = О.б-З.Оцю

светом приводи к опустошению глубоких ловушек, зеленым ( Д = 0.o~0.ñ6 мкм) - к их заполнению электронами с А-центров через зону пропод'^ости. Мелкие ловушки выключены из игры путем до с та то íko длительной ыдержки образца в темнота. Измерения распределения полл электрэоптичесхим методом и сопоставление их с результатами расчета позволяют нагладно продемонстрировать роль различных локальных центров в ходе переноса заряда и оценить сравнительные величины времен жизни свободных электронов по отношению к захвату на разные центра

§ 4 содержит положительный вывод относительно применимости используемой модели перезарядки цектроа для описания экранирования поля в силленитах и краткую сводку результатов исследования, а также ряд рекомендаций по подбору размеров и рабочих напряжений при использовании этих материалов в качестве мишеней ПШ2 с оптической адресацией.

Глава У. состоящая из трех параграфов, посвящена описание евоаюция поля при локальном фотовозбуждении кристалла узкой ese тсвой полоской. Такая ситуация достаточно близка к работе UriíC и соответствует простейшему случаю записи на мишень одиночной линии.

О § I описано проведение экспериментов и результаты измерений распределения интенсивности света в интерференционной картина, полученной электрооптическим методом, также результат исследования фототока через структуру. Поскольку возбуждение образца в списываемых экспериментах проводилось узкой световой полоской, то анод структуры был изготовлен в виде разделенных между собой проводящих полосок, ориентированных параллельно "световому ножу", что дало возможность измерения локальной плотности тока < (X) V. зависимости от расстояния х от плоскости засветки до соответствующей полоски анода (ось х лежит в плоскости электрода и перпендикулярна плоскости засветки).

В рассматриваемом- здесь случав электрооптическая картина представляет собой набор изогнутых полос, симметричных относительно плоскости засветки (плоскостьX = 0), сгущающихся к ее трикатодной части и расплывающихся к аноду по оси г и к периферии по оси х. (т.е. качественно отличается от случая однородного [ютовозбуждения, где она выглядит как серия прямых параллельных электродам полос). Ниже именно эта каттна будет сопоставлена с результатами расчета. Заметим, что однозначнее определение вели-ганы поля в каждой точке по виду интерфере-нци^нной каргнкы пр;; юкальном фотовозбуждении невозможно э связи с двухкомпо^ентнос-рью поля {¡(Е^^Ёх) •

Плотность фототока моното1шо спадает с увеличением расстоя-ш х от плоскости генерации, ременная зависимость тепа также шляется монотонно спадающей без заметных особенностей при на-фяжениях и. 4 6.5 кВ.

§ 2 содержит теоретическое описание "двумерной" эволюции по-1я. В нем прежде всего обоснована возможность пренебрежения ¡оставляющей тока в процессе переноса при возбуждении кристалла ¡ветовой полоской, если она настолько узка, что нас не интересу-" >т распределение заряда по ее поперечному сечению. В этом предположении получено приближенное решение задачи о динамике поля и •ока для толстого (Л» ¿о ) образца на начальной стадии экранирования, пока порожденные перераспределением заряда изменения юля малы по сравнению с первоначальной величиной Еа . Для приходной области: _х

= е.)

- а-«5»-

1десь Х- - полуширина области засветки, 1„~ , остальные

бозначения описаны выше. Соответственно, характерное лремл ■ыеньшения продольной составляющей поля в прианодноЯ области на асстоянии X 07 полосы генерации:

^ (х) - ггл и1 ё)с&2 ^. (»)

Сопоставление этой величины с экспериментально наблюдаемой по>-стояпной спада тола, пропорционального в толстом образце прианод-ному полю, свидетельствует в пользу выбранной модели и говорит о целесообразности получения в ее рамках точного численного рашени .для произвольной стадии эволюции поля. Общая процедура численного решения оиисана с главе Ш, но вдесь пространственная сетка получается разбиением плоскости хх на участки Уравнение

динамики свободного еаряда на каждом этапе по формуле по-прежнему одномерно, двумерный характер задачи на нем отражается опосредованно , через отличный от одномерного случая темп измерения длины дрейфа с накоплением объемного заряда. Таким образом, особенность состоит лишь в нахождении на каждом временном шаге новы полей, связанных с объемным зарядом уравнением Пуассона - послед нео решается с применением конформного отображения полосы 4' ¿. на полуплоскость ¿>0 .

