Фотостимулированные процессы в кристаллах CdS1-xSex, легированных рубидием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Али Рафик Мохамед Кассим

ФОТОСТИМУЛИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В КРИСТАЛЛАХ СёБ !.х Бе х, ЛЕГИРОВАННЫХ РУБИДИЕМ

Специальность 01. 04. 10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2015

Махачкала - 2014

005557599

005557599

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет»

Научный доктор физико-математических наук, профессор

руководитель: Хамидов Марасилав Магомедович

Официальные Роках Александр Григорьевич, оппоненты: доктор физико - математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет»;

Матиев Ахмет Хасанович,

доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой ФГБОУ ВПО «Ингушский государственный университет».

Ведущая

организация: ФГБОУ ВПО «Чеченский государственный университет»

Защита диссертации состоится "20" февраля 2015 г. в 14:00 ч., на заседании диссертационного совета Д 212.053.02 при ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет» по адресу: 367000, Махачкала, ул. Дзержинского, 12, конференц-зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, направить по адресу: г. Махачкала, ул.Дзержинского 12. Физический факультет ДГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.053.02.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет» и на сайте www.dgu.ru

Автореферат разослан « 24 » декабря. 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук

Курбанисмаилов В.С.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Широкозонные полупроводники находят свое применение в полупроводниковой оптоэлектронике, лазерной технике и других областях в качестве фотодетекторов, светодиодов и различных базовых элементов.' Уникальность фотопроводимости, фото- и электролюминесценции в широкой области спектра, контактных явлений и т.д. этих материалов обусловлена электронно - дырочными переходами с участием центров с Глубокими уровнями (центрами - ГЦ), образованными дефектами как собственной или примесной природы, так и их комплексами. Деление центров на глубокие и мелкие носит условный характер так, как определяется не только энергетической глубиной соответствующих уровней в запрещенной зоне полупроводника, но и температурой. Тем не менее, эти термины закрепились в физике полупроводников и будут использованы в настоящей работе.

Многочисленные исследования выше перечисленных свойств позволили создать научную основу для понимания, как химической природы многих центров, так и механизмов неравновесных процессов, протекающих в широкозонных полупроводниках под воздействием света различного спектрального состава, температуры и т.д. Благодаря этому были достигнуты важные успехи в целенаправленной разработке полупроводниковых устройств с заранее заданными параметрами, необходимыми для их практического применения. Вместе с тем, сложность и многообразие процессов, протекающих в дефектно-примесной подсистеме кристалла, создают ряд проблем, требующих своего разрешения и представляющих интерес, как в научном, так и в практическом плане.

Одной из существенных проблем, рассматриваемой в настоящей работе, являются процессы деградации свойств оптоэлектронных приборов, вследствие обратимых изменений дефектной структуры полупроводников под воздействием оптического излучения. Эти процессы носят название фотохимических реакций (ФХР) или фотостимупированных преобразований (ФСП) дефектной структуры, а сами центры, участвующие в ФХР, называются фотохимически активными центрами. Необходимо отметить, что в результате этих реакций не происходит изменения химического состава вещества.

Проблема изучения ГЦ связана с тем, что большинство этих центров присутствуют в полупроводниках не только в одиночном состоянии, но и в виде ассоциатов с другими дефектами. Возможность образования глубокими центрами ассоциатов в неравновесных условиях предполагает их диффузию к другим дефектам и создание комплексных центров, состоящих из достаточно близкорасположенных компонентов. Поэтому изучение ФХР с участием неустойчивых к внешним воздействиям ГЦ (фотохимически активных ГЦ), природа и механизмов процессов протекающих с их участием, которым в настоящей работе уделено основное место, является существенной частью исследований данной работы и представляется весьма актуальной научной и технической задачей.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи- определить энергетический спектр и кинетические параметры элёктшнных и дырочных состояний, сформированных глубокими централш в заГи^мост от

Г^Гск—Я ЭКСПеРИМеНТа Мет°ДаМЙ Ф0Т°- » -Р—

- установить структуру, характеристические параметры и физико-химическую природу примесно-дефектных центров и причины их деградации Г^ц^ различного химического состава. 1 ооразцах

Объектами исследования являлись монокристаллы Сс^ и СсЮ, Яе легированные рубидием. ^иг>1.хйех,

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились с применением комплекса методов, основанных на изучении спе^ьных и диетических характеристик примесной и индУц„РоГн,оП«ю фотопроводимости, термостимулированного тока, оптического ГтермТеского

ГоГГ Ф°Т0ПР0В°ДИМ°СТИ- ПРИ Р®ализации данных м его до в ^вариацией уровня фотовозбуждения полупроводника в широких послах

осущеСТВЛЯЛОСЬ управление квазИур0внями ф что ^ ■

раскрыть широкие методические возможности использованных м^™™

ИС"науГаГ^

зиер^Гк^-—— —

ответственные за полосы ПФ, ИПФ, ОГФ и ТСТ в крнсталлах СЮ АЬТЖ* ;8е ЯЬ. Получено, что эти центры образованы сложными фотохимически неустойчивыми примесно-дефек-тными комплексами, в которых ролГГ„опа мо жет играть примесь рубидия в междоузельных позициях Р

