Электрические и фотоэлектрические процессы в p-n, МОП фотопреобразовательных GaP, InP, AlSb в структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИИ НАУК ТУРКМЕНИСТАНА ФИЗИКО-ТЕХШ1ЧЕСКИП ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 621.382.2:021.317.6

ГАЗАКОВ Овезгулы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В р-л, МОП ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ йаР, 1пР, А15Ь СТРУКТУРАХ

01.04.10 — Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Научный консультант академик АН Туркменистана, доктор физико-математических наук, профессор Беркелиег А,

АШГАБАТ — 1994 г.

Работа выполнена в Физико-техническом институте АН Туркменистана.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Гос. премии Украины Дматрук Н. Л. (Институт физики полупроводников, г. Киев).

доктор фнзико-матемагичсских наук, профессор, член АН Туркменистана Гарягдыев Г. (Институт транспорта и связи, г. Ашгабат).

доктор физико-математических наук, Мосанов О. (Физико-техничсскпй институт АН Туркменистана, г. Ашгабат).

Ведущая организации — Молдавский технический университет, г. Кишинев.

Защита состоится «29» июня 1994 г. в _ч. на заседании Социализированного совета при физико-техническом институте АН Туркменистана по адресу: 744000, Ашгабат, ул. Гоголя, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке АН Туркменистана.

Автореферат разослан «_ >__1994 г.

Ученый секретарь Специализированного соаета, доктор физ.-мат, наук

СЕРГИНОВ М,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность тощ. Развитие современной оптоэлектроники стимулирует проведение работ по■разработке новых принципов построения фоточувствительных структур,поиску новых материалов и изучению их свойств. Б этом плане создания и исследования свойств го-мо-,гетеро- и МОП переходов и гетероваризонных структур на осно-не Л' В , явилось важным этапом в развитии физики полупроводни- " ков и полупроводниковой оптоэлектроники. Однако,и в . настоящее время существует ряд фундаментальных и чисто технологических проблем,которые не позволяют наиболее полно использовать в Фо-топреобразователышх структурах такие перспективные пирокоэон-пыз материалы .А'^В5", как (ЗзР, 1пРс { Л13Ь. К так»< проблемам относится создание и исследование 'свойств структур металл-полупроводник с тонким промежуточным окисным (диэлектрическим) слоем. Тонкий промежуточный слой в МОП структурах уменьшает., взаимодиф-Фузга между металлом и полупроводником, токи утечки и заряд подвижных ионов.Кроме того, выполняя роль защитного покрытия и оптического окна.он . одновременно .позволяет регулировать высоту барьера. Актуальными являются и вопросы, связанные с изучением. и использованием влияния внешних воздействий на электрофизические и фотоэлектрические. свойства этих полупроводников к

■ & - ч

приборных структур (р-п.МОП) нз их основе. Комплексное изучение вышеуказанных вопросов открывает перспективу для создания гомо- и НОЛ переходов на основе "щирокоэонных: пса/проводников InP.AISb.GaP. обладающих наилучшим сочетанием физических свойств и удовлетворяю®« вшедаречислешши требованиям оптсэлектрсники.

Следует также отметать.что хотя многие, вопросы.касаадиеся создания и .функционирования МОГГ структур', на основе бэ.51,6аАз,успешна ресены, и ряд приборов: выпускается серийно, р-п и ИОЛ структуры 1пР,Л13Ъ и боР. в этсм плане, остаятся мало изученными. Такая информация вообээ отсутствовала в 'откооении АГБЬ. Недостаточно исследовались процессы диффузии.«еханиамн то-гюпроходд'ения, влияние термического отжига в 5аР и его дкодяих структурах. Не исследовались воэмолности реализация преимуществ собственных окислов !пР,Л15Ь,в:тР при создании приборных струк-

тур на их основе. . Эти сведения необходимы для уточнения фундаментальных . параметров кристаллов и их поверхностей,диодных структур', прогнозирования характеристик и выявления особенностей формирования р-п и МСП приборов на их основе.

' Все ' вышеуказанные обстоятельства н обусловили актуальность теш диссертации.

Цель и задачи работы. Основной целью работы явилось выявление закономерностей токопрохоэдения и фотоэлектрических явлений в р-п и Ш! структурах на основе InP.AISb.aaP, и разработкаофо-тоэлектрических приборов.-

!Для достижения поставленной цели необходимо было решить сле-' дуютйе задачи:

1. Провести экспериментальное и теоретическое исследование диффузионного процесса в кристаллах ваР, и разработать методику

• получения гомопереходов на основе ¡пР.йаР.

2. Исследовать_влияние термической обработки исходных кристаллов ' 8аР на электрические и фотоэлектрические свойства БаР и р-п . переходов на его основе.

3. Разработать методику получения тонких слоев МЗ'о на выбрашой подло-жке.и исследовать их электрические и структурные свойс-

'тва. .

4. Изучить процессы-окисления 1пР.Л15Ь,й2р, и определить оптимальные режимы получеши собственного и однородного окисного слоя, стабилизировать свойства окислов и создать МОП структуры на их основе.

5. Исследовать электрические и фотоэлектрические свойства р-п,МОП структур (в зависимости от температуры,частоты,электрического поля,светового потока,примесей,толщины и параметров окисла меаду металлом и полупроводником я др.) и проанализировать ыеханиаш токопереноса ..в этих .структурах.

6. Определить основные электрофизические параметры р-п и ЫОП структур-на основе SaP.InP.AiSb и '.оценить перспективы щ практического исследования.'. ' • '"•'. . ••

4 ' , ^ ':■ ' ' • - л';4'

При решении этих задач подучен ряд новых результатов, основные иа которых сформулиров&ны в следующем виде. : /

Научная новизна.

- Экспериментально обнаружим особенность диффузионного переноса вещества в легированных кристаллах 6аР,которая объяснена на основе установленного феноменологического закона и соотношений взаимности нестационарной .термодинамики необратимых процессов.'

- Установлены рекимы отжига кристаллов 6аР,приводящего к росту, фоточувствительности и смещению ее спектра в коротковолновую об- ' ласть для териообработанных образцов н для р-п структур па их основе. '

: - Определен характер зависимости механизмов токопрохоядения в -р-п переходах (ЗаР, 1пР от конденсации (некоторых) мелких к глубоких принесши уровней. '. :

- При изучении зф1»кта Фракца-Келдьгаа в (ЗаР, 1пР идентифицирова-кы межзонные перехода,конкретизирована структура основных 8011, определены Фоиопны? спектры соответствующих переходов . и уточнены та энергии. ■ ■ ■

- Отработаны оптимальные рекимы технологии получения однородных тонких слоев А15Ь,окисшх слоев на Б:-Р и собственного окисла па Л15Ь,1п?.

- Обнаружено расширение контура спектрашюго^распределения фо-тоэде я высокая фоточувствительирстъ э коротковолновой области спектра МОП структур по ,сравнению с р-п переходами па основа 1пР,6аР в зависимости от тоецины и свойств границ промежуточного окисного слоя. *

- Выявлена оецилляторяая фоточувствительносгь в области перехода 1^5—,• Г^—»-Х^ в 6аР .снизанная с испусканием Ш я ТО фононов, соответственно.•

- При ударной ионизации з сильном электрическом поле в полупроводниках в силу экспоненциального спада функции распределения, всегда появляется наинигший гозмокнкй порог ударной ионизации, велюнша''которого близка ширине запрещенной ясны полупроводника. Если законы сохранения энергии и иигтулъсп <гуеественно поднимают' порог прямой ударной ионизации,то ганиааимя-я электрическом поле идет за счет непрямой ударной ионирчцин оЯмчно п участием оптического или мехл длинного ¡»:»он»- •

- Установлено, что в [пР,распределение дырок в области больших энергий (порядка Е^) формируется га счет их разгона электрическим полем'в подзоне с наименьшей эффективной массой,а их релаксация по энергии определяются деформационным взаимодействием с 'оптическими фононаыи.а не полярным,как считалось ранее. -.Определены основные электрофизические параметры границ раздела М-1пР и 1пдОл- 1пР и установлены закономерности их изменения в зависимости от различных технологических и внешних факторов. '- В БаР ЫОП структурах па границе раздела окисел-полупроводник обнаружены глубокие состояния с высокой плотностью и аномально большим сечением захвата,которые при небольших прямых смещениях определяют начальный участок ВЛХ.

•' Научная и практическая ценность работы.

Проведенные исследования дали ряд новых ванных научных результатов, приведших к понимании общи закономерностей протекания тока через GaP.lnP.AISb диодные структуры;показали взаимосвязь -механизма, токопрохоудения со свойствами исходных материалов,!! .собственных окислов,условиями термообработки и -внешними воздействиями;нредложёны ■ соответствуйте физические модели, оценены параметры структур;конкретизированы схемы основных межзонных переходов, уточнены фононше спектры,выяснены механизмы пробоя И пр..

Практическая ценность полученных результатов состоит,с одной стороны, в их важности для более глубокого пошшалия процессов, протекаэдих в диодных структурах ваР,1пР,Л15Ь. С другой стороны, они позволили определить пути создания малошумящнх фотоприемников и фотоэлементов с оптимальными параметрами на основе вышеперечисленная кристаллов.Практическая, ценность данной работа заключается в: ; " - ■ • ' .

