Нелинейные и неодномерные линейные фотоэлектрические процессы в примесных фотопроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

„ -1

1 V) :

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ Я ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

Винокуров Леокид Алексеевич

НЕЛИНЕЙНЫЕ И НЕОДНОМЕРНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИМЕСНЫХ ФОТОПРОВОДНИКАХ

01.04.12 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 1992

Работа выполнена в научно-производственном объединении "ОРИОН'' /НИИ "Прикладная физика" /

Научный руководитель

доктор физико - математических наук Б.И. Фукс

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук В.А. Гергель

доктор физико - математических наук Н.Г. Жданова

Ведущая организация: НИИ "ПУЛЬСАР"

Защита диссертации состоится "17" сентября 1992 года, в 14 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К.002.74.01 при Ордена Трудового Красного Знамени Институте радиотехники и электрокики по адресу: 141120, Фрязино Московской области, пл. Введенского, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИРЭ РАН. Автореферат разослан _ 1992 г.

Учёный секретарь специализированного совета, I .

кандитат физ. - мат. наук ^ . К/ И.И.Чусов

'Ilk- "

............ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.','.. [Актуальность. В Последние годы внимание исследователей привлекают эффекты в примесных фотопроводниках, связанные с нарушением объёмной нейтральности при нестационарных, в том числе и фотоэлектрических, процессах. Эти эффекты являются следствием возбуждения волн перезарядки ловушек (ВПЛ) и особенностей нестационарной инжекции носителей из контактов и проявляются при слабой ионизации примесей в полупроводниках, когда лишь относительно малая часть носителей с примесных уровней возбуждается в разрешённую зону

Особый интерес к исследованиям фотоэлектрических процессов в полупроводниках со слабо ионизованными примесями связан с разработками высокочувствительных детекторов инфракрасного (ИК) излучения среднего и дальнего диапазонов спектра, где традиционно применяется примесные фотопроводники, прежде всего на основе Si и Ge [1]. В настоящее время такие приборы получили широкое распространение в связи с их использованием для астрономических целей на телеск .пах орбитального базирования. Проводимые в связи с этими задачами детальные исследования примесных фотопроводников выявили некоторые физические проблемы кинетики примесной фотопроводимости [1,2!.

Очень часто на образцах примесного Si, легированного элементами Ш и V групп, в условиях низкой освещенности и гелиевых температур при быстром и относительно большом увеличении интенсивности примесной подсветки наблюдался эффект немонотонного или "крючкообразного" (response hook anomaly) фотоотклика. При этом релаксация фотоотклика оказывалась исключительно затянутой во времени и существенно зависела от напряженности электрического поля в образце, освещенности и температуры кристалла. Этот .эффект долгое время не имел удовлетворительного физического объяснения.

Фотоэлектрические процессы в примесных фотопроводниках, вследствие возбуждения объёмного заряда и особенностей нестационарной инжекции носителей из контактов, протекают очень .своеобразно и принципиально отличаются от фотоэлектрических процессов как в собственных полупроводниках, так и в примесных с сильно ионизованными примесями. Вместе с тем они достаточно хорошо были изучены только б линейном и одномерном приближениях [3]. При больших позмущениях, как это имеет место в случае с эффектом немонотонной релаксации фотоотклика, в объёме образца возбуждается значительный заряд, и связь между вариациями электрического поля и концентрации носителей оказывается уже сугубо нелинейной.

Возникновение этой нелинейности существенным образом сказывается на протекании фотоэлектрических процессов и, соответственно, должно приводить к особенностям в кинетике фотопроводимости. Поэтому исследования нелинейных эффектов, обусловленных возбуждением нелинейных ВПЛ при экранировании заряда в образцах конечных размеров, представлялись актуальными.

Необычность экранирования заряда в примесных фотопроводниках, прежде всего из-за частотной дисперсии длины экранирования [4] и её исключительно большой величины, создаёт другую проблему. Она связана с рассеянием в пространстве электрического поля, создаваемого объёмным зарядом, и с влиянием полей рассеяния на нестационарную инжекцию носителей из контактов. По этой причине одномерная теория [3] применима лишь для образцов, поперечный размер которых значительно больше расстояния между контактами. На практике, например, для примесных ИК детекторов это условие не выполняется [1].