2. Наблюдаемые спектральные сдвиги полос ИПФ и ПФ в зависимости пт уровня дополнительной подсветки и для различных обр™ вырезанных от оного кристалла, интерпретированы в рамках модели, допусГюТйТсвяз; о ассоциатами типа ДАП, компоненты которых испыт шают^зав~е от йх меж^\шы^расстояншм^МОВИ" экспеРимента> статическое расп^деление^о

3. Методом ТСТ установлено, что в кристаллах СсЕАЬ иСёБ, «е КЬ пеЯ

беГГ СИСТеМЫ НеуСТ0ЙЧИВЫХ °ПТ™ неактивных элеетронных ЦП особенности энергетических и кинетических параметров которых удайся объяснитьв предположении об их связи с несколькими неусто^« ^^ центрами, с участием как собственных,™ и примесных дефектов . . 4. Полосы ТСТ с Тт1=130 и 181К и Тт2=300 и 347К с энергиями активации „ственно 0,24 и 0,69 эВ в С<18:№ и полосы ТСТ с 1=151 и. 1щ2 глъ и 288К с энергиями активации соответственно 0,25 и 0,67 эВ в газ,.

х8ех:КЬ, связаны с центрами с отталкивающими барьерами высотой 0,44±0,01эВ.

5. Невоспроизводимость спектров ТСТ, смешение температуры максимумов полос, за которые ответственны одинаковые центры и эффективный характер сечений захвата ЦП электронов, есть следствие их комплексного характера , но и следствие их локализации в областях коллективных электрических полей, созданных крупномасштабными дефектами.

6. Аномальные свойства оптически неактивных центров прилипания электронов с энергетичесхой глубиной Ес- 0,3 эВ и 0,25 эВ, соответственно, в С(13:Шэ и саз^Бе^ЯЬ связаны с тем , что эти центры состоят из глубокого донора и мелкого акцептора, ионизация которого приводит к термоопустощению донора, несмотря на свою глубину, раньше чем менее глубокие донорные уровни.

Предложены модели:

♦ многоуровневых неустойчивых оптически активных глубоких ЦП, за которые ответственны, распределенные по межатомным расстояниям ДАП, в Сс15 и Сс^^е, с примесями рубидия;

♦ многоуровневых термически активных ЦП типа, распределенных по межатомным расстояниям ДАП;

. ♦ одиночных ЦП, с отталкивающими барьерами, локализованными в областях искажений структуры в СёБ и саз^ве, с примесями рубидия.

Теоретическая и практическая значимость. Получены новые экспериментальные результаты по исследованию фотостимулированных преобразований дефектно-примесной подсистемы кристаллов сульфида кадмия, легированных рубидием, возникающие вследствие протекания фотохимических реакций. Дана физическая интерпретация наблюдаемых особенностей.

Теоретическая значимость исследования определяется тем, что полученные результаты и их интерпретации могут быть использованы в качестве модельных, при объяснении аналогичных явлений в фотохимически активных полупроводниках различного типа.

Результаты, полученные в работе, могут быть полезны при разработке и конструировании новых фотоэлектрических полупроводниковых приборов, и поиске технологических и перепаративных методов, позволяющих исключить или же уменьшить проявления деградациионных процессов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. База данных по эмпирически определенным энергетическим й кинетическим параметрам неустойчивых электронных и дырочных центров в кристал-

и <? примесями Rb, образованных как собственными и

примесными дефектами, так и их комплексами.

2. Модели фотохимических реакций с участием неустойчивых пшшесно дефектных центров, объясняющие наблюдаемые изменения сГк^ов'Го и термостамулированйых токов. 1 ^ ш и

' 3. Интерпретация спектральных сдвигов' примесной и индуцированной примеснои фотопроводимости в крйсталлах CdS и CdS^Se, легированных Rb на основе их связи с фотохимически активными и распределенными статистически по всему объему, сложным« центрами типа донорьш-а "рнь'х

4. Модели оптически неактивных ассоциативных электронных центров в кристаллах CdS и CdS^Se,, легированных Rb, с участием относительно не глубокого акцептора, объясняющие аномальные эффекты в спектрах термо-стимулированных токов.

Личный вклад автора. Лично автором проведены экспериментальные исследования. Обсуждение результатов проведено совместно с руководителем

Апробация работы: материалы диссертационной работы обсуждались на ежегодных итоговых научных конференциях Дагестанского госуниверситета, III Всерос. научно-технич.конф. «Состояние и перспективы развития полупроводниковой техники» Махачкала-2013 г, XVI Междунар. конф. Опто- нано-электроника, нанотехнологии и микросхемы - УлГУ. - 2013, Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы получения новых материалов: исследование, инновации и технологии» Аст-рахань-2014.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 10 работах 2 из которых - в Журналах из перечня ВАК. В этих работах представлены результаты исследований, выполненных автором самостоятельно и совместно с коллегами. Постановка задачи, методики эксперимента и интерпретация полученных данных принадлежат автору. Большинство работ автора выполнено в соавторстве с докторами физ.-мат. наук,

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения,, трех глав и выводов иллюстрирована 28 рисунками, содержит 3 таблицы и список используемой литературы из 180 наименований работ.