- определении - . режимов получения \ собственных ' окислов 1пР,А1£Ь,баР и МОП структур .на их основе, со стабишши и управляемыми параметра«!; : ' • •

- установлении оптимальной толддаьг собственного окисла 1пР для. создания преобразователей солнечной энергии па основе ЫС0 структур;

- решен«!', комплекса технологических задач,связанных с изготовлением на основе МБЬ МОП структур с параметрами,удовлетворяющими требованиям практического использования;

- оценке параметров 1пР,6аР и р-п структур на их основе как фотоприемников- в ближней инфракрасной,видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра,соответственно.Достигнутые величины пороговой чувствительности для лучлих образцов: 1пР^ 5,3 16""^ БаРд^ 3.77 10~ И р-п структур из: . 10~ ,6аР^4,4-10

,77

(В? Ги~Щ при Т-300 К

- рассмотрении характеристик гомо- и МОП - переходов как преобразователей солнечной энергии.Их КПЗ,в X .составляет для гомо-переходов из GaP - 4,InP - 16. InP МСП - 16, AlSb МОП'- 14 в условиях AM'- 1,5:

- исследовании зависимости КЩ грос^ид -гелиевого фотоэлектрического преобразователя солнечной энергии от интенсивности падающего излучения, при этом их КПД растет от. 4 до 9Z;

- создании и испытании в натурных условиях: фотоприемнккой и датчиков температуры на основе GaP; фотопреобразователей на основе InP МОП структур. Практическая ценность подтверждена актами об их использовании.

Данная работа выполнена в соответствии ~с планом научных исследований Физико-технического института /Л Туркменистана. Автор диссертации бил научным руководителем ряда тем.а такте ответственным исполнителем отдельных разделов этих FCC с номерами го-сударственнсй" регистрации: С20?Л451, 7104746", 730073C3, 78046083, 0184СО-.3572. 01.37.004744 . 01.90.0060234. Полученные результаты внедрены в НПО "Солнцо" АНТ я ТО 1Ш0 "Квант", где использованы Gap высскотемпзратургше фотоприотикн для определения оптикоэнергетических 'и геометрических параметров концеятрируо-цих излучение' оптических систем;. . проведено испытанк-з опытного образца бесконтактного датчика • температуры па оеиоео фосфада галлия в технологически процессе на Аигабатском стекольной комбинате.

Положения, выносимые »а зациту: 1. Процесс диффугиошгого переноса цинка в однородно .»егироазшшх примесью теллура монокристаллах ОлР характеризуется ttnvnwH

- в -

двух стадий: (а) при временах диффузии Ь^Ъо , где 1о~6,14 ч при Т- 1123 К. изотермический процесс следует закону Фика и (б) при временах диффузии Ьо. глубина проникновения атомов т.п. в (ЗаР линейно растет с ростом времени процесса.

2. Термообработка монокристаллов 6аР<Те> при температурах 1123 К и времени 24ч. сопровождается перестройкой ансамбля собственных точечных дефектов, вызывающей: (а) однородную компенсация проводимости ЗаР, (б) понихенке концентрации носителей заряда (злект-

у 2 /Л

ронов) от 10 до 10 см при Т-300 К, и (в) повышение фоточувствительности в 2-3 раза по отношению к исходному состоянию.

3. Фоточувствительность пряыосмещенных р-п переходов на (ЗаР линейно увеличивается с ростом напряжения и опеделяется взаимной

' компенсацией присутствующих в кристаллах дефектов,что может быть использовано при управлении спектральным диапазоном фотопре-сбразоЕатедей на основе фосфида галлия в области примесного и фундаментального поглощения.

4. "Образование слоев собственных скислоь толданой 25-100 А на поверхности InP.AISb.GaP обеспечивзят стабилизацию параметров НОЛ структур и может найти .применение в.технологии создания фотопреобразователей на их основе для понижения температуры процесса, количества технологических" операций и применения поли-крйсталлических слоев. '

• 5. Оптимизация толщина термического слоя собственного окисла в 1пР и БаР обеспечивает понижения тока насыщения КОП. структур до значений 10"^А при Т-300 К, что на 3-4 порядка нихе.чем в гомо-переход-л.

6. процессы токопрохождешш в МОП структурах, на основе 6аР,А15Ь и 1пР в основном,определяются термоэлетронной эмиссией,туннели-рованкем через потенциальный.барьер собственный окисел-полупро-

' водник и поверхностными состояшиш на границе раздела, тогда как начальный участок вольтамперных■ характеристик обусловлен преобладающим вкладом .токов,ограниченных, простралствешшм зарядом и проводимостью по примесишь.состоянием. ' ' "

7. МОП структуры на оенове антшонида алвданйя позволяют реализовать фоговодьтаический зффект в Условиях 'освещения АЫ-1,5 и., характеризуются следующими параметрами: ихх - 0,'9 В, ' 1кз - 16 мл<.-'м при КПД до 14 причем переход к пленочным структура}.! да-

ет возможность избавиться от процессов деградации, что делает перспективным применение AISb при разработке дешевых фотопреобразователей солнечной энергии.

Совокупность представленных научных положений и результатов может рассматриваться пак перспективное направление в физике и технике полупроводников.

Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации из- . ло.гены в отчетах по плановым темам, догадывались на 2 Всесоюзной игучно технической конференции tío фотометрии и ее мэтретст-ческсму обеспечения , М.~ 1976г.; 2-4 Всесоюзных конференциях по физическим процессам в полупроводниковых гетер'оструктурах (Ашгабат 1978, Одесса 1982, Минск 198G гг.), 0,7,8 Международных совещаниях по 'фотоэлектрическими i оптическим явлениям в твердых телах (Варна, Болгария 1980.193Ó.,198G годы); расширенном заседании научных секций ГКНТ СССР и АН СССР• : Исследование физических принципов преобразования интенсивных потоков излучения ; Разработка ФЭП для работы с концентраторами,Ашгабат,Октябрь 1981 г.; 1,2,3 Всесоюзных конференциях по физическим основам надежности и деградации полупроводниковых приборов (Килинез1982,1983,1991-. годы); Украинском республиканском симпозиуме "Полупроводниковые преобразователи солнечной энергии",Киев,1982 г.; 4,5- республиканских '(Украина) конференциях "Физические проблемы МДП интегральной электроники", (Севастополь 1983 г..Драгсбыч 1987 г.); совместном заседании научного совета ГКНТ СССР по проблеме "Использования возобновляемых источников энергии в народней хозяйстве " и научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Изыскание новых путей использования солнечной энергии" Апгабат,Октябрь 1983 г.; 2-Всесоюзной конференции "Возобнсвляень'э источники энергии" Ереван 1985 г.; годичном общем собрани.» отделения физико-технических и химических наук Ж Туркменистана. Лпгобат 1985 г.; Всесоюзной конференции "Физика и применения контакта ие-талл-полупроводник",Киэп 1987 г.;"' на..совместном нг-седанни научных секций ГКНТ СССР "Йспользоэаике ио?обномяемух дагочникоэ энергии в народном хозяйстве" чо АК СССР "Физические основы Фотоэлектрического преевразозакия солнечной энергии", Аягайвт 1969 г.; на 1,2 - Республиканских '.гажпуэопскнх «туч"нх ко!!Ф?;мм!Ц'йх

"Актуальные проблемы физики твердого тела,радиофизики и теплофизики "(Ашгабат 1931,1993 годы); 2-Всесоюэной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках, Ашгабат 1991 г. ; Научно-технической конференции АНТ; института Математики АНТ ; ТГУ да. Ыагтымгулы "Дифференциальные уравнения и их приложения" Ашгабат 1993 г.; на семинарах лаборатории и отдела полупроводников и твердотельной электроники физико-технического института АН Туркменистана.

Практические результаты исследования .вошедшие в диссертации , отражены: в отчете НПО "Солнце" АНТ (по проблеме 0.01.08 постановлении ГКНТ СМ N 226 от 19.05.197? г.] но теме: "Создать многоцелевую установку с регулируемой плотностью потока в фокальной и афокальной плоскостях для биологических и технологических исследований мощностью 30 Квт" , г.р.н. 780460, юга.и.В813438,Ашгабат 1979 г..стр. 71-76, 82-83; в экспресс информации ТУРКМЕННИИНТИ "Оптимизация параметров фасет ь схемах фасетных концентраторов",вип.6.стр.5-9,Ашгабат 1979 г.; в журнале Техника N 8, сер. Гелиотехника, Изд. "Знание" М.-1883г., егр.61.

' Публикаций.. Основное содержание диссертационной работы «зло-аййо более и в1 50.опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ийсти разделов, вшаючения и списка литературы из 273 наименований литературных источников и изложена на 320 страницах. подерет? 233 страниц ыаиннописного текста, 133 рисунка, 28 таблиц. Рисунки к формулы пронумерованы по разделе«,! , а литература - последовательно. ■

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дана обшзя характеристика работы. Обоснована актуальность теш исследований, сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость результатов,а тагаад основные защицаемые положения.Кратко изложено содер-ланио диссертации.