Кроме того, интерес к изучению эффектов, обусловленных полями рассеяния, связан с разработками многоэлементных фотоприёмников. Дело в том, что из-за большой длины нестационарного экранирования,

электрическое поле объёмного заряда одного фоточувствительного элемента может проникать в соседние элементы и вызывать в них токи нестационарной инжекции. Это приводит к существенному взаимному влиянию близко расположенных примесных фотопроводников и может быть источником сильной межэлементной связи в фотоприёмнике.

Перечисленные проблемы определили направление исследований настоящей работы.

Цель исследований состояла в изучении особенностей кинетики примесной фотопроводимости, обусловленных нелинейностью фотоэлектрических процессов и неодномерностью условий реальных экспериментов, в дальнейшем развитии теории нестационарной примесной фотопроводимости и объяснении на её основе ряда закономерностей, экспериментально наблюдаемых в высокоомных примесных фотопроводниках.

Научная новизна полученных результатов со'стоит в предсказании ряда новых физических эффектов в примесных фотопроводниках. Среди них очень сильная немонотонность релаксации фотоотклика - эффект "ослепления" фотопроводника, эффект электроинжекционного растекания фототока, а также эффекты, обусловленные растеканием тока смещения.

В диссертации впервые показано, что:

- причиной немонотонности и длительной релаксации примесного фотоотклика является образование в объёме образца во время переходного процесса значительной неоднородности электрического поля, нелинейно влияющей на фототок во внешней цепи через управление уровнем инжекции носителей'из, контактов и эффективностью их вытягивания из образца;

- растекание нестационарного фототока в примесных фотопроводниках определяется не диффузией свободных носителей, а электро-инжекционным механизмом, обусловленным влиянием полей рассеяния заряженных примесей на нестационарную инжекцию из контактов. Этот ме-

ханизм не только увеличивает растекание фототока, но и значительно повышает инерционность фототклика, а также определяет его зависимость от поперечного размера образца и направления протекания стационарного фототока в нём (полярности"напряжения на образце).

Впервые продемонстрирована важность эффектов возбуждения объём ного заряда не только для коротких, но и для длинных образцов.

Практическая значимость. Результаты диссертационной работы уже находят применение при разработке высокочувствительных примесных . фоторезисторов. Развитая в работе теория фотоэлектрических процессов составляет теоретическую основу для оптимизации и 'инженерных расчетов (ампер-ваттной чувствительности, быстродействия , величины межэлементной фотоэлектрической связи и т.п.) основных параметров многоэлементных фотоприёмников.

¿месте с тем, полученные в диссертации результаты, могут представлять практический интерес для исследователей фоторефрактивных кристаллов [5], а также для разработчиков видиконоз и других опто-электронных приборов, использующих примесные фотопроводники.

Основные положения выносимые на защиту:

1) Теория нелинейного фотоотклика в примесных фотопроводниках при сильном увеличении примесной подсветки.

2) Теория нестационарной примесной фотопроводимости фоточувствительной среды при её нестационарном пространственнЬ неоднородном освещении и использование этой теории для определения свойств примесных фотопроводников конечных размеров.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывалиоь на XIII Всесоюзном совещании по теории полупроводников (Ереван, 1987), I Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ташкент, 1989), XIV Всесоюзном совеща-

нии по теории полупроводников (Донецк. 1989), а также на научных семинарах НИИ "Прикладная физика", НИИ "Пульсар", ИРЭ РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Общий объём работы - 103 стр. Диссертация содержит 84 стр. текста и 19 рисунков. Список литературы содержит 100 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Бо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе дан краткий обзор основных работ посвященных изучению особенностей кинетики примесной фотопроводимости в высоко-омных компенсированных полупроводниках. Основное внимание уделено тем работам, в которых изучались эффекты, обусловленные возбуждением объёмного заряда и нестационарной инжекцией носителей из контактов. Описано современное состояние исследований фотоэлектрических процессов в примесных фотопроводниках при возбуждении объёмного заряда и показаны некоторые существующие здесь проблемы, исследованию которых посвящена данная диссертация.