В § 3 проведено сопоставление эксперимента с расчетом. В связи с невозможностью прямого измерения распределения двухком-понентного поля по виду интерференционной картины это сравнение проведено косвенным методом. А именно, по рассчитанному в § 2 распределения поля с использованием правил электрооптики построена расчетная интерференционная картина, которая и сопоставляется с экспериментально наблюдаемой. Отмечено совпадение общего В! да этих картин, их динамика. Однако, экспериментальна» картина несколько шире теоретической, что может быть объяснено, наприке] наличием в объеме кристалла вне полосы засветки некоторой не учитывавшейся в расчете дополнительной генерации, порожденной А'ЦДуэшм рассеянием света на металлическом аноде. О том же свидетельствуют и результаты сравнения измеренной и рассчитанной зависимостей 4IX). В заключений глазы сформулирован ряд реноме» даций относительно использования силленитов в качестве активных элементов ПВйС с оптической адресацией, которые можно дать лишь после исследопания эволюции поля при локальном фотовозбуждении.

Глава -У1, состоящая из трех параграфов, посвящена описании гкрлшроаания, поля а скяленитах при пр* оясешш к ним напряжения с покощьп электронного пучка. Актуальность такого исследования

с практической точки зрения обусловлена использованием кристаллов в качестве мишеней П31С с электронно-лучевой адресацией. С физической точки зрения использование электронного пучка обеспечивает инжектирующий контакт к внсокоомному кристаллу и тем самым позволяет изучать экранирование поля в нем в условиях, отличных от описанных в предидущих главах.

В § I описаны схема эксперимента, методика и результаты измерений. Изучалось стационарное распределение поля э простейших условиях, когда на кристалл падает однородный по облучаемой плоскости электронный пучок, а фотсвозбущдение однородно по всему объему образца. Приведена схема экспериментальной установки и последовательность операций при проведении измерений. Отмечено, что при используемой схеме приложения напряжения заранее неизвестен даже знак потенциала облучаемой грани » проведено его экспериментальное определение, показавшее, что в исследуемых случаяху<0. (Грань, противоположная облучаемой, заземлена, ее потенциалО). Элехтрооптичвсккм методом измерено распределение Поля в кристалле при различных интенсивностях облучения его однороднопоглощаемым фотоактивным светом (Я« 520-580 нм). Опре-^ делено, что поле направлено к облучаемой грани и спадает по аб- • солютной величине с удалением от нее, причем крутизна спада возрастает с увеличением интенсивности засветки.

§ 2 содержит описание особенностей постановки и решения задачи о распределении поля в силленитах, облучаемых электронным пучком. Здесь используется уже апробированная в предыдущих главах модель процессов перезарядки уровней локальных центров и переноса свободных электронов; однако в данной ситуации явно не годятся ставившиеся там граничные условия равенства нулю дрейфового тока на прикатодной грани кристалла и заданности напряжения между обкладками конденсатора, с помощью которого приложено к кристаллу внешнее поле. 3 качестве граничного условия здесь используется нулевая (в нашх опытах) разность потенциалов между заземленным; пэдложкой кристалла и находящейся перед облучаемой гранью на расстоянии ¿Гс от нее коллекторной сетки, предназначен-кой для отбера^отраяенных и вторичных электронов

$ =■О , (За)

-г.

и условие преломления поля на заряженной поверхностным зарядом плотностью облучаемой грани кристалла (плоскость Х=0)

где В1} - поле в вакууме между коллекторной сеткой и кристаллом. Решение системы (I) для поля Е(г) в стационаром случае с условиями (9) удается получить аналитически. Его конкретный вид зависит от степени заполнения ловушек (т.е. от соотношения интенсивности засветки, плотности тока чефез кристаЛл и параметров захвата на ловушки) и довольно сложен, но в нем всегда можно выделить .переменную составлйлщпоЕ^и), экспоненциально спадающую при удалении от облучаемой грани на расстоянии & «-о ^¡г , и по-" стоянную "подставку"Е«*£( < -плотность тока, ^ - темп генерации, В - параметр захвата, Мг - концентрация глубоких ловушек). В диссертации вычислены конкретнее выражения "доя ,^, а также зависимости величины падающего на кристалле напряжения Ц^, и глубины проникновения поля в кристалл Т0 от параметров кристалла, плотности тока через неге и интенсивности засветки..

В 5 3 проведено сопоставление результатов эксперимента с теорией, на основании которого показано, что в исследованных ситуациях реализуется случай слабого заполнения ловушек (т.е. концентрация захваченных на, ловушки электронов У1Г« А/"г). Выявленная зависимость распределения поля от соотношения интенсивности фотовозбуждения к плотности* тока и от внутренних параметров образца позволяет в заключении главы дать некоторые рекомендации по отбору кристаллов для использования их в качестве мкшеней ГШС с электронно-лучовой адресацией.

ояклшчэнии диссертации сформулировал' оснсвнце результаты работы,

I. Реализован в разлитых условиях приложения напряжения и фотовозбужденкя образца электрооптический метод измерения рас-' предоления поля в высокоомном нецвнтросим;иотричном полупроводнике. Этим методом, дополнением измерениями фототека, проведены исследования динамики поля в кристаллах силиката я германата висмута. ' .