Автор считает приятным долгом выразить благодарность д.х.н„ профессору Магомедбекову у т. (ДГУ), за помощь, оказанную при обсуждении результатов экспериментальных исследований.

Основное содержание работы

Во ведении обоснована актуальность темы, определены основные цели и задачи исследования, представлены данные о новизне и практической значимости диссертации, приведены положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе приведены сведения о классификации глубоких центров в полупроводниках, проведен критический анализ современного состояния теории фото - термоактивационных процессов, экспериментальных методов и результатов исследования примесно-дефектных центров в полупроводниках типа АПВУ|.

Во второй главе представлены сведения об устройстве экспериментальной установки, описаны принципы действия её электрической и оптической систем. Экспериментальная установка позволяет провести исследования большого набора различных фотоэлектрических явлений в широком интервале энергий ИК - излучения (йу = 0.03-1.8 эВ) и температуры (Т = 80 -400К). Проведено обсуждение математических методов обработки экспериментальных результатов с учётом особенностей спектральной аппаратуры и величин интенсивностей излучения в ИК - области. Приведена методика легирования монокристаллов калием и серебром.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты и их обсуждение.

1. Фотостимулированные процессы в кристаллах Сйв и С(181.18е„

легированных примесями Ш> Спектры ПФ и НПФ в кристаллах СйЯ-ЯЬ. Спектр ПФ в кристаллах Сс^ЛЬ, при температуре Т=300К, представляет собой полоса с красной границей 0,9эВ. (рис. 1а). С ростом уровня дополнительной подсветки происходит рост интенсивности полосы ПФ, но при этом не наблюдаются изменений ее энергетических параметров. Сечения захвата центра, ответственного за спектр ПФ, по данным кинетики спада примесного фототока и имело значение Э =10' 15 см2. Охлаждение кристаллов в темноте, не приводит к изменению структуры и параметров полосы ПФ, но при этом наблюдается увеличение интенсивности и инерционности примесного сигнала.

10-ю ■ 70 <0 (0 40 30 20 10 0

12л

§

"'-У''-''

0,4 0,е 0.8

1,0 1,2 1,4 ьу.эв

0,4 0,6 0,1 1,0 1,2 1,4 1,« 1,«

Рис.1. Спектры ПФ в исследованных кристаллах Ссй<11Ь> в зависимости от уровня фототока 1Ф,(А): 1-Ю"8, 2-Ю"7, 3 - 10"6 ( а-Т=300К, 6-90К поел

7

охлаждения в режиме -II).

Полоса примесной фотопроводимости в кристаллах, охлажденных в неравновесных условиях (на свету, в условиях протекания фотохимических реакций) представлены на рис. 1.6. Структура и параметры полосы ПФ, при этом испытывают существенные изменения при неизменной красной границе. В частности, максимум полосы смещен в сторону больших значений энергий - (Етах =1,27эВ), увеличена полуширина и, появляется низкоэнергетическая полоса. Интенсивность всего спектра растет с ростом уровня дополнительной подсветки. Сечение захвата, рассчитанное на основе анализа кинетики примесного фототока, при изменении энергии кванта света в пределах 1 0-15 эВ меняется от 8«=4-10"16 до ^ Ю'15 см2. Сечение захвата центров, связанныхс низкоэнергетической полосой ИПФ, также испытывает изменение на порядок от ^ 10"4 см2. Кроме того, наблюдается разброс параметров высокоэрергсти-ческих полос ПФ в различных образцах, отколотых от одного кристалла, полученных в условиях отсутствия дополнительной подсветки, но после ФХР.

При низкой темпратуре в кристаллах С<Й:11Ь, охлажденных в условиях протекания ФХР (режиме-П), наблюдается полоса индуцированной примесной фотопроводимости (ИПФ) (рис.2), интенсивность которой с ростом уровня фоновой подсвенки, растет при одновременном смещении

0,26

§0,20

= 0,16 Э

0,10 0,05

Рис.2. Спектры ИПФ в кристаллах Сё8<ЯЬ> / после охлаждения в режиме II в зависимости от ^ УРовн? дополнительной у —' собственной подсветки __—.—' 1ф' I— 10"® ( остаточный

м "*Т'5-М-о> ток>' 2- 1 °"7 и 3-10"6 А

И'у, эв

низкоэнергетического края спектра в сторону меньших энергий на величину порядка ДЕ г 0,1 эВ. Энергетические урони, образованные центрами, ответственными за данную полосу ИПФ и оцененные по красной границе спектра, расположены на глубине Ес-(0,3-0,4)эВ под дном зоны проводимости.