Вторая глава посвящена теоретическому анализу переходного фотоэлектрического процесса и релаксации фототока после включения примесной подсветки. Рассматривается компенсированный полупроводник (для определённости выбран образец р-типа с двумя р+-контактами), содержащий акцепторную примесь в концентрации Н и более мелкую компенсирующую донорную примесь в концентрации ^¡¡^ ^ • Предполагается, что ионизация акцепторов слабая так, что концентрация свобод-

ных носителей в образце р<< где ^ -равновесная

степень заполнения акцепторов дырками.

В' пренебрежении разогревом носителей, нелинейность переходного процесса при относительно больших изменениях темпа генерации обусловлена двумя основными причинами. Первая (объёмная нелинейность) заключается в нелинейной зависимости тока от поля вследствие полевой модуляции концентрации свободных носителей. Она является следствием возбуждения объёмного заряда и существенна, когда амплитуда вариаций поля в образце сравнима с его средним по длине значением, £. . Вторая (контактная нелинейность), есть следствие экспоненциальной зависимости от поля уровня нестационарной инжекции носителей из контакта и важна, если вариации поля сравнимы с характерным контактным полем Ej [ 6 ].

Сначала изучается влияние только контактной нелинейности. Это возможно, если £„>>£[,• и

кЬ « # . (1)

¿о

ЗдесьеЬра иеЬрм , соответственно, начальное значение плотности тока, протекающего через образец, и плотность тока, устанавливающегося по окончании переходного процесса, где ^Е,- дрейфовая скорость носителей в поле Ее,/1 - их подвижность; р„ и - рв*6Г - стационарные значения концентрации дырок в образце; б-изменение темпа генерации вследствие включения примесной подсветки;

V - время захвата .носителей на примеси. В этом случае вариации поля в образце малы, что позволяет пренебрегать влиянием объёмной нелинейности. Закон релаксации фототока после включения примесной подсветки для этого случая имеет-вид

где ^[i - • ^ ■ длина образца. Из (2) видно, что в

момент включения подсветки фототок от исходного значения^ мгновенно возрастает на величину . а затем монотонно с характерным временем Sit - ; ,где *■ - диэлектрическая проницаемость полупроводника, релаксирует к значению jm . На самом деле, начальный скачок тока не мгновенный, просто он длится очень малое время, по сравнению с Slf ( Slf ^dCf ).

ß коротких образцах ( l« bf ) начальный скачок мал в меру параметра £/»Г(«Св 1/lbT), а характерное время медленной стадии Slj1-- '¿С . что совпадает с результатами [7]. В длинных образцах'

(1»ЪТ ) параметр «С близок к единице (J-* 1- J ), и потому фото-ток сразу оказывается близким к и лишь относительно малая его часть (~bt/t) описывается медленной релаксацией.

Затем исследовалось влияние объёмной нелинейности на закон релаксации (2). Так как, система нелинейных уравнений, описывающая переходной фотоэлектрический процесс, в общем виде аналитически не решается, то её теоретический анализ проводился в двух предельных приближениях: слабой и сильной нелинейности уравнений. Промежуточный случай просчитывался численно.

Методом теории возмущений было показано, что учет даже малых нелинейных членов в уравнении, описывающим динамику поля в образце, приводит к немонотонной кинетике примесного фотоотклика. Для длинных и коротких образцов критерием возникновения немонотонности кривой релаксации фотоотклика являются следующие условия:

+ при ¿»гы, <Ь>т(1^)№Т при 1«гьг. (з)

Jo Ej i- I €S( v

Критерий немонотонности (3) легко реализуется в длинных образцах, а в коротких только при очень больших сигналах. Интересно, что по линейной теории, именно в длинных образцах, эффекты, связанные с воз-

буждением объёмного заряда,оказываются не существенными [3].

При выполнении критерия немонотонности фототклика (3) вслед за начальным скачком фототока последует его плавное уменьшение ( а не возрастание, как это следовало из (2)) и лишь, достигнув некоторого минимального значения ¿пип • фототок вновь будет возрастать к новому стационарному значению. Вместе с тем при выполнения условия (1) величина немонотонности составляет лишь несколько процентов от ¿в . Однако, чем больше'увеличивается освещенность образца вследствие включения примесной подсветки (чем больше отношение ¿"/¿а ), тем сильнее сказывается влияние объёмной нелинейности и тем больше продолжительность и амплитуда провала фотоотклика.Численные расчёты показывают, что при достаточно больших сигналах можно наблюдать известный эффект "крючкообразного" фотоотклика [1,2]. При очень больших сигналах, для которых неравенство (1) меняется на противоположное, может возникать эффект "ослепления" фотопроводника, когда фототок после начального скачка уменьшается столь значительно, что практически это может восприниматься, как исчезновение фототока на продолжительное время.