В первом разделе кратко рассматриваются выполненные ранее экспериментальные и теоретические работы о проведении и дн^узии примесей (GaP) ; о свойствах,методах и механизмах образования поверхностных состояний на границах раздела окисел-полупроводник в JnP, GaP. их энергеттеских моделях; о технологии получения пленочного AISb и его свойствах. Показана перспективность использования собственных окислов InP,AiSb при создании фотоэлектрических приборов. Здесь приведены гляюды иэ обзора литературы и постановка калачи. .Ссылки даны на наиболее водные, на нал взгляд, работы.

Второй раздел посвящен исходны?! кристаллам. Описаны методы получения пленок AISb.и создания собственного окисла на его поверхности. Кратко описана технология изготовления -InP.AlSb.SaP диодных структур и формирование омичесгах контактов к ним. Для получения тонкопленочного AISb применяли термическое вакуумное напыление отдельных компонентов' М ■ и Sb на метоллиэиревашчв подлога! молибдена толцрной О.йл». Толщина, предварительно получаемого, тыльного алюминиевого слоя ICO А. Поплояи! при напылении AISb подогревались до температур« 6?й-723 К.- Средняя лястдь полученных пленок AISb'4-е» см'"'. образца р-тила пр.•••чднуости hvj-ли концентрацию носителей заряда Ю^'см"'при 300К. Крупноблочное образцы AISb, легированные серой о п 10- 10^см~гпрй «00 К имели тткуя проводимость. Легиропачти Те обрзззд №*»ли п - б-Ю^оГ'при 300 К'.. Иепольэогашш криста.^ы GaP и >пР см-ли получены методом' Чохрзльского, Ilspaveipii наиболее часто использованных конетаддов GaP, InP.' при 3Q0 К ' сдадугз»: , IM3: n Vlo**5 - в-юи сч \/',. л/ ?~;оо - foco' cvVbc: р v-joíc с.» \

М„л> 160 см^/Вс. ОзР: п~3 10^ - 10^ см?; у/л/. 120 см^/Вс; рл6 10 см" 80 см /Вс.

■" Для создания НОТ структур на подготовленные соответствующим образом образин,термическим и анодным (в случае А13Ь) окислением наносился окисел,а на окисел наносился сплошной или полупрозрач-' ный металл толщиной до 100 X. Контакты к нанесенной пленке металла получены с помощью пасты "контактол". Всем этим операциям предшествовало.получение сплошного тыльного омического контакта. " Толщина окисного промежуточного слоя варьировалась от 20т до . 100^ Рост собственной окиси на поверхности 1пР осуществляли в - атмосфере сухого кислорода и водяного пара. Для получения толс-

• тых променуточных окисных слоев был использован ЭЮх. Толщина

• окисла оценивалась измерением ВФХ, микровзвешиванием и эллипсо-' метрическим методом . Измерения ВАХ.БФХ и фотоэлектрических характеристик проводились, в основном.по обычной методике и с использованием общеизвестных схем ,установок,криостатов и держателей. Контрольные измерения толщин окиелов,ВАХ,В$Х и др. были про-

■ ведены для сравнения,в ФТИ РАН в Санкт-Петербурге. Плотность быстрых поверхностных состояний оценивалась методом исследования зависимости поверхностной фотоэде насыщения в МДП' структурах от напряжения на специально созданной установке. При измерении нагрузочных характеристик фотопреобразоватедьных InP.AISb.6aP диодных структур в качестве источников излучения использовались лампа типа КРМ-220-500 и солнечное излучение. Для получения различной интенсивности потока излучения использовались система камер У^В9,УФ-90 и оптический концентратор . Здесь же описаны методы определения параметров полупроводника и границы раздела по характеристикам барьера. Далее приводятся результаты анализа .особенностей диффузионного переноса вещества в фосфиде галлия, ле-. . гированном теллуром, закшчающиеся в том,что : (а) при временах диффузии дй "6-часов изотершческий процесс следует. • 2-му . закону Фика; (б) при временах диффузии больше '6-ти часов глубина проникновения' атомов цинка в ЕаР линейно'растет с', ростом 'времени, процесса. Наблюдаемые особенности диЙузги цинка в ЕаР объяснены исходя из феноменологического' закона. и, соотношений взаимности нестационарной термоданашот необратимых процессов. В результате получены следующие .формулы-для описания вышеприведенного (2-го)"

случая : у

н--1 (1)

р«с/^Н-Ця] ™

Уравнение (2) представляет собой ободей вид процесса дивизионного переноса вещества для нестационарного случая (1-го закона Фига). В частном случае,для одномерной, задачи (пространственная координата 2) из вышеприведенных зазисю.¡остей получаем :

¿Ж Сьс*р?), ¿--^л. • (3) •

Ьф*) = ■(*№[ш.1 Ъ а/г г)],

Уравнение (4) представляет собой 2. '¡топ Фика для диффузионного переноса вещества. ■ .

Если предполоХить,'что коэффициент диффузии по'зависит от концентращш к пространственны): координат', то из (4) получим:

{5)

Решение уравнения (5).в случае диффузии из посеянного источника в полуогршшченное тело через,плоскость' с,гранившими условиями:

¿с 1 ' ~ \

2Г -г— С ■ ' - 4 * '

найденное методой разделения переменных, ймеетвид:

где С0- концентрация примеси на -поверхности пплуограниченного тела, .С« -молярная ' (объемная) концентрация нсп^стей, 1!н -сроднпя скорость и Уц'с -стетзыйтрический коэффициент К-вида частиц п Х1рлг1естой .реакции, скорюсть реакции г. V '.. . '

Функции егГо табулирована.

Решение уравнения (6) относительно г имеет вид:

■ г - (4,6 -6.8)/#(Ь)0 (7)

Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено и теоретически доказано, что (и имеют значения (Ь) - (I Л:о) для легированных,и (и - I - для нелегированшх кристаллов ваР п-типа. Уравнение (7) при (I) - Ь /Ьо и (I) - Ь принимает вид: г-и-.б *• 6,8)(ь/ьо) (¡/б!о) при ьо>ь-, -6,8)^1 при ь^ьо.

• Предполагается,что при времени диффузии до 6 часов имеет . место меадоузельнш механизм,при времени больше 6 часов диффузия "происходит по'узлам и междоуБлиям (в легированных кристаллах) и в нелегированных кристаллах преобладает мэждоузельный механизм.

В третьем разделе приведены результаты исследований влияния терм!Ечеекого отжига на свойства р-п структур и монокристаллов БаР п-типа, легированных теллуром,с п 3 10 см при 300 К. Термический отжиг монокристаллов 6аР, без каких-либо легирующих примесей, осуществляли в откачанных ампулах из чистого кварца в течение времени от 6 до 50 часов. Измерен!« показали', что термический отжиг не ыаияет тип прдводшоети исходного кристалла ваР, но в зависимости'от времени отхига получаются^ак сильно^компенсированные, ■ вплоть до полуизолирующх с Ь 10.. . 10 см' , так и

слабокомпенсированные. о концентрацией носителей заряда 10... 10 -3

см образцы. Оптимальное время отжига.при котором получались полуизолирующие ■ кристаллы равнялось 24 часам. Увеличение .или уменьшение времен! термического отжига от 24 часов вызывало увеличение концентрации носителей заряда.

изменение электрических, и .фотоэлектрических свойств фосфида галлия после термической обработки объяснено-на основе поведения • собственных дефектов.. После проведения отдига образцов и резкого их охлаждения носжели связанные . с' дефектоь ,'не могут возбуждаться и" остаются на своих первоначальных-'нес тах. Дефекты исчезают в результате отжига из-за мйграции к ловушкам, поверхности,' границам. зерен, рекомбинации друг'с'"другом. Примесная зона, .образованная легирующей примесью' сказывается- полностью .заполненой и концентрация в ней растет. Когда" концентрация глубоких уровней ¡юьниает концентрацию мелких, согласно теории'Холла-Шошш-Рида,.'

возрастает время иигни неосковных носителей заряда. Бели уменьшение электропроводности образцов связано с общим уменьшением' или "замораживанием" примесных центров, то увеличение фоточувс-твителыюсги отожхенных образцов, особенно в коротковолновой области спектра, связано с ростом времени хнзни носителей заряда.

Исследовано также влияние термической обработки исходных . кристаллов на электрические и фотоэлектрические свойства 6аР р-п переходов. В результате термообработки исходных кристаллов 6аР -наблюдается изменение кривых прямой ветви ВЛХ в области малых и больших токов. Пробой наступает при меньших обратит напряжениях. Термообработка не изменяет линейного характера распределения примесей в слое объемного заряда,но наблюдается некотЬрое увеличение удельной емкости. В таких г"р-п переходах" наблюдается аномально- большая фоточувствитель;<ость и заметное смешение максимума кривых в коротковолновую область спектра по сравнен!™) с диодами, полученными на основе кристаллов без предварительной термообработки. .

По обычной модели,доминирующи механизмом потерь в коротковолновой области спектра,является заброс горячих фотоэлектронов из полупроводника на поверхность,где они рекомбшшруют. В отожженных кристаллах, где мелкие уровни полностью опустоаюны или находятся в "заморежеинем" -нейтральном состоянии,увеличение фо-точувствительнссти связано с генерацией носителей заряда с глубоких уровней, находящихся на некотором расстоянии от поверхности, что приводит к уволиченкэ полл-у поверхности. А поле, в свеч очередь,препятствует забросу па поверхность горячих фотоэлектронов.