Спектры ПФ, ИПФ в кристаллах СйБ,.^ <ЯЬ>: Спектры ПФ в образцах кристаллов са8х5е,.х<ЯЬ>, измеренные при комнатной температуре как и спектры ПФ в кристаллах СсЗБ^Ь, состоят из одной полосы с красной границей Еог1,0 -0,9 эВ. Расчеты, проведенные по данным анализа кинетики ПФ показывают, что эти центры характеризуются сечением захвата электронов по-

рядка 8П= 10'15 см2.

В кристаллах, охлажденных в Темноте до 90К, спектр ПФ представляет собой широкую полосу, как результат оптического освобождения электронов с уровней, глубины которых имеют значения Ес - (0,5 -0,9 эВ), а сечение значения в пределах 8П=10"16 см2 - 10"14см ,

В кристаллах, охлажденных до 90 К, в условиях протекания ФХР, наблюдается полоса ИПФ с красной границей Е^ЬОэВ и максимумом при ЕшахгЬЗбэВ. В зависимости от уровня дополнительной подсветки, интенсивность и полуширина полосы растут с одновременными сдвигами красной границы (ДЕкр = 0,21 Эв) и максимума (ДЕтах = 0,1 эВ) в сторону низких энергий (рис.3).

»0,

5 25

1 20 ■

3 15-

10-

5

0

0,8 1.0 1,2 " . 1,4 1,« ИУ.эв

Рис.3. Спектры ИПФ в кристаллах Сбв^ве* <Шэ> в зависимости от уровня фототока 1ф, (А): 1- 10"8, 2- 10"7, 3- Ю"6 (Т = 90 К)

Спектры ОГФ и ТГФ: В кристаллах Сей <Ш)>, при низких температурах, наблюдается оптическое гашение фотопроводимости (ОГФ), связанное с оптической ионизацией акцепторных центров Еу+ 0,6 и 1,0 эВ. Структура полос ОГФ, а следовательно н энергетические и кинетические параметры акцепторных центров, не испытывают существенных изменений в исследованных кристаллах сульфоселенида кадмия. Однако, после охлаждения кристаллов С<18|. х8ех <ЯЬ> в условиях протекания ФХР, наблюдается значительный рост величины ОГФ. Интенсивность полос ОГФ с увеличением температуры уменьшается. Наряду с ОГФ в этих кристаллах наблюдается и температурное гашение собственной фотопроводимости. С ростом интенсивности возбуждения происходит смещение температуры точки перегиба кривых температурной зависимости фототока в сторону болыиил температур. Энергия термической иёнизации (Еу+0.б0эВ) акцепторного уровня была определена и используется

эта зависимость точки перегиба ТГФ от величины фототока.

Термстимулированная проводимость в кристаллах СсВ и CdS ве легированных примесями НЬ: Типичные спектры ГСП дезактивированных и охлажденных в темноте кристаллов с<В представлены на рис.4а. Охлаждение кристаллов в условиях протекания ФХР приводит к значительному изменению структуры и интенсивности спектра ТСТ (рис.4.б).

8000

(ооо

4000 2000

})<«ttM{!>>

* 1 см ni««;

4|Cí5,» [ДН9)

! 14

« • 4..V

200 300

T,K

400

10000

< 8000 o

T 6000 -t 4000 2000 0

C4S;Rb.S (X40)

A,

A

Cíí» 1*109)

Jr Ctf«:Hb.CI

/ ¿

CdliíSOí)

ir-

200 J00 400

T,K

Рис 4. Спектры ТСП, характерные для чистых и легированных кристаллов Са8 после охлаждения до 90К в темноте (а) и после охлаждения до 90К

на свету (б)

Кривые ТСП в кристаллах СёБ, легированных только примесями рубидия и полученные после двух режимов охлаждения приведены на рис 5 Охлаждение кристаллов на свету приводит к значительным обратимым изменениям, как структуры, так и интенсивности спектра ТСП (рис 5 кр 2)

ñ¡\

¿ ! ■

■ ¡

* />

/V !\

Рис.5. Спектры ТСП в кристаллах Сс13<Шэ>, снятые после охлаждения в режиме-1 (1) и в режиме-11(2)

Зависимость формы и интенсивности спектров ТСП от энергетических и кинетических параметров центров, ответственных за этот процесс позволяет используя различные методы расшифровки сложных кривых, решать обратную

задачу, т.е. определить энергетическую глубину (Е,), сечение захвата -Б, центров прилипания и температуру максимумов элементарных полос (Тт) (см. таблица-1).

Таблица 1.

