Изменения оптических свойств халькогенидных стеклообразных полупроводников системы мышьяк-селен, стимулированные внешними воздействиями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ХАЛЬКОГЕНИДНЫЕ СТЕКЛООБРАЗНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Стеклообразование в халькогенидных системах и физико-химические свойства ХСП

1.2. Электрические свойства

1.3. Оптические свойства

1.4. Энергетический спектр электронов в ХСП

1.5. Изменения физических и физико-химических свойств ХСП, стимулированные внешними воздействиями

Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) были открыты в ФТИ им.А.Ф.Иоффе АН СССР в 50-х годах и с тех пор являются объектом многочисленных исследований. Обладая многими свойствами кристаллических полупроводников, эти материалы имеют ряд особенностей, присущих только неупорядоченной фазе. К их числу следует, прежде всего, отнести способность ХСП к обратимым изменениям своих физических и физико-химических свойств: коэффициента оптического поглощения, показателя преломления, растворимости, микротвердости и др. - при облучении их видимым светом. Эти из -менения свойств связываются с изменениями структуры вещества и получили название фотоструктурных превращений. Изучению таких превращений посвящено большое количество работ, однако многие вопросы остаются неизученными. Недостаточно исследовано влияние температуры и интенсивности света на величину фотостимулирован -ных изменений свойств. Не было систематических исследований процесса восстановления исходных свойств при отжиге, хотя как для понимания механизма фотоструктурных превращений, так и для целого ряда практических применений важна именно обратимость измене -ния свойств ХСП. Не проводилось сравнения фотостимулированных процессов в двух основных классах стеклообразных полупроводников: мышьяк- и германий-содержащих ХСП. До настоящего времени не существует единой точки зрения на природу фотоструктурных превраще нии.

Фотоструктурные превращения находят ряд практических приме -нений в электронике, фотографии, полиграфии, однако их широкое практическое использование ограничивается сравнительно низкой светочувствительностью.

Недавно было установлено, что свойства ХСП могут быть изменены и при воздействии таких факторов, как облучение электронами и рентгеновскими лучами, обработка газовым разрядом - причем в последнем случае чувствительность ХСП оказывается на два порядка выше, чем при облучении ХСП видимым светом. Это явление представляет интерес как с научной, так и с практической точек зрения, однако природа структурных превращений, стимулированных разрядом, и их связь с фотоструктурными превращениями исследованы не были.

Из всего сказанного следует актуальность проведения работ, направленных на выяснение механизма различных структурных пре -вращений, а также поиска путей, обеспечивающих повышение светочувствительности ХСП. Решению этих задач и посвящена диссертационная работа.

В результате выполнения работы получены следующие результаты.

1. Показано, что процесс восстановления исходных свойств в ХСП системы протекает по-разному в зависимости от соотношения компонент. В ХСП с избытком мышьяка процесс термического восстановления имеет температурный порог, в то время как в ХСП стехиометрического состава Л^ термическое восстановление пропускания протекает непрерывно с повышением температуры.

2. Обнаружено и исследовано обратимое фотостимулированное изменение пропускания в элементарном стеклообразном селене.

3. Обнаружено фотостимулированное восстановление исходных свойств ХСП при повышенных температурах.

4. Установлено, что, изменяя условия облучения ХСП (температуру, давление, интенсивность и длину волны света), на одном и том же материале можно получить различные стационарные значения пропускания.

5. Показано, что в ХСП систем ^-<5е и ^е-Ле обратимые фотостимулированные процессы протекают качественно одинаково; а необратимые процессы имеют противоположную направленность (уменьшение пропускания в случае и увеличение пропускания в ХСП ), что связано с разной композиционной зависимостью ширины запрещенной зоны в ХСП этих систем.

6. Предложена конфигурационная модель и развита феноменологическая теория фотостимулированных процессов в ХСП.

7. В рамках конфигурационной модели проведен анализ оптического поглощения в стеклообразных полупроводниках. Установлена связь урбаховской энергии с параметрами, характеризующими межзонное поглощение.

8. Установлено, что изменение свойств ХСП, стимулированное газовым разрядом, обусловлено бомбардировкой ХСП ионами.

9. Выявлена возможность повышения светочувствительности ХСП путем использования предварительного облучения ХСП при пониженных температурах и при применении режима импульсного облучения.

10. Показана возможность выборочного оптического стирания.

Защищаемые положения.

1. Температурный диапазон, в котором наблюдаются обратимые фотоструктурные превращения в ХСП системы , расширяется с увеличением содержания мышьяка. Верхняя его граница изменяется от Т = 100 К в случае элементарного стеклообразного селена до Т = 420 К в ХСП 3 Хе2 .

2. Стационарное значение пропускания, устанавливающееся в ХСП под действием света, определяется параметрами воздействующего света (интенсивностью и длиной волны), температурой полупроводника и механическими напряжениями в нем. Изменение любой из этих величин приводит к изменению стационарного значения пропускания, так что на одном и том же материале может наблюдаться как увеличение, так и уменьшение оптического пропускания при облучении.

3. Процессы фотостимулированного обратимого изменения свойств ХСП могут быть описаны в рамках конфигурационной модели двух устойчивых структурных состояний молекулярных групп ХСП с оптическими и термическими переходами между этими состояниями. Конфигурационная модель позволяет рассматривать оптическое поглощение в ХСП по аналогии с электронным возбуждением молекулы. Величина урбаховской энергии может быть определена через параметры, характеризующие оптическое поглощение при межзонных переходах : 3& У

4. Стимулированное газовым разрядом изменение свойств ХСП обусловлено взаимодействием полупроводника с потоком ионов.

5. Использование особых режимов записи (облучение предварительно потемненных образцов, импульсная запись) позволяет повысить светочувствительность ХСП на два порядка, а также реализовать процесс выборочного стирания.

ЗАКЛЮЧЕН И Е