Аномально большат фэточувстпительность и смешение кривых в коротковолновую область спектра, связаны с тем. что фототок в этой области в отсиженных кристаллах и р-n переходах на их основе определяется как основными; так и неосновными носителями ряда,непосредственным переходом .высокоэнергетичсских носителей заряда над потвтвшьшй» барьера!* и рзепадсч- знсокозкергетичес-!г,:х фотонов в полупроводнике на ; Сольное число , поляритоиов с меньшей энергией,чем экергмя фотона. Преобразования íotchob в папяритонн способствует сильное злектричеекгу? пал? в сбд-'юти пространственного гзряло р-n передал*. П^рйгм!«« «w.:»«»»* -г г

освобождение электронов из примесных уровней.

В четвертом . разделе представлены результаты исследований вольтамперных,вольт-фараднш и фотоэлектрических характеристик GaP.'lnP р-n переходов.

Прямая ветвь ВАХ болыаинства GaP диодов определялась генера-ционно-рекомбкнационным током и наблюдалось хорошее соответствие теории с экспериментом, обнаруженная избыточная компонента тока объясняется инжекцией электронов в, примесную зону. При этом ос-'новную рать играют примесные зоны,образованные атомами кислорода. ....

^ Генерадионно-рекомбинационный процесс идет через центр, имеющий два уровня в запрещенной зоне (в рассматриваемом случае кислород, и Si в 6аР): глубокий уровень (2,0 эВ - О , 0,2 зБ -S1) и мелкий (0,89L> эВ - 0. 0,82ь эВ - Si), расположенные достаточно далеко и близко к кра« одной из зон. Выражение для прямого тока в этом случае можно записать следующим образом: -

" ^ % ехР[-а Г]

где Епр - глубина залегания мелкого уровня , Ui - падение напряжения в области объемного заряда.

Теоретическая модель избыточного тока в ЕаР р-n переходах, объясняющая его появление инжекцией носителей.заряда ь примесную зону , качественно и количественно соответствует экспериментальный результатам.

Обратная ВАХ 6аР р-n переходов имеет более сложный характер и состоит из нескольких компонентов тока, таких как токи многоступенчатого туннелирования; поверхностные; межпримесные'; связанные с увеличением подвижности носителей заряда в примесной зоне при больших обратных напряжениях ; однородного пробоя р-п перехода в результате ударной ионизации. •

Для всех рассмотренных компонентов тока наблюдается не только качественное, но и количественное соответствие теории.

ВАХ 1пР диодов удовлетворительно описывались- теорией Саа-Иойса-НЬиш. ' •

Из измерений BI>X GaP, InP р-п переходов в зависимости от температуры и частоты были определены соответствующие параметры.

■ Спектры фоточувствительности GaP p-n - переходов в области примесного поглощения описываются . экспоненциальными функциями вследствие заполнения фотоэлектронами хвостов плотностисостояний вблизи края свободной и валентной зоны.

Оценены величины Eg и других энергетических,зазоров, их температурные коэффициенты, спектры фононов, участвующих в переходах, и их энергии в исследованных кристаллах.

Дано возможное- объяснение наблюдаемым спектра»'« фоточувствительности в рамках теории фотоэлектрических явлений.

Обнаружен и исследован ' эффект 'Фраяка-Келлнтпа для Фоточувствительности в сильных электрических полях при прямых переходах

V С' ■ '

P/s- r GaP с осциллирующей кривой фотоотв^та,' Этот же эффект

исследован в InP p-n переходах.- -

Определены и уточнены величины с.ютветствукцих энергетических переходов'в Gap, InP . -

Экспериментальная зависимость ¿X от напряженности электрического поля в исследованных GaP, InP p-n переходах удовлетворительно соответствуют теоретической".

Увеличение величины электрического поля в р-n переходах ведет к возрастанию абсолютной величины пиков в 1.Ъ....2 раза,.. Обсуждены экспериментальные данные для полевых зависимостей коэффициентов ионизации в GaP,InP р-n переходах.

Получены экспериментальные данные, которые находятся в удовлетворительном согласия с рассчитанными значениями характеристических величин (значения характеристических ' полей, коэффициент ионизации, длина свободного пробега и пр.).

В конце раздела рассмотрены характеристики исследованных диодных структур и показаны перспективы их практического применения при создании различных приборов. Приводятся результаты экспериментальных исследований высокотемпературного ПаР преобразователя солнечной энергии. Под действием косного потока солнечного излучения получен КПД 02. При этом температура на фото^м*!!-те доходила до 800-900К. Етот Факт объясняется уп-'личеечем КЛЛ зн счет рассеянного излучения и уменьшением ширины запрещенной зоны &зР с ростом температуры (максимум Фоточувптвительности CVnP p-n переходов с ростом температуры w^-v^tch р оптимальную область излучении солнц«- 0. bit... 0.0 mhv) , С лу« »г»>мв|«пм

- IS -

носителей в GaP.

Рассмотрены характеристики фотоэлектрического приемника на основе Вар, . используемого для регистрации и измерения мощности потока .солнечного излучения в фокусах солнечных установок в широких пределах. Приведена зависимость тока короткого замыкания и напряжения холостого хода датчика от. интенсивности и угла падения. солнечного излучения, соответственно. При углах падения солнечных лучей до 60 фототок изменяется приблизительно по закону косинуса, при этом максимальное отключение от расчетной величины составляет 2-3%.

Проведена оценка параметров высокоомных кристаллов GaP для применения их ь качестве фотосопротивлений. Для этого был использован лучистый поток, исходящий от печи канала выработки мании ВВС И 4 на Ашгабатском стекольном комбинате.Минимальная величина температурного коэффициента изменения сопротивления фос-фид-галлиевого датчика 14 Ом/гр.

' Приведены соответствующие характеристики GaP р-п переходов при использовании их в качестве стабилизаторов постоянного напряжения - опорных диодов. По сравниваемым параметрам они не уступают S1- стабилитронам , а по температурным зависимостям -превосходят их. . ■ .•

■ Исследованы обнаруките'льные способности кристаллов GaP и р-п переходов-на основе. GaP, InP, и оценены с.оответствуюаще параметры.

Исследованы энергетические характеристики InP фотоэлементов с гомогенны!.! р-п переходом. Их ШЭД преобразования достигает 16%.

■Пятый раздел посвящен исследованию механизмов токопереноса в фотопреобразовательных InP,GaP ЫОП структурах. Оценены:, коэффициент идеальности;. высота барьера; плотность зарядов на поверхности ' металла, граничащей с. промежуточ1шм.слоем,в обедненном слое, на поверхности; толщина" про;,шуточного сдоя, напряженность электрического поля и др. параметры. - "-'у '•".•'*

В первом параграфе приведен райчет области пространственного заряда полупроводника '. ;на примере InR и ВаР-. Расеыотреш расчетные величины напряженности -электрического' поля, суммарного заряда, распределение потенциала в области пространственных га-

рядов:квазинейтральная область, инверсный и обогащенные слои. На основе рассчитанных данных построены соответствующие графические зависимости. Рассмотрены результаты сравнительного анализа свойств МОП структур и р-n перехода. -

В третьем параграфе приводится решение уравнений непрерывности для механизма Фотопреобразованиа МОП структур. Даются зависимости эффективности Ш1 фотопреобразователей от плотности поверхностных состояний, скорости поверхностной рекомбинации, длины диффузионного смещения, коэффициенты умножения и ионизации носителей заряда; концентрации носителей заряда в полупроводнике и в собственном окиепом слое и ряд других параметров. Проводится сравнение результатов с экспериментальными данными.

Рассмотрение электрических и фотоэлектрических свойств InP МОП структур показало, что с ростом -толязкш промежуточного окис-ного слоя кривые ВАХ смепрвтея я область больипх напря^ни;! смещений , величина п растет С £ 3,1 при - 100 К) и наблюдается расхождение между До и.А . Гдз A -ntfa/#tc , До - btfofe/rf'3 -- 120,4 А/с;/к , rnQ~ масса сссбодного электрона, ко - постоянная Ричардсона. Промежуточный сдой зЭД&кешю сшкаг? íícíc насыщения. Перенос носителей заряда, в частности здеК'ДОпов. через промежуточный слой затрудняется из-за необходимости их туннелирования (через егюй) и приобрзтгг® верояткосишй характер. Снижение тога. яасшения , в своя очередь увеличивав? шоогу барьера:

<Рй ^^^/'fsj Величина плотности тока насыщения в исследованных 1г,Р .КОП • структурах составляла 10"^

А/см , что на 4-5 порядков мзнысе.чеи у известных диодов Шаттки

на:InP. Из литепатури известно,что для "чистых" Ш в InP, плот-

-5 -У ■ z> ность тока паевдети 10 - 10 А/си . Вычисленное значение, -£о А

при 7S -3x10 А/си , Т-cOO К, величины С>й - 0,336 зЗ. Теоретическое значение - Ф/л- X - 0,20'зВ. При этом - 5,0 зВ для 1- 4.70 зВ для InP и й -Ф/з (эксп)-Ф^ (теор.)-ОД зВ. Экспериментально определенный диффузионный потенциал - 0.86 зВ. Понижение потенциального барьера с учетом силы зеркального изображения, вычисленное по выражению Фе■. - А 5 - //£> • + (.Itf/pfí-t-A/^/z^jJ составляет 0,05 аВ, где fío -. 2(2 Tin лУ/^^А.при 300 К для InP равно 5xl0¿? см"3 , отсюда напряженность электрического поля Е - 2,4x10^