Причина возникновения немонотонности фотоотклика в примесных фотопроводниках прежде всего заключается в резкой (экспоненциальной) зависимости уровня инжекции носителей из контактов от нестационарного поля [6]. Из-за этого на начальной стадии переходного процесса инжекция носителей оказывается экспоненциально малой и фототок, протекающий через образец, определяется в основном током смещения, обусловленным возбуждением объёмного заряда примесей, вследствие фотогенерации с них носителей. "Крючкообразный" фотоотклик и эффект "ослепления" происходят из-за уменьшения тока смещения во время переходного процесса, что связано с изменением темпа образования заряда в образце, вследствие перестройки распределения поля

Этой же причиной объясняется и существенное затягивание релаксации примесного фотоотклика во времени.

В условиях сильной нелинейности при значительной перестройке поля в образце для анализа фотоэлектрического процесса оказался очень эффективным известный метод региональных приближений. С его помощью получен закон релаксации фототока. При £«2г2*и Ь>Ь*= * °р

£ || у £ о ^ ллСиь

и при ЪТ и <Ь« | —у £ он имеет вид

а завершающая стадия релаксации при ¿(б) -*■ протекает по закону </ (*) ~ ¿"1 ^ ~ ) ^/н] , где Е,, - решение уравнения ",/. х х вхр ^ ^ . Из (4) видно, что пока инжекционный ток (пер-

вое слагаемое в (4)) мал, фототок убывает». £ * Возрастание инжекци-онного тока из-за множителя в показателе экспоненты оказывается более медленным, чем в линейном случае, для которого показатель экспоненты ~ £ . Поэтому, если для сигналов удовлетворяющих условию (1) характерное время релаксации - , то при больших сигналах время релаксации значительно превышает Щ . При этом иа заключительном участке релаксация протекает по гиперболическому закону и оказывается еще более затянутой.

Глубокий провал фототока - "ослепление" фотопроводника, насколько нам известно, ранее не наблюдалось. Причина этого в том, что при параметрах образцов, исследованных в [1,2], для возникновения "ослепления" требовались очень большие сигналы (для того чтобы -т—' ~ б,{ необходимо-^«. Ю^г/о^ ). На самом деле эффект "ослепления" возможно наблюдать и при сигналах существенно меньших. Так, при Е^Е^Ь-^, а из (4) следует, что ^^ 1.Отсюда

видно, что при малых значениях параметра '¿^лгЕ,- (в [1,2] ^^••»З.-г.У ) требования к величине сигнала для возникновения эффекта "ослепле-

ния" резко снижаются. Причем наиболее ярко этот эффект будет прояв: ляться при напряжении на образце и* .

В третьей главе изучаются фотоэлектрические процессы и примесная фотопроводимость в фоточувствительной среде при эе неоднородном освещении. Рассматривается слой примесного фотопроводника, заключённый между двумя контактами, растояние между, которыми I . Этот слой освещается малой примесной подсветкой, модулированной как во времени, так и в пространстве ~е " . Исследуется зависимость примесной фотопроводимости от пространственной частоты к и от частоты модуляции освещения во времени со . Показано, что, начиная с довольно низких пространственных частот к>£ ' , величина и частотный спектр фотоотклика существенным образом зависят от того с какого из контактов, инжектирующего (поставляющего) носители в образец или стокового для них, считывается фототок.. Столь необычное поведение фотоотклика объясняется растеканием фототока.

Обычно полагают, что за растекание фототока ответственна диффузия генерируемых светом носителей, а само растекание происходит на диффузионную длину. Однако, этот вывод справедлив лишь для собственных фотопроводников. В примесных фотопроводниках вследствие возбуждения объёмного заряда и особенностей нестационарной инжек-ции, растекание фототока может происходить не только вследствие диффузии, но и под влиянием совершенно иного по своей физической природе электроинжекционного механизма.