П. Разработан метод численного расчета, появолякци* модели-ровгть на ЭЙМ процесса переноса заряда и экранирования поля-в ...

высокоомных полупроводниках в; широком диапазоне услоаяй.

Ш. Изучена экспериментально и смоделирована численчк.»:и методами динамика экранирования электрического поля и кинетика фо-готока в структурах на основе высокоомных кристаллов склленитоэ з блокирующим контактом у обедняющего электрода при однородном ^отовозбуждении и различных соотношениях длины дрейфа, толщины <ристалла и толщины диэлектрической прослойки между обедняюд/м электродом (катодом) к кристаллом. Показано, что:

1)В процессе вытеснения поля к обедняющему электроду в кри-:талле возникают ярко выраженные осцилляции электрического поля 1ри условии, что толщина кристалла существенно превышает осталь-ые размеры; фототок при этом монотонно спадает по закону, определяемому размерными соотношениями в структуре.

- 2)Происходит лишь вытеснение поля в приэлектродную область [ в диэлектрик при условии, что толщина кристалла существзнно !еньше других размеров в структуре; кривая релаксации фототека ри этоы имеет квазипостоянный начальный участок, тем более длинный, чем больше длина дрейфа по сравнению с толщинами составля-щих структур.

3)8 толстом образце при неоднородном по его толщине запол-ении ловушек рапные области кристалла'характеризуются различны-и длинами дрейфа и поле в образце в процессе"экранирования вы-всняется в области с меньшей длиной дрейфа.

1У. Изучена динамика экранирования поля в кристаллах силле-итов при локальном фотовозбузвдении образца узкой полоской фото-(стивного света.

1)Получены экспериментально двумерные интерференционный карты, возникающие в-плоскости анализатора в ходе фотовозбулщения сходящегося под напряжением кристалла при зондировании егопо-физэванным нефотоактивным светом в направлении, перпендикуляр-)м полю.

2)Проведен расчет эволюции первоначально однородного и од-жомпонентнэго поля в кристалле в неоднородное и двухкомпонент-)в. Установлена зависимость характерного времени перераспр?деле-!Я поля от соотношения длины даейфа с толщинами кристалла и ди-[ектрика, шириной области фотовозбужденмя а расстоянием от этой

области до исследуемой.

3)Установлена связь интерференционной картины, возникающей в плоскости анализатора при зондировании образца благодаря электр оптическому эффекту, с двумерным распределением в кристалле двухкомпонентного поля. Проведено сопоставление экспериментально наблюдаемых и расчетных картин, на основании степени их совпадения сделан вывод о степени соответствия предложенной модели условиям эксперимента.

У. Изучено стационарное распределение электрического поля в кристаллах силленитов, одновременно облучаемых электронным пучком и слабопоглощаемым фотоактивным спетом.

1)0сущестзлен инжектирующий контакт к кристаллуßО^с по-мощью-1 электронного пучка.

2)Измврено распределение стационарного поля, возникающего в кристалле при электронно-лучевом контакте.

3)На основе предложенной модели дано описание распределения поля и объемного заряда в этих условиях, рассчитана его зависимость от параметров кристалла, электронного и светового пучков.

ПУБЛИКАЦИИ ПО Tlitlü JiHCCEPTAipi

1. В.Н.Астратов, А.3.Ильинский, М.Б.Мельников. Влияние предварительного оптического возбуждения ловушек на процессы переноса заряда в кристалле в^f-eO^.// ФТТ, 1983, т.25, в.7, с.2163-2168.

2. В.Н.Астратов, А.В.Ильинский, В.А.Киселеэ, М.Б.Мельников. Динамика распределения поля и заряда в131(£«:(^при термической ионизации ловушек.//<SJT, Ic.ti3, т.25, в,9, с.275о-2758.

3. В.Й.Астратов, А.В.Ильинский, М.Б.Мельников. Определение параметров ловушек в высокоомных нецентросимыетричных фотопроЕодни-ках методом оптического зондирования захваченного заряда. // 'ЛТ, I9ÖJ, т.25, в.1С, с.3042-3048.

4. Я.Н.Астратов, А.В.Ильинский, В.А.Киселев, М.Б.Молмшков. Воз-никьоеениа знакопеременного объемного заряда в кристалле в процессе экранирования внешнего поля.//ФГГ, 1984, т.26, в.З, с.713-74Ь. •

5. Й.Н.Астратоь, А.В.Ильинский, М.Б.Мельников. Роль глубоких цент ров захвата ь фотоэлектрических свойствах Ö» СеО .//'' TT, 1966,

т.28, ц.3, с.Ш-9гь.' " "