-SOB/CM. Такая напряженность поля возникает в результате силы зеркального изображения на расстоянии \\f - 1,15нм. Пространственный еаряд Q,f, образующийся в обедненном слое 1пР, при термическом

* II 'Г

равновесии равен 1,45x10 Кл/см и Use - 2,3x10 эВ /см , где Nsc - (l/q)( )n - плотность поверхностных состояний,

dlf% - 0,4 эВ. По выражению нх qUW - 2,56х10_'1Кл/см"г', NNsc - 4x10 эВ'^/см

Предполагая,что на тонком окисном слое не образуется заряд, а на поверхности металла, граничащей с промежуточным .'слоем образуется почти равный и противоположенный по знаку Qsc заряд Он --(¿й'/^), получим Q - -4,13x10"г Кл/см^

Величина плотности поверхностных за^чов Qss, полученная из выражения Огл—(Qss + Qso) составляет (1,57, - 2,68)х10. .Кл/см . Расчет, при соответствующих. величинах '<?j г 11, - ?, дает величину для Q - 1,54 им. ' Для МОП структур п - 2,16, определенная , плотность поверхностных состояний составляла 2,3x10 см"^ эВ"^. Приведенные данные свидетельствуют о том,что в 1пР МОП структурах поверхностные состояния, главным образом, определяются границей раздела М- In^Oj.

Обнаружено изменение коэффициента идеальности п с освещением, связанное с накоплением на границе раздала носителей заряда в результате фотоионизации энергетических состояний.. Если базовый полупроводник п-типа ,то на. границе раздела растет концентрация дырок,что приводит к уменьшению изгиба зон у поверхности Полупроводника. При этом квааиуровень Ферми для дырок смещается по направлении к валентной зоне. Поверхностные состояния за счет этого приобретают полою1тельний!,'заряд.

С увеличением толщины промежуточного окисла ( > 30 R) преобладают токи инжекции и диффузия носителей заряда в квазинейтральную область и их рекомбинация на границе раздела окисел-полупроводник. .

.Рост, смещение и расширение контура кривых, фоточувствительности в коротковолновую область спектра по сравнению с кривыми InP р-n перехода объяснены . вкладом внутренней фотоэде и фото-зде, возникающей в результате фотоэмиссии носителей заряда в ши-рокоаопкый свой п-1п^,0з, Фотрэмиссия имеет место на границе H-n-In,0.. а фотоэде на разделе rt-Ir> о-!пР. Построены энерГети-

_ <4> Л ' , JL 3.

чес кие зонные модели для пир 1пР МОП, объясняющие высокую фоточувствительность этих структур в коротковолновой области спектра излучения и особенности ВАХ. В р-1пр МОТ структурах более высокий фототок кроме оптимальной толщины окисла, связан со снижением вклада поверхностной рекомбинации sa счет эффективного увеличения числа фотоносителей тянущим полем, возникающим иа-аа градиента ширины запрещенной зоны между In^C 2,80 эВ) и InP (/--1,35 зВ). В этом случае структура типа M-n- ln¿03-p- InP рабо-' тает как плавная гетероструктура.

Для выяснения влияния зарядов в переходной области на характеристики МОП фотопреобразователей рассмотрены расчетные и экспериментальные зависимости высоты барьера и изменения КПД от плотности поверхностных состояний для InP Ш1 структур с оптимальной толщиной промежуточного окисного слоя ( 25-S0&). Показано,что при величинах Nss - 10 -10 эВ сы-'3*'относительное увеличение Фв и по сравнению с р-n переходами составляет, соответственно, 0,2^В и 2,ОХ.. В этих условиях, $ - 25 A, Nss -' ю' - 10/ эВ см-"2, .накопленные на границе раздела заряды выступают в ¡сачестве генерационно-рекомбицацнониых центров и создают дополнительные пути для туннельного тока через поверхностные состояния. При больших плотностях поверхностных.СОСТОЯНИЙ ÍÍ35 > 10 эВ ct.r^, КПД уменьшается из-за возрастания тока поьерхноет-. ной рекомбинации, приводящей к снижению raa короткого зашеа-ниа.

Исследование завитюсти эффективности. 1пР Н0П фотопреобразователей от коэффициента идеальности показало,что при n - 1,5 относительный прирост эффективности составляет 2% и соответствует толщине промежуточного окненого слоя 23-26 а. КПД таких InP МОП структур, составляли 16Х. ■

Третий и четвертый параграфы поевлщоны. исследований температурной зависимости и влиянии плотности освещения на свойства InP МОП фотопреобразователей. Выли исследованы зависимости хх,1кз от световой температуры и определена .оптмаяьнаэ температура (340 - 250 К) для работы M-n-¡«¿О,- InP фотопреобразователей. Экспериментально и подстановкой параметров InP МОП структур в . соответствующее теоретическое выражение найдены значения температурной зависимости //хх, 1кз и соответственно FF и 1ШД. Паб.ию-

, - 22 -

далось удовлетворительное совпадение эксперимента с расчетом. Жх/эт - - 2,4х10"3вк"1 1.8x10^л

В изученных InP МОП структурах 1кз растет почти прямолинейно до плотности падаоцего излучения 4 Вт/см^, а Ь!ж насыщается. .При дальнейшем увеличении краткости СИ Un: уменьшатся, а 1га растет с показателем ri - 0,56". Наибольшее изменение характеристик ïnP МОД фотопреобразователой происходит при F > 50 Ф. В этом случае одновременно происходило изменение всей компоненты тока, КПД МОП структуры падав наполовину. Увеличивается величина обратного тока, что связано с ростом концентрации неосновных носителей, в основном, из-за сн:кеши высоты барьера (с ростом плотности издающего излучения). При этом увеличивается также величина рекомбинацпониого тока, так гак лжн> часть поглощенной световой энергии вдет на фотопреобразование, остальная часть разогре-' вает МОП структуры. Под действием больших потоков СИ растет дрейф атомов кислорода и примесей,, увеличивается вероятность прирасталия толщины окиского слоя в глубь кристалла и дефектооб-разовашш на границах раздела металл-окисел и окисел-полупроводник.Создается • более "сложная структура типа M - 1 г п - In^0;J- 1 - InP , последовательное сопротивление диодной структуры резко увеличивается и падает выходная мощность.

Анализ ВДХ показывает," что ток. протекающий через GaP МШ структуры имеет слатини характер. При менмтх напряжениях смещения преобладают токи' омического и избыточного характера, а при больших - величина токов определяется зарядом иакошшным на пркмесЯх и па поверхностях и заполнением хвостов плотности состояний. .

С увеличением толщины"окисиого слоя ВАХ GaP МОП структур до напряжения 1,0 - 2,0 В описывается омической зависимость», а при больпих напряжениях - квадратичной функцией.'

Численньй расчет величины омических участков тока по соответствующим выражениям Котта по.кшад удовлетворительное согласие теории с зкепернмзитои. ;

ВФХ GaP МШ структур" характеризуются резким перепадом емкости при йймененки напряжений от обеднящих до осогааащих/ При

отрицательных смещениях 2...3 В наблюдаются провал емкости. В области положительных смещений емкость не насыщается, что указывает на отсутствие инверсного.слоя.

Экспериментальные результаты исследования ВЕС GaP МОП структур сопоставлены с расчетными данными по теории МОП конденсата-, ров. Экспериментально измеряемая емкость не совпадает с емкостью, рассчитанной по теории. / Это также указывает на отсутствие инверсного слоя.

Наблюдалось удовлетворительное согласие экспериментальных данных по изменении eiíooth барьера в зависимости от напряжения с теорией.

В InP, GaP КОП структурах с сравнительно толстым промежуточным оккспум слоем, определены статическая диэлектрическая проницаемость и величина высоты барьера, соответственно.

В этих структурах из ЕФХ определены плотность поверхностных состояний и их энергетическое.распределение, толщина диэлектрика, концентрации носителей заряда на поверхности, емкости плоских зон.-величины поверхностных состояний и пр.

Распределение плотности состояний на границе раздела полуп-. роводник-диэлектрик в InP ЬЩП структурах имело обычный вид. Для типичных релаксационных характеристик емкости таких МДП структур при смещении поверхности- из состояния обогащения основными носи-„ телями заряда в состояние, слабой инверсии наблюдается сверхли-нейиая зависимость' емкости от напряжения. Когда система переводится, из состояния слабой; в состояние сильной инверсии - зависимость С от U имеет линейный вид.