Вместе с тем само диффузионное растекание носителей в примесных фотопроводниках имеет отличительные особенности. Прежде всего, из-за частотной дисперсии характерной длины экранирования [4]. Так, при стационарных и квазистационарных процессах ( оз< Тг , где £"г -время релаксации степени заполнения примесных уровней [3,6]) длина растекания совпадает с длиной стационарного (де'баевского) экра-

нирования примесными центрами Ь =■ "\/*7,Дзге1Л'/в • где ^ ' тем"

пература кристалла в энергетических единицах. Однако, при нестационарных процессах, начиная с очень низких частот (*)>~г , длина растекания растет

Т1> и на частотах максвелловской релаксации достигает своего максимального значения I* ' , где - диф-

фузионная длина. Уменьшение длины растекания на низких частотах объясняется большими полями, возникающйми при длительной перезарядке примесей, которые препятствуют диффузии.

При нестационарных процессах диффузионное растекание фототока не является основным и существенно лишь при считывании фототока со стокового контакта фоточувстительной среды з случае, когда расстояние между ее контактами

Основным механизмом растекания нестационарного фототока является электроинжекционный. Суть этого эффекта такова. Благодаря возрастанию длины нестационарного экранирования с ростом частоты модуляции освещения СО , поля рассеяния от заряда примесных центров из освещенной светом области проникают во всё более удаленные (тёмные) области, где вызывают токи нестационарной инжекции из контактов. Характерная длина электроинжекционного растекания имеет сильную частотную зависимость - -щ: (при & 4 ), что обусловлено частотной зависимостью длины экранирования. Электроинжекционное растекание фототока сильно ограничивает предельную разрешающую способность фоточувствительных сред с примесной фотопроводимостью и в отличие от растекания свободных носителей не устраняется механическим разделением фоточувствительного слоя на отдельные элементы.

Кроме того, поскольку влияние заряда примесей на инжекцис в освещенном месте при образовании полей рассеяния ослабевает, то инерционность фотоотклика от изображений малого масштаба возрастает по сравнению со случаем пространственно однородного освещения.

Возбуждение ВПЛ в фоточувствительной среде при её прссгранст-венно неоднородном освещении приводит при малых ы к большим осцилляция« частотной зависимости фотоотклика,где '» £ . - характерная частота ВПЛ.Ц,- стационарный фотоотклик.

Интересная особенность возникает при ЪИ> ь и частотах со > —. Здесь плотность фототока вблизи стокового контакта с ростом К возрастает и при кЕ > ^ в 2 раза превосходит значение, вычисленное для случая однородного освещения [3]. Причина эюго заключается в том, что при однородном освещении фототок на высоких частотах состоит из генерационного тока, равного е&£ , и противоположного по направлению, в 2 раза меньшего тока смещения, возникающего за счет образования заряда на примесях во всем объёме фотопроводника. При неоднородном освещении ток смещения мал, поскольку в освещаемой области на стоковом контакте замыкаются силовые линии от зарядов, образующихся лишь при 1-К1<х<( , и не дает существенных поправок к генерационному току. В отличие от инжекционного тока генерационный ток не' имеет существенной пространственной дисперсии.

В четвёртой главе проводится '1'еоретиче~".т анализ влияния эффектов растекания фототока на свойства приме« ых фотспроводников и обсуждаются экспериментальные данные, доказывающие наличие этого влияния на характерное время и частотный спектр •¿отоотклика.

Показано, что с учетом растекания фототока, обусловленного рассеянием силовых линий электрического поля объёмного заряда, величина и частотная зависимость фотоотклика, начиная с очень низких частот, существенно зависят от протекания фототока в других, близко расположенных фотопроводниках, от поперечных размеров образца и от того в цепи какого контакта, поставляющего свободные носители в образец или служащего стоком для них, регистрируется фотоотклик.

В одномерном приближении при £„» Е/ и частотах модуляции Л <

<сз< амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фотоотклика

примесного фотопроводника с 1«ЪТ имеет типичный вид [3]:.