Параметры центров прилипания до и после протекания ФХР в •. : кристаллахCdS<Rb>

N до ФХР после ФХР

Тт,, к Е,-эВ 8,-см'1 Т„, к Е,-эВ 8,-см2

1 114 0.28 2.10"23 114 0.3 8.10"25

2. 130 0.23 8.10^ 130 0.24

3 150 0.21 3.10"28

4 181 0.24 2.10'26 180 0,23 4.10"7'

5 240 0.36 ю-26

6 265 0.53 2.10'25

7 300 0.68 ЗЛО'21

8 370 0.8 7.10'2и 347 0.7 5.10-"

Спектры ТСП кристаллов Сё8Ьх8ех <ЛЬ>, для различных условий возбуждения, представлены на рис.б. И в этом случае результатом протекания ФХР является уменьшение интенсивности низкотемпературной полосы более, чем на два порядка с одновременным появлением новых полос ТСП в высокотемпературной области.

Рис.6. Спектры ТСП после охлаждения кристал-лов CdSl.xSex <Шэ>: 1 - режим-1; 2 -режим-И

"50 100 1¿0200 250 300 350~ 400

т.к

Кинетические и энергетические параметры Е„ 8, неустойчивых центров прилипания и Тт элементарных полос ТСП, вычисленные, используя результаты анализа интегральных кривых ТСП методом термической очистки, приведены в таблице 2. Как показывают данные таблицы, энергетические

11

се О

180-, 16014012010080604020-

.-7

4

• Л

уровни ЦП, ответственных за термостимулированные процессы, независимо от условий эксперимента, расположены в интервале значений

Ес = (0,13 + 0,76) эВ,а сечения захвата в интервале = (1019 н- Ю'14) см2.

Таблица 2.

Параметры ЦП до и после протекания фотохимических реакций в кристаллах С(181.х5ех <ЯЬ>

До ФХР После ФХР

N Тт, К, А,эВ см2 Тт, К Е,, эВ £>й. см2

1 130 0,14 8,0-10'1У 130 0.13 1,3-10-'8

2 151 0,19. 2,0-10'18 141 0.25 3,0-Ю-1*

3 170 0,23 8,0-10"18 170 0.23 1,5-10-'8

4 181 0,27 2,0-10"18

5 212 0,33 5,0-10'" 200 0.25 3,2-10'16

6 244 0.35 1,0-10"1В 245 0.67 7,5-Ю"14

7 263 0,37 8,0-10-"

8 294 0,43 7,0-10'18 288 0.67 1,3-Ю"14

.9 312 0,48 1,1-10-17 322 0.73 3,4-Ю'15

10 323 0,54 1,7-10'18 333 0.78 2,8-10'14'

2. Обсуждение и анализ экспериментальных результатов

Фотохимически устойчивые и неустойчивые оптически активные

Сё8<ЯЬ> и СёЗхЗе^ЯЬ^ Экспериментальные результаты, представленные

выше, доказывают, что под воздействием светового облучения, в исследован-

ных кристаллах происходят фотохимические реакции, следствием которых яв-

ляются обратимые изменения электрических и фотоэлектрических свойств, свя-

занные с примесно-дефектными комплексами.

Фотостимулированные изменения интенсивности ПФ, ИПФ, ОГФ и ТСП

могут быть связаны со многими причинами. Предварительный анализ поведе-

ния собственного фототока до и после протекания ФХР не обнаруживает изме-

нения времени жизни "основных носителей заряда, а это указывает на то, что в

качестве основной причины этих изменений можно рассмотреть изменение

концентрации электронных и дырочных ЦП и их комплексов.

Увеличение интенсивности полосы ПФ с красной границей 0,9 эВ в С<18<

ЯЬ> , но без изменения структуры, наблюдаемое с ростом уровня дополни-

тельной подсветки, служит доказательством того, что в этих условиях центр с

оптической глубиной Ес- 0,9 эВ структурно однороден и, несмотря на свою

глубину, в равновесных условиях частично заселен. Эти центры с достаточно большой оптической энергией ионизации Еоп >0,9 эВ, не могут быть термически ионизированы частично или же полностью не только при низких температурах, но и при комнатных температурах. Эта особенность примесного центра, наблюдаемая в кристаллах CdS при комнатных и, не зависимо от режимов охлаждения и, при низких температурах, как мы предполагаем, может быть связана с рекомбинационными переходами электронов с донорных уровней на акцепторные уровни или в валентную зону.

Наблюдаемые, после охлаждения кристалла в режиме И, изменения этой полосы в одном образце и дрейф ее параметров в различных образцах, отколотых от одного кристалла, указывают на то, что в результате протекания ФХР, в кристаллах CdS<Rb> образовались новые центры или же произошли существенные изменения структуры исходного центра.

Центры, ответственные за полосу ПФ, как следует по результатам вычисления сечения захвата (St =10'13см2), могут быть перечислены к нейтральным.