Оцененная методом' Фаудлера эффективная высота барьера для InP 1,1 - 1,2 эВ, а для 6аР , 1.7 - 2,1 эВ. Эти несколько отличные -значения Ф , по сравнению с данными, определенными другими методами, связаны с некоторыми ограничениями, накладываеш-ми на соотношение Фауллера в случае применения его для ЫДП структур. ■'...';

Из фотоэлектрических • исследований обнаружено, что на InP и GaP МОП.и ЦДЛ. структурах появляется второй максимум фоточувстви-телыюстн в коротковолновой области спектра, его абсолютная величина и месторасположение в спектре зависят от толгщшы промежуточного окисного слоя. ;

В шестом разладе приведены результаты экспериментального и теоретического анализа свойств AlSb МОП структур.

Первый параграф посвящен выбору материала и особенностям топкопленочньгх фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии. Приведено сравнение характеристик a-SX:H , поликристаллического, монокристаллического Sx.SaAs и AISb. Показаны возможности получения конкурентоспособного солнечного элемента на.основе AISb.

Во втором и третьем параграфах рассмотрены электрические и фотоэлектрические свойства AISb, МОП структур. Оценены высота барьера, коэффициент идеальности, величина тока термоэлектронной эмиссии, плотности поверхностных состояний и другие параметры . МОП структур. Рассмотрены механизмы прохождения тока через диодные структуры M-AI^Qj-AISb, « построены их энергетические модели. Экспериментальным и расчетным путем определены характер • распределения и плотность^ поверхностных состояний на границе раздела AIS'o-ALO^C 3x10 зВ см"*). Большая растянутость C-U характеристик в области смещений - 10 - 20 В объяснена наличием медленных, 10 с, состояний в запрещенной зоне Al^Og. Экспериментальные измерения кривых фототока были сравиены с рассчитанными для двух случаев распределения заряда на границе А^О^.При этом получено удбвлетворительное согласие эксперимента с расчетом.

. В большинстве исследованных-диодных структур значение коэффициента идеальности, п . 1,3 - 1,6 . в.интервале температур 100450 К изменяется мало, • что характерно для токов, определяемых межэоннам туштелированкем. С увеличением толщины широкозонного промежуточного слоя AI^Oj, кривые ВАХ сменяются в область больших напряжений. Ток насыщения, определяемый экстраполяцией прямой ве^-ви ВАХ, составляет 10~? - 10~б а при £00 К и уменьшается до 10" -10" А при 78К. Для обратной ветви ВАХ'характера относительно больше обратные токи, обусловленные туннелированием к поверхностными утечками и они не имеют области -насыщения. Количественная оценка туннельных.токов выявила туннелирование носителей заряда с участием уровней, расположенных в области объем-, кого заряда, что характерно для структур виротдшшй полупроводник - полупроводник. Емкость диодов зависит от напряжения, в ос-"

г

новном, ш I/C-v ис()з, величина напряжений отсечки 0,б-0,91> В

и удовлетворительно совпадает со значениями напряжений отсечки,

оцененными из прямых ветвей ВАХ. С увеличением температуры от

200 до а» К, емкость диодов несколько растет, что связано с

увеличением концентрации ионизированных центров на „границе и

уменьшением высоты барьера. При значениях Na - 10 см"?, -6 .

Ю с - время релаксации, рассчитанный^¡аряд> на поверхностных

состояниях составляет (0,6" - 1,2)10 с-м эВ" , а высота барь-

Ч/

ера, оцененная из зависимости lsIo/T от 1/пТ, составляла 0,03. эВ. - ' ■

Исследовались такке нагрузочные характеристики AlSb МОП структур. Получен КГИ фотопреобразования до 14Z на крупноблочном и 4% на тонконленочном AlSb.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем : -

1. Экспериментальны),('исследованием установлена особенность диффузионного переноса Еещёства в GaP, заключающаяся в тем, что с увеличением времени диффузии от определенного значения t (вре-' мя) при постоянной температуре и механизме диффузии, происходит резкое увеличение сгубит проникновения диффундирующих атомов цинга в легированный кристалл. Обнаруженная закономерность теоретически объяснена из феноменологического закона и соотношений взаимности нестационарной термодинамики необратимых процессов.

2.Изучено влияние термообработки на исходные кристаллы GaP и р-п переходи, полученные на их основе. Обнаружена аномально высокая фоточувствительность и смещение спектров в коротковолновую область для отожженных кристаллов и р-n переходов, полученных на их основе, по сравнению с кристаллами и диодами, без термообработки, что связано с увеличением времени зшзии носителей заряда, вследствие уменьшения концентрации дефектов при отжиге. .. . ■

. 3. Проведен, эксперщянтаяьний и теоретический анализ механизмов-токопрохождения в р-n структурах на основе Gap, ГпР. Усчаьоп-

лено влияние концентрации примесных центров на характер воль-тамперных характеристик р-п переходов'.

4.На основе эффекта Франца-Келдьгаа в &зР и 1пР установлены модели мекзонных переходов, конкретизированы, структуры основных зон, определены фонокиые спектры соответствующих переходов и уточнены их энергии. Получено согласие эксперимента с теоретическими расчетами. "

5.Проведен комплексный анапиз основных характеристик МОП структур на основе 6аР, АГБ'о, 1пР. Установлены следующие механизмы токопрохокдешта - термоэлектронная эмиссия и туннелировакие через потенциальный барьер с учетом тонкого промежуточного окисного слоя и поверхностных состояний на границе раздела. На начальных участках ВЛХ 6аР МОП структур преобладают токи, ограниченные пространственным зарядом и мекпримесной проводимостью. Определены и проанализированы основные электрофизические параметры 1пР, А13Ь, БаР МОП структур на основе существующих теорий, что важно для оптимизации как электрических, так и фотоэлектрических характеристик этих структур.

О.Исследованы зависимости высоты барьера, спектрального распределения фотоэде и КПД 1пР МОП фогопреобразователей от, толщины промежуточного окисного слоя и определена оптимальная толщина Окисла. Экспериментальным и расчетным путем определены зависимости энергетических параметров 1пР КОП структур от плотности ^ поверхностных состояний, концентрации примесей, освещенности и температуры. Разработана технология получения 1пР, Л13Ь, 6аР МОП структур, обеспечивающая получение'однородных окисных слоев с повышенными электрическими и адгезионными параметрами, позволлют^п оптимизировать характеристики создаваемых на их основе фотопрссбразовательных структур.

7.Созданы лабораторные образцы Фотоэлементов. на основе МОП структур с КПД (а): 1пР 16, , крупноблочного А15Ь 14 и до 4Х на тонксплепо'-шом Л15Ь. Показаны возможности создания фотоприемника,. датчика температуры и стабилитрона"на основе фосфида галлия. В 1пР, 6зР КОТ структурах и отоккеншх 1фисталлах ЕаР и р-п переходах на их основе в коротковолновой и ближней УФ областях спектра, наблюдалась аномально большая, . фотоэдет спектр которой, в указанной спектральной области поглощения,

зависит от толщины промежуточного окисного слоя МОП структур и времени отжига кристаллов 6аР, что создает возможность изготовления оптимальных фотоприемников. Такие положительным эффектом является рост фоточувствителыюсти "отожженных" образцов и р-п переходов GaP с повыиением температуры.

Полученные результаты вносят существенный в1слад в физику фо-

3 5

тоэлектрических явлений полупроводников А В . Они могут быть использованы при создании фотопреобразовательных структур с' заранее заданными параметрами и оптоэлектронных приборов. Это позволяет утверждать, что исследование фотоэлектрических явлений в шнрокозонных полупроводниковых структурах, направленное на создание фотоприемников и фотопреобразователс-й солнечной энергии, является новы),' и перспективным направлением физики и техники полупроводников.

Перспективы дальнейших исследований в этом направлении связаны так с оптимизацией параметров известных широкозонных структур, так и с разработкой новых типов таких структур и исследованием их физических свойств, обусловленных особенностями поглощения, переносом неосновных носителей заряда и их рекомбинацией, генерацией и пр.

Основное содержание диссертации отражено а следующих работах:

1. Gasakov 0., Nasledov D".N., Slcbodchikov S.V. Franz-Keidysh Effect on Indirect Transitions In GaP// Phys.Stat.Sol. -1S69.-35, 139.-pp 139-144.

2. Агаев я, О.Газаков, С.В.Слободчиков. Электрические свойства р-п переходов в n-GaP. Изв. АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, 6, 1971. 3-в.

3. Газатаз О., П.Хайдаров. GaP р-п переходы и возможности юс применения для преобразования солнечной анергии в электрическую. Изв.АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, 3, 1974, 21-25.

4. Газаков О., Хайдаров П.; Х.Атабаев. Электрические свойства р-п переходов на основе n-GaP, выращенного методом Чохраль-ского. Изв. АН ТССР, cep.ff'TXnT тук. 3, ÍÚ75, 107-108.

5. Агаев Я., О.Газаков, П.Хайдаров, С.В.Слободчиков. £оточуг.с-

твительнооть р-п переходов на п-(ЗаР, выращенного методом Чох-ральского. Изв. АН ТССР, сер.ФТХ и ГН наук, М 4, 1975, 109-111.

6. Газаков О. .Аннабердиев X., П.Гайдаров. К определен!® глубины диффузионного слоя в полупроводниках. Изв.АН ТССР. сер.ФТХиГ наук. N 4, 1975, 45-47.