Однако, для образца с поперечным размером а<С , АЧХ фотоотклика, вследствие электроинжекционного растекания фототока, в тех же самых условиях может существенно отличаться от выражения (5) и иметь совершенно иную зависимость, например,

Из сравнения выражений (5) и (6) видно, что в этом случае инерционность фотоотклика определяется не расстоянием между контактами образца {, а его поперечным размером . Так, при использовании обычного определения частоты завала АЧХ по уменьшению амплитуды фотоотклика в>/д раз по сравнению со стационарным значением, из (5) имеем / - , в то время как из (6) при с1«£ следует (.я

3 2л с

Причина этого заключается в следующем. Электрическое поле объёмного

заряда полностью не экранируется в объёме образца и часть силовых линий поля через боковые поверхности рассеивается за его пределы. Поэтому пол-.- в образца уменьшается, вследствие чего для восстановления прежнего уровня инвенции носителей в образец потребуется боль ший заряд, а, соответственно, большее время его накопления. Чем больше отношение (/Ж , тем больше рассеяние и, соответственно, выше инерционность фотоответа.

Рассебянием силовых линий электрического поля объёмного заряда объясняется другой эффект. Как известно [3], на частотах модуляции СО» ток инжектирующего контакта определяется током смещения,

а ток стокового - разностью между генерационным током и током смещения. В одномерном случае ток смещения в'точности равняется поло-

вине генерационного тока так, что полный ток всюду одинаков и'равен 3" . Однако, для .образца с поперечным размером ¿4 £ этот баланс, вследствие растекания тока смещения может быть нарушен. При об«I ток инжектирующего контакта оказывается мал Ъ * • в

то время как ток стокового контакта ]с Л"0 , наоборот велик и почти в два раза превышает величину фототока, вычисленную из одномерной модели. Так как изменение полярности напряжения на образце меняет местами стоковый и инжектирующий контакты, то фактически амплитуда .фотоотклика примесного фотопроводника оказывается зависящей от полярности приложенного напряжения.

Вышеперечисленные эффекты наблюдались экспериментально на образцах 51<Са>. Анализ этих экспериментов показал, что хорошее количественное согласие теории с результатами экспериментов может быть достигнуто при достаточно точном расчете полей рассеяния.

Проведенный расчет взаимного влияния близко расположенных фоточувствительных элементов показал, что величина межэлементной связи, обусловленной эффектами растеканием фототока, может быть большой и значительно превышать связь перекрёстных оптических наводок.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Построена теория нелинейного переходного фотоэлектрического процесса в примесных фотопроводниках, учитывающая как нелинейность инжекционных свойств контактов, так и нелинейные свойства плазмы полупроводника при возбуждении в ней объёмного заряда.

2. Дано объяснение немонотонной и крайне длительной релаксации фотопроводимости при включении примесной подсветки. Установлено, что общей причиной этих эффектов является образование в объёме образца под действием заряда, возникающего на примесях, значитель-

чой неоднородности электрического поля, влияющий на фототок во внешней цепи через управление уровнем нестационарной иннекцик носителей и эффективностью их вытягивания из образца.

3. Предсказан эффект "ослепления" фотопроводника, отличающийся гораздо большей немонотонностью, чем известный "крючкообразный" фотоотклик. Найдены наиболее оптимальные условия наблюдения этого эффекта.

4. Продемонстрирована важность эффектов возбуждения объёмного заряда и нестационарной инжекции не только для коротких (I« ЬТ ), как это считалось ранее [3,7], но и для длинных образцов ( ).

5. Численное моделирование нелинейного переходного фотоэлектрического процесса, показало, что развитая в диссертации теория позволяет объяснить основные особенности кинетики примесной фото-продимости, которые наблюдались на образцах 81<Аз>, Б1<В1> в условиях низкой освещенности кристалла и гелиевых температур. В результате сопоставления теории с этими экспериментами было установлено, что хорошее количественное согласие может быть достигнуто при учёте в теории разогрева носителей электрическим полем.

6. В результате численных экспериментов обнаружено, что релаксация фотопроводимости сопровождается эффективным возбуждением ВПЛ, когда в образце формируются многочисленные слои объёмного заряда чередующихся знаков. Причем при больших сигналах размах пространственных осцилляций поля может быть сравним со стационарным полем в образце.

7. Построена теория малосигнальной нестационарной примесной фотопроводимости фоточувствительной среды при ее пространственно неоднородном освещении. Установлено, что фотоотклик имеет как частотную, так и существенную пространственную дисперсию, обусловленную растеканием фототока. Показано, что величина фотоотклика при

нестационарных процессах, оказывается существенно зависящей от того с какого из контактов инжектирующего (поставляющего) носители в образец или стокового для них считывается фототок.