Особенности полосы ИПФ (смешение Енах и Екр с ростом 1Ф и др.), наблюдаемые только при низких температурах и в кристаллах, легированных рубидием, естественно связать со структурно неоднородным центром с участием атомов примеси. Сечение захвата центра S,="ucm2, ответственного за эту полосу, является характерной для притягивающих центров. Моделью с такими характеристиками можеть быть центр типа донорно-акцепторных пар типа (А + 2Д+)+ или же донорные малекулы типа Д2, где роль донора играет междоузелный атом рубидия Rb¡, а роль акцептора - вакансия кадмия Vea или примесь в узле кадмия RbCd-

Аналогичные ииследования, проведенные в кристаллах CdSxSei.x<Rb> показали, что при комнатной температуре и для них характерны наличие глубоких, не заполненных до насыщения, электронных центров, оптическая ионизация которых приводит к появлению полосы ПФ с максимумом от 1,09 до 1, 25 эВ и красной границей от 0,9 до 1,0 эВ. В отличие от приведенных выше результатов, для CdS <Rb> все эти изменения, наблюдаемые для различных: образцов, отколотых от одного кристалла, происходят за счет увеличения полуширины и смешения всей полосы в сторону меньших энергий , при неизменной высокоэнергегической границе. Сечение захвата центра, ответственного за полосу ПФ, рассчитанное, как и для других, оптически активных центров, принимало значение S, =10"!4-1015см2.

В охлажденных в темноте кристаллах CdSi_xSex<Rb>, наблюдались полосы ИПФ, не характерные для исследованных нами кристаллов CdS <Rb>. Широкий энергетический диапазон, сложная структура спектра ИПФ, наблюдае-

мый дрейф сечения захвата в зависимости от энергии кванта света, как при низких, так и при комнатных температурах, указывают на наличие в запрещенной зоне кристалла системы уровней, расположенных под дном зоны проводимости на глубине Ес-(0,5 -1,0) эВ. Однако, центры ответственные за полосу с Ьу,ф= 0,5 эВ, заполняются неравновесно только при низких температурах.

Охлаждение кристаллов в условиях протекания ФХР, привело к разрушению низкоэнергетической полосы с Ьуч>= 0,5 эВ и появлению одиночной полосы ИПФ, энергетические параметры которой в равновесных условиях совпадают с полосой, наблюдаемой при комнатной температуре.

Основной причиной изменения концентрационных характеристик полос ПФ и ИПФ, в зависимости от режима охлаждения и условий эксперимента, является разрушение одних неустойчивых центров ассоциативного типа с образованием новых или же их перераспределение. Обратимость ФХР является важным доказательством этому.

Наблюдаемые спектральные сдвиги в образцах, отколотых от одного кристалла и величина спектрального сдвига полос ИПФ в зависимости от интенсивности дополнительной собственной подсветки, так же можно объяснить в рамках модели их связи с распределенными, по межатомным расстояниям центрами типа донорно-акцепторных пар (ДАП). Очевидно, что энергия ионизации доноров, входящих в состав ассоциата типа донорно-акцепторных пар (ДАП), определяется выражением Ет= Е0- е2/(е гга), где Е0- энергия ионизации нейтрального донора, Е„, - энергия ионизации донора в ассоциате, е - заряд электрона, гт - расстояние между компонентами ДАП, ш— номер координационной сферы кристалла. Это обстоятельство приводит к возникновению в запрещенной зоне полупроводника системы квазинепрерывно распределенных донорных и акцепторных подуровней, последовательное их заполнение с ростом уровня собственной подсветки и приводит к низкоэнергетическому сдвигу полосы ИПФ.

Оптически неактивные электронные ЦП. Фотовозбуждение кристаллов светом из области зонно-зонного поглощения в температурной области, где возможен только однократный захват электронов на ЦП (Тмр <140 К), не приводит к изменению спектров ИПФ и ТСП. Смещение температурного диапазона фотовозбузвдения в область, в которой возможна многократная перезарядка этих ЦП (Тоф >140 К), сопровождается изменением интенсивности одних полос или появлением в спектрах ИПФ и ТСП группы новых полос, но в основном эти два процесса протекают одновременно. Это является подтверждением того, что достаточно сложные процессы перестройки дефектно-примесной системы в этих кристаллах протекают только в неравновесных условиях, когда возможны многократные повторные прилипания.

■Как видно из таблиц 1 и 2, спектры ТСП являются результатом термиче-. ского выброса электронов в зону проводимости с нескольких центров прили-: дания электронов типа ДАП, энергетические уровни которых расположены под дном зоны проводимости в пределах Ес- (0,14 - 0,8) эВ. Изменения режимов охлаждения приводит к существенным перестройкам кривых ТСП, обусловленные изменением концентрации, структуры, а следовательно и энергетических и кинетических параметров этих комплексов, что является следствием их связи с неустойчивыми ЦП, в состав которых возможно входят как собственные дефекты, так и примеси ЯЬ.

Невоспроизводимость спектров ТСП, наблюдаемая в этих кристаллах, результат зависимости' р (гт) от многих факторов, и в частности, от концентрации врожденных дефектов, степени компенсации полупроводника, условий его роста и термообработки и от режимов проведения эксперимента.