7. Агаев Я., Газаков ОУ, X. Аннабердиев, П.Хайдаров. Исследования зависимости дифференциальной емкости р-п переходов в п-6аР от напряжения. Изв.АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, N 5, 1975, 22-27.

В. Агаев Я., О.Газаков., С.В.Слободчиков, П.Хайдаров. Внутренняя полевая эмиссия ' и лавинная ионизация в ОаР р-п переходах. Изв.АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, N4, 1976, 39-43.

9. Агаев Я., Газаков О., Х.Атабаев, К.Садиков. Исследование р-п переходов в 1пР по зависимости дифференциальной емкости от

' напряжения. Изв.АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, N3, 1976, 23-28.

10.Газаков О., П.Хайдаров. О фотопроводимости в п-БаР. Изв.АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, N3, 1976, 116-118.

11. Агаев Я.,О.Газаков, П.Хайдаров. Температурная зависимость фо-точувствительпоети (ЗаР р-п переходов. Изв.АН ТССР, сер.физ.-техн.. хим. и геол.наук. N5, 1976, 22-28.

12.Агаев Я., О.Газаков, Х.Атабаев, К.Садыков. Электрические •свойства р-п переходов в п-1пР.Изв.АН ТССР.сер.ФТХиГ наук, Ы1 1977, 20-23.

13.Агаев Я..О.Газаков,С.В.Слободчиков,П.Хайдаров. Исследования влияния термической .обработки исходных кристаллов на электрические свойства р-п переходов в п-&эР. Изв. АН ТССР .сер.ФТХиГ наук, Н 2, 1977,31-35.

14. Агаев Я. .О.Газаков,П.Хайдаров. Фотодиоды на основе (ЗаР.Изв.АН ТССР,сер.ФТХиГ наук, Н 4, 1977,21-26..

15.Агаев Я..О.Газаков,Х.Атабаев. Исследование электрических свойств диффузионных р-п переходов в 1пР и ТЕердых растворах

. Изв.ЛЧ ТССР,сер.ФТХ1!Г наук.Ы 6,1977,27-31.

16.Агаев Я.О.Газаков,С.В.Слободчиков,П.Хайдаров. . Исследования влияния терчической обработки исходных кристаллов на фотоэлектрические свойства р-п переходов в .п-6аР. Изв.АН ТССР.сер.ФТХиГ наук, (14,1978.35-33.

17. Агаев Я. .О.Газаков. Некоторые электродвшесцентные характе-

ристики р-n структур на основе твердого раствора 1пР-ваР,Мат.2 Всесоюзной конференции:"Физические процессы в полупроводниковых гетероструктурах". Аигабат, изд.''Ылым'', 1978, том 1,стр.50-51.

18.Агаев Я. .О.Газаков,А.Каррыэв.П.Хайдаров. Электрические харак- . теристики эпитаксиальных' структур на основе твердого раствора 1пР-ЕаР.Мат,2 Всес.конф.: "Физические процессы в полупроводниковых гетероструктурах".Ашгабат,изд."Ылым", 1978,тем 2.стр. 86-87.

19.Агаев Я.,6.Газаков,А.Акмурадов,X.Атабаев. Исследования некоторых свойств контакта Ли-InP. Мат.2 Есес.конф.:"Физические процессы в полупроводниковых гетероструктурах".Ашхабад, изд. "Ылым", 1978,том.2,стр.88.

20.Газаков 0..Я.Чарыев. Измерения больших потоков солнечной энергии с помощью фотоприемника из фосфида галлия.Резюме докладов 6 международного совещания по-фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле.Варна,Болгария, 1680, 40.

21.Газаков О., А.Н.Каррыев. Фосфид галлиевый преобразователь солнечной энергии. Резюме докладов б Международного совещания по фотоэлектрическим и оптическим явлениями в твердом теле. Варна, Болгарии, 1980, стр.10.

22.Газаков О., А.Н.Капрыев. С<5 электрических свойствах зпитакеи-альных GaP-диодов. Изв. АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, N3, 1980, стр.112-114.

23.Газаков О., А.Н.Каррыев. Спектральная фоточувствительность и '"электролюминесценция эпитаксиальных GaP р-n переходов. Изв. All

ТССР, сер.ФТХиГ наук, N3, 1931, стр.120-122.

24.Газаков О., Агаев Я., М.Мерздов, Я.Чарыев.Влияние окисного слоя на рост КПД InP-фотопреобразователей. Мат.совм.раси.за-сед.науч.Советов ГКНТ и АН СССР:"Солнечная фотоэлектрическая энергетика". Изд."Ылым", Ашгабат, 1983, стр.248-255.

25.Агаев Я..Газаков 0., Тойлыев л. Действие магнитного поля на InSb-AISb гетероструктур. Тез.докладов Ш Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах. Июнь 1982, Одесса, т.1, стр.217-218.

.26.Агаев Я.. - Газакоа О., Тойлыев А., Гетероэпитаксия AlSb на InSb при вакуумной кояденогшии. докладе Ш Всесоюзной

конференции по физическим процессам в полупроводниковых гете-рсструктурах. Июнь 1982, Одесса, т.З, стр.65-66.

27.Газаков О. .Чарыев Я..Филаретова Г.М. Электрические свойства БаР МДП структур.Изв.АН ТССР.сер.ФТХиГ наук.М 6,1982, стр. 20-23.

28.Агаев Я..Газаков О. Нэкоторы электрические и фотоэлектрические свойства р-п структур на основе ¡пР, АШЬ.баР. Квантовая элегароника, N 12,1982.стр.2465-2475.

29.Газаков О. .Я.Чарыев.Влияние промежуточного окисного слоя на характеристики Аи-1пР структур.Изв.АК ТССР.сер.ФТХиГ наук, N1. 1983,стр.25-31.

30.Агаев Я..Газаков О,Чарыев Я. п-А15Ь-М1 -солнечные элемен-- ты.Резюме доклад 7 Мекдун.согещ.по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле.Варна,Болгария,1983,стр.21-21..

31. Газаков О. Ларыев Я. Аи-Р-шР-фотопреобразователь. Резюме докл. 7 Международного совещ.по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле.Варна,Болгария,1983,стр.21-22.

32.Газаков О..Оразбердыев А.Х. Получение и исследование свойств А15Ь МДП-етруктур, Мат. Респ. конф.: "Физические проблемы КШ интегральной электроники". Севастополь УССР,1983г.

33.Газаков О., Чарыев Я. Исследование электрических и фотоэлектрических свойств КШ-структур &тР. Севастополь УССР. 1983г.

84.Аш1абердыев X., Газаков 0. К определению профиля диффузионного слоя в 1пР и твердых растворах ¡пЛу^Г^. Изв.АН ТССР.сер.ФТХиГ наук, М 6, 1984г.

33.Газаков О.., Оразбердыев А.Х., Чарыев Я. Неюторые электрофизические свойства диод1ШХ структур на основе ¡пР. Изв. АН ТССР, сер. ФТХиГ наук, !) 1, 1985 г.

36.Аннабердыев X.., Газаков О., Цурадов А.А., Оразбердыев А.Х., Чарыев Я. Авт..св. N 1212127 к заявке N 3610475/2406 (096112). Положительное решение от 24.01.1985г.

37.Газаков О..Базаров Б. А., Оразбердыев А.Х., Чарыев Я. МТДП-срлнечные элементы на основе 1пР. Ыат.П Бсес.конф. "Возобновляемые источники энергии". Ереван 1985, Т1.Черноголовка 1985, стр. 50.

38.Газаков О.,Ораабердыев А.Х..Михайлов А.Р..Чарыев Я. Фотоэ» лекгркчеекке свойства п-дггь-Ш структур. Изв.АН ТССР,

сер.ФТХиГ наук, IJ 1, 1936 г.

39.Газаков О. .Орасбердыев А.Х. .Чариев Я. • Свойства Ir.P МОП срл-нечных элементов при бантик плотностях солнечного излучения. Мат. П-ой Всесоюзной коиф. "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов", Кишинев,1986.

40.Газаков О..Оразбердыев А.Х..Чариев Я. ' Влияние температуры на нагрузочные характеристики Ш1 структур. Резше докладов . 8 Ыеждун. сов. но фотоэлектрическим и оптическим явл. в тв.телах, Варна, Болгария 1986 г.

41.Газаков О., Оразбердиев А.Х..Чариев Я. Фотоэлектрические свойства !.!-n-In^O^-(n,p) InP диодних структур. Резюме дога. 8-Мэндуп.сов. но фотозл. и опт.явл. в тверд, телах. Варна,Болгария, 1986г.

42.Gazakov О.,Orazberdyev A.Kh., Charyov Ja. Fhotoeîectrlc propertles of the U-n-In^Ôs -(n,p)InP surface barrler structures. // Phys. stat. sol.(u) - 1987, - 100,139 - pp 139-142.

43.Газаков О.,Оразбердиев А.Х..Чарыев Я. Фотоэлектрические свойства МОП-р-п(1пР) структур. Мат.докл.Росп.конф. "Физические проблемн ЦДЛ интегральной электроники". УССР. г.Лрагобыч 1987г.

44.Газаков О., Оразбердыев А.Х..Чариев Я. Электрические и фотоэлектрические характеристики 1.1-(n.p) IriP структур. Ыат.Всес.конф. "Физика и применение контакта металл-полупроводник", Киев. 193?., с.'65.