8. Показано, что при пространственно неоднородном нестационарном освещении примесного фотопроводника характерная длина растекания фототока сильно зависит от частоты модуляции освещения и может быть как больше, так и меньше диффузионной длины. Обнаружен новый -электроинжекционный механизм растекания фототока в примесных фотопроводниках, связанный не диффузионным расплыванием свободных носителей, а с влиянием полей рассеяния заряженных примесей на нестационарную инжекцию из контактов. Этот механизм сильно увеличивает растекание фототока и повышает инерционность фотоответа.

9. При пространственно неоднородном освещении фоточувствительной среды обнаружены сильные осцилляции частотной зависимости фотоотклика, обусловленные возбуждением ВПЛ.

10. Проанализирована предельная разрешающая способность фоточувствительной среды при регистрации изображений . Показано, что на низких частотах модуляции изображения пространственное разрешение в примесных фотопроводниках может быть значительно лучше, чем в собственных. При повышении частоты растекание фототока определяется электроинжекционным механизмом, который резко ухудшает пространственное разрешение фоточувствительной средой с примесной фотопроводимостью . Причём оказывается, что разрешение при считывании фототока со стокового контакта может быть лучше, чем при считывании с инжектирующего.

11. Исследовано влияние эффектов растекания фототока на свойства реальных примесных фотодетекторов. Показано, что величина и частотный спектр фотоотклика существенным образом зависят от протекания фототока в других близко расположенных фотопроводниках.

При этом характерное время фотоответа зависит не только от расстояния между контактами образца, но и от поперечных размеров образца. Причем, чем меньше минимальный поперечный размер образца, тем выше инерционность фотоответа. На высоких частотах модуляции подсветки, в области высокочастотного плато АЧХ, амплитуда фотоотклика, .вследствие растекания тока смещения, существенно зависит от полярности используемого напряжения.

Эти результаты впоследсвие получили экспериментальное подтверждение на образцах Б1<Са>.

Основные результаты диссертации опубликованы а следующих работах: ,

[1] Винокуров Л.А., Патрашин А.И., Фукс Б.И., Авторское свидетельство N 1499646 (СССР), Способ регистрации ИК изображения, приоритет от 11.08.86. Зарегистрировано в гос.реестре 08.04.89.

[2] Винокуров Л.А., Фукс Б.И., Эффекты растекания тока в примесных фотопроводниках.- В кн.:ХШ Всесоюзное совещание по теории полупроводников. Тезисы докладов. Ереван, 1987, с.75.

[3] Винокуров Л.А., Фукс Б.И., Растекание тока в фоточувствительной среде с примесной фотопроводимостью, ФТП, 1988, Т.22, В.11, С 1986-1993.

[4] Винокуров Л.А., Фукс Б.И., Нелинейная теория нестационарной примесной фотопроводимости. В кн.XIV Всесоюзное совещание по теории полупроводников. Тезисы докладов. Донецк, 1989, с.177.

[5] Винокуров Л.А., Фукс Б.И., Нелийейные эффекты в нестационарной примесной фотопроводимости. В кн.:I Всесоюзная конференция по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках, Ташкент, 1989, с.10-11.

[6] Винокуров Л.А., Фукс Б.И., Нелинейный фотоотклик в примесных

фотопроводниках, ФТП, 1991, Т.25, В 11, С.2003-2010. [7] Винокуров JI.A., Залетаев Н.Б., Кочеров В.Ф., Фукс Б.И., Растекание нестационарного фототока в Si<Ga>, ФТП, 1992, Т.26, В.4, С. 772-776.

Цитируемая литература [1] Sclar N., Properties of doped silicon arid germanium infrared detectors, Prog,Quant.Electr., 1984, Vol.79, N.2, pp.149-257. [21 Ezell G.R., Response irregularities in extrinsic silicon detectors, Proceeding of SPIE, 1980, Vol.256, pp.106-112.

[3] Сурис P.А., Фукс Б.И., К теории нестационарных процессов в компенсированных полупроводниках, Часть I, ФТП, 1978, Т.12,

B.12, С.2319-2327, Часть П, ФТП, 1979, Т.13, В.1, С.138-151.

[4] Hilton A.F., Freguency dependence of the Debue length in compensated extrinsic