Сечения Б, для ЦП (таб.1 и 2), измеренные в кристаллах, испытывают достаточно большие отклонения. Этот результат, скорее всего, следствие зависимости его от природы самого дефекта, зарядового состояния, структуры комплекса, совершенства кристалла, особенностей области локализации. Изменения, хотя бы, части из них приводит к изменению сечений захвата ЦП. ■■■■а Крупномасштабные нарушения кристаллов с коллективными электрическими полями (дислокация, межкристаллические границы и др.) влияют на формирование кинетических параметров медленных ловушек, локализованных и в этих областях. Поскольку сечение Б,, наряду с энергией Е,, определяет температурное положение полос ТСТ, то в рамках модели, допускающей влияние ¡неоднородностей кристалла на кинетические параметры ЦП, могут быть понятны не только результаты фотостимулированных преобразований спектров ТСТ, но и их слабая воспроизводимость в однотипных кристаллах.

Результаты исследования, представленные в таблице 1 и 2, показывают, что две низкотемпературные полосы ТСП с максимумами при Тм= 130 и 180К, несмотря на их температурный сдвиг, имеют энергии активации Е,=0,24±0,01 эВ, а две высокотемпературные полосы ТСП с максимумами при Тм" 300 и 345К - Е,=0,67±0,01 эВ. Аналогичные полосы ТСП в кристаллах ^¿Б^Бех <Щ)>, за которые ответственны центры с такими же энергиями активации, имеют низкотемпературные максимумы при Тм= 140 и 200К, а высокотемпературные при Тм-245 и 292К, соответственно. Величина температурного сдвига максимумов полос ТСП в С<13<Юэ> и Сс18,_х8ех<КЬ> принимает значения в пределах 47-50 и 47- 59 К. Величина ТСП в области этих полос на несколько порядков возрастает после охлаждения в режиме-Н. Интенсивности указанных полос ТСП, в отличие от других полос, наблюдаемых в этих же кристаллах, в зависимости от условий эксперимента изменяются синхронно.

Этот эффект, как мы предполагаем, есть результат их связи с центрами с отталкивающими барьерами, высота которого, как разница между энергиями активации низкотемпературной и высокотемпературной полос, имеет значение 0,44±0,01эВ.

Аномальные свойства оптически неактивных центров прилипания электронов с энергетической глубиной Ес- 0,3 эВ и 0,25 эВ, соответственно в Сс&Ш) и Сс18,.х8ех:11Ь, связаны с тем , что эти центры состоят из глубокого донора и мелкого акцептора, ионизация которого приводит к термоопустоще-нию донора, несмотря на свою глубину, раньше чем менее глубокие донорные уровни.

Несмотря на то, что фотостимулированное преобразование спектров ИПФ и ТСТ наблюдается в одних и тех же кристаллах, однако они имеют различную природу. Об этом свидетельствует несоответствие числа полос и их спектральное положение на спектрах ИПФ и ТСТ . Следует также отметить, что структурно сложные спектры ИПФ, наблюдаются только после протекания ФХР, тогда как спектры ТСТ имеют такой характер, как до, так и после протекания в кристаллах ФХР .

Результаты анализа ТСП в исследованных кристаллах приводит к выводу о том, что процесс термической ионизации нестабильных электронных ЦП, генерированных в кристаллах Сё8:ЯЬ и Сс18,.х8ех:11Ь, вследствие протекания ФХР, также носит мономолекулярный характер и не сопровождается процессами повторного прилипания электронов на ЦП. Это объясняется, скорее всего, тем, что электронные ЦП, наблюдаемые в кристаллах после протекания ФХР, подвергаются отжигу после термической эмиссии электронов и по этой причине термическая ионизация _ЦП сложной структуры происходит, несмотря на большие сечения Б,, в условиях слабого повторного захвата электрона.

ВЫВОДЫ:

1. Методами фото- и термоактивационной спектроскопии определены энергетические и кинетические параметры электронных и дырочных центров, ответственные за полосы ПФ, ИПФ, ОГФ и ТСТ в кристаллах СсБ:11Ь и СаЗх8е1.х:КЬ. Получено, что эти центры образованы сложными фотохимически неустойчивыми примесно-дефектными комплексами, в которых роль донора может играть примесь рубидия в междоузельных позициях.

2. Наблюдаемые спектральные сдвиги полос ИПФ и ПФ в зависимости от уровня дополнительной подсветки и для различных образцов, вырезанных от оного кристалла, интерпретированы в рамках модели, допускающей их связь с ассоциатами типа ДАП, компоненты которых испытывают, зависящее от технологических факторов и условий эксперимента, статическое распределение по межатомным расстояниям.

3. Методом ТСТ установлено, что в кристаллах Сс^ИЬ и С(18]_х8ех:КЬ реализуются системы неустойчивых оптически неактивных электронных ЦП, особенности энергетических и кинетических параметров которых удается объяснить в предположении об их связи с несколькими неустойчивыми сложными центрами, с участием как собственных, так и примесных дефектов.