45._Газаков 0., Чарыэв Я., Оразбердыев А.Х. Исследование температурной зависимости InP МОП СЭ. Изв. АН ÏCCP,сер.ФТХиГ наук, 1983, КЗ.

46.Газаков 0. .Чариев Я. .Оразбердиев А.Х. Огойетва Ir.P МОП структур при больших плотностях светового0потока. Изв. АН ТССР, сер.ФТХиГ наук, 1988,Мб.

47.Алланазаров А..Газаков 0..Оразбердиев А.Х. Решение уравнения непрерывности для механизма фотопреобразоваши в МОП структурах. Сб.и.т. ШО ТССР "Влияние фазовых переходов на структуру...". Ашгабат,. 1939, с. 97-104.

48.Газаков О.-»Оразбердыев А.Х., Чарыев Я. Солнечные элементы на основе металл-окисел-полупроЕодник структур. ' Мат.н.и. «ос»;--*.

- 32 - -

по координ.АН ТССР,Ашгабат,/Шлл", 1989, с. 16-23.

49.Алланазаров А., Газаков О., Оразбердыев А.Х. Структурные изменения InP МОП фотопреобразователей при больших плотностях падающего излучения. Тез.докл. I-Респ.меявуэ.научн. конф. "Актуальные проблемы физики твердого тела..Ашгабат, 1S91, с. 132-133.

00.Газаков О., Оразбердыев А.Х. Влияние термического откига на свойства GaP р-п переходов. Тез.докл. 1-Респ.меквуз.копф. "Актуальные проблемны ' физики твердого тела", Ашгабат, 1991, с. 134- -135.

51.Гагатов О,, Оразбердыев'А.Х. Влияние термического отжига ка свойства фосфида галлия. • Тез.дс;сл. З-Всее.конф. "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов". Кикшев, 1931г.

52.Аннабердыэв X..Газаков О... Редийуши н аномальная фотопрово-дикость в GaP в коротковолновой' области спектра. Тез.д.2 Всес.К: "Фотоэлектрические явления в полупроводниках. Азга-,бат.Кзд."Ылым"'1991г. -с. 141-142.';

"ЭЗ.АтаОаов X..Газаков О..Оразбердыев А.Х., Двухсторонние солнеч-. ные элементы на осн. InP. Тез.д.2-Всес.к. ,см.реф. 52, стр, 239-240 . . ■ ' ■ ' .

54. Лгзбэев X. .Газаков О.Фотоэлектрические- свойства Gap р-п переходов. Тез;д. 2'Всес.к,, см.реф.52, -с 240-241.

55.Газаков О. .Оразбердыев А.Х, Исследование, свойств МОП диодов -. Шоттки на AlSb. Тез.д. 2-Всес.к., см.реф.52, -с 285.

56.Аннабердыев X. .Газаков О. Дифференциальные уравнения для нестационарных ■ явлений • переноса '. в твердых телах. Труды н.т. к.АНГ. . института Математики :и мех. АНТ.ТГУ ш.Ыагткмгулы "Дифференциальные уравнения, и их приложения" Ашгабат, 1993 г., с 30-35. ,'

В7.Газакйв О. , Оразбердыев А.Х.. Атабаов X. О ""выходных характе-• ристкгах InP Ш1 фотопреобразователей. Тез.д. 2-межв.научной конференции "Актуальные проблемы физики твердого тела ...", Аигабат, РИТО "Ивхам". 1933, с.85-SO. / . ' '

-зз-

ШЩ ШЗШШ

,Г!цссертацияда 1пР, А133, СаР яршгечиривдлерден тайярланы-лан р-н, ШЯ (¡¡Щ/ гечитли абзалларда ягтшыгыц тэсири астинда доре^Йзн электрик тогунщ гечиши ве она дазкы гуйчлерин, бевд-ршп усулшын, гаршдаларыц тэеири дерцелйзр. Апнан нетижелер ягтылыгык тгсири астшдв .ишейэн (1п?., 6 аР/. ёкары хилли

абзаллзры ясамак учин хедурленйэр.

Ёкарда горкеэилен неселелер 1пР, АКБ, 6аР ярымгечирижи-лерден ясалан р-п, ШЯ гечитлерин электрик гечирижилигини, она ягтылыгын, йшшлыгьщ, электрик кейдоньашц ве онун йыгшшгииин, гаркндиларын^ ярымгечиривд билен кетэльщ арзсынданы посын те'би-гатшын, гвлшуыгиныц тэсиршш евренмек эсасында чэзулди.

Барлагын эсзсы нетижелери:

Ярыыгечиригси гачи вдстглерде ■ евден белли болкадык, белли болан халатында-да душундирилмедик хадаее, ягни гаты жисиме байга бир -дасимин атсмлары даИундарлененде ¿йклылык гуйвд билен гиризиленде/ белли бир вагтдан сон гаты :шсиме гирйэн атоц : ларыц яйрайшынин белли канунлара бовн огмейзндиги аныкланылда, ол хадисены дущунднрмек учин тер;.!одина:шсзнкн канунлари эсасында гопмэча Потянула чыкорияды ве ходурленди.

СаР яршгечиридини ховасиз бошлукда ЮСО-110(7 К температура га гыздарылса, баР-нин ве ондан ясалан абзалларыц ягтилык дув^ылигыньщ артяндыгн ве оларыч ягтылик дуйян адатдакы чэгинич гысга толкушш ягтшцк тара па суЛейон^иги, еол ягтшшк ругжы-лыгын ве суйамегич шздыршкн вагтз бзглыдагы кесгитленилди.Ол уйтгемелерин гаты эдсимич ГС аР/ атом дузукиндэки шикеслерин азалмагы ве онуч нетш;есинде заряд гечиривд хекмундэки электрон« лагыд омруниц узалыагы эсасында дУШУнпирмлди.

Барлагын'ве шш хосапламаларын нетижееинде йаР, 1пР-де ясалан р-п гечитлерде тогын агашыны, гошмзчэ токлсрын дореме-гини, ене-де кэбир Уйтгешмелери шол яриыгечирияидэки гариндо-ларыц санавы, оларыч орни ве хэсиетлери кесгитлейэр.

(1эР-ве. 1пР-де. $ранц-Келдишия эфйектини аячемек бияеи оле-рын физики хемишеликлерн барланилды ве кэбир у(1тгешаелер аныкланылда. Барлаглар ылш хасаплаыалвр билен беркидаяди.

1пР-дз ясолйн ШЯ гечитде ягтылыгьщ электрик тогуна овртг-лиш дерезпеси,, оцун езгае еиндарйзн ягтылык толкун узынлыгы, толкун узынлыгыц гинелмеги 1пР ШЯ-дэки пос гатлагыныц гольщ-• лыгьиа, посын хэсиетлерине баглыдугы аныклонклда зе ин улы пейдалы тэсир коэффициента!! галывдылык кеогитленилди.

. 6аР, Л1£3, 1пР М1Я гечитлерде ягтылыгнц тэсири астынра Т0174 гечкии бэрланып, оларын йизики хзсиетлери кеогитленилди ве.ылмы хасаплзмэлор Силен беридаыди. Кеогитленилен йизики па-рэметрлериц, не хемишелик улулыкларыц, осаошда 6аР, А15В, 1пР ШЯ - дэки энергия ве зона гечишлерин гернгалери гурулда ве ходх'рленилди. _

:' 5эР-де ясзлан ¿»¡ГШ гечитда пос билен ярымгечириданин ара-лыгыида улы дакызлыгли ток гечиржи болеклери тутмагз, сакла-юга адатдан дешары укыплы ягдайыц, омеле гелйгндаги ве шол ягдайын ШЯ гечитдзки ток акышкньщ башкы болеклерини кесгитле-йэндаги аныкпашлда.

Ярымгечкркжилерде гуйчли электрик ыейдзнкнда тизленен за-рядяы белелдаклериц чакьшмагы зсасында олорыц саныныц сыргыа горн-гаде артизгы гчин герек болян анергия, ярымгечиривддэки ■ оорядлы болежзцслернц санынын экспоненциал Уйтгеыеги себэпли, Хеше холатларда яршгечиришнщ гадаган золагшкц ишше голай боляр. Эгер-де, кэбнр себэплере герз зарядлы болеклериц саны-нн сыргын гернушинде копелтмек учин улы энергия герек болса, онда болеклериц копелмеси гени дэл угур билен оптики фононлар аркзлы а мала вшырыляр. ■■■'.. г

А15'3 ярымгечирикиде ШЯ гечит ясодьт, сны 'ягтылыгы электри-ге евурмекде улоннп бодакдыгы ве шол ниет тгчии хэзире ченли уланшян абзэллардзн пес дэлдиги, коояр холатларда болев, олор-дзн ортшшачднгы геркезилди. .

Диссертация 320 сахыпадан ыборат болуп, гиришден, 5 бо-

лумден, нетидеден ве пейдэланьшан эдебиятын санавындан дуряр.

у

. Заказ Хг$01„ Тираж -¿00 , .

Индипидуальнос предприятие «ГАРЛЛВАЧ» 744012 г. Лшгзбат, ул. Соиетскнх пограничников, 92а.