4. Полосы ТСТ с Тт1=130 и 181К и Т^ЗОО и 347К с энергиями активации соответственно 0,24 и 0,69 эВ в Сё8:ЯЬ и полосы ТСТ с Тт,=151 и 212К и Тга2=245 и 288К с энергиями активации соответственно 0,25 и 0,67 эВ в С<18ь хЗех:Ш), связаны с центрами с отталкивающими барьерами высотой

0.44.0,01эВ.

5. Невоспроизводимость спектров ТСТ, смешение температуры максимумов полос, за которые ответственны одинаковые центры и эффективный характер сечений захвата ЦП электронов, есть следствие их комплексного характера, но и следствие их локализации в областях коллективных электрических полей, созданных крупномасштабными дефектами.

6. Аномальные свойства оптически неактивных центров прилипания электронов с энергетической глубиной Ес- 0,3 эВ и 0,25 эВ, соответственно, в Сс!8:Ш> ИсСё81.х8ех:ЯЬ связаны с тем , что эти центры состоят из глубокого донора и мелкого акцептора, ионизация которого приводит к термоопустоще-нию донора, несмотря на свою глубину, раньше чем менее глубокие донорные уровни.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАКМинобнауки России.

1. Хамидов, М.М. Особенности примесной фото- и термостимулированной проводимости в кристаллах сульфоселенида кадмия, легированных рубидием / М.М. Хамидов, М.Х. Рабаданов, У.Г. Магомедбеков, М. К. Али Рафик // Вестник Дагестанск. гос. ун-та: Естст.науки. - 2013. -Вып. 6. - С.68-73.

2. Хамидов, М.М. Влияние примесей рубидия на свойства кристаллов сульфида кадмия / М.М. Хамидов, М.Х. Рабаданов, У.Г.Магомедбеков, И.И. Хасанов, М.М. Арсанов, М.К. Али Рафик // Известия . ДГПУ. Ест. Науки. - 2013. №2,-С.13-16.

Статьи в других изданиях.

1. Хамидов, М.М. Фотохимические преобразования в кристаллах С(18х8е,.х, легированных рубидием / М.М. Хамидов, М.С. Бутгаев, М.К. Али Рафик, Н.Г. Гасанов, // Научно-практический журнал «Системные технологии» -2012. №5,- С. 67-71.

2. Хамидов, М.М. Особенности фотопроводимости и термостимулированных токов в CdSxSe,.x «Rb» / М.М. Хамидов, М.С. Буттаев, М.К. Али Рафик, Н.Г. Гасанов // Научно-практический журнал «Системные технологии». -2012.№5, -С. 71-75.

3. Хамидов, М.М. Влияние примесей Rb на формирование центров прилипания в кристаллах CdSxSe,.x / М.М. Хамидов, М.Х. Рабаданов, У.Г. Магомедбе-ков, A.M. Мухучев, М.К. Али Рафик // Вестник Махачкалинского филиала МАДИ, - 2013. В.ХИ, - С.205-208.

4. Хамидов, М.М. Фотохимические реакции в кристаллах CdSxSei.x < Rb> / М.М. Хамидов, М.Х. Рабаданов, У.Г. Магомедбеков, A.M. Мухучев, М.К. Али Рафик // Вестник Махачкалинского филиала МАДИ, - 2013. В XII -С.209-212.

5. Хамидов, М.М. Влияние примесей Rb на формирование центров прилипания в кристаллах CdSxSe,.x / М.М. Хамидов, М.Х. Рабаданов, У.Г. Магомедбеков, H.H. Магомедов, М. К. Али Рафик // Труды III Научно-технич.конф. «Состояние и перспективы развития полупроводниковой техники» Махачкала,-2013.

6. Хамидов, М.М. Фотохимические реакции в кристаллах CdSi.xSex < Rb> / М.Х. Рабаданов, У.Г. Магомедбеков, H.H. Магомедов, М. К. Али Рафик // Труды III Всерос. Научно-технич.конф. «Состояние и перспективы развития полупроводниковой техники» Махачкала, -2013г.

7. Хамидов, М.М. Особенности примесной фотопроводимости и термостиму-лированной проводимости в CdSxSe,.x <Rb> / М.М. Хамидов, У.Г. Магомедбеков, М.Х Рабаданов, A.M. Мухучев, М.К. Али Рафик // опто-, нано-электроника, нанотехнологии и микросхемы: труды XVI междунар. конф. -УлГУ.-2013. - С. 393-394.

8. Хамидов, М.М. Влияние макрооднородностей кристаллической решетки и зарядового состояния центра на процессы их термоопустощения в CdSi.xSex <Rb> / М.М. Хамидов, У.Г Магомедбеков, Г.М. Гаджиев, H.H. Магомедов, М. К. Али Рафик // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы получения новых материалов: исследование, инновации и технологии». Астрахань, -2014. - С.182-184

Гарнитура «Тайме». Печать ризографная. Усл. п. л. 1,25. Тираж 100 экз. Отпечатано в «Малой полиграфии» г. Махачкала, ул. М Ярагскоп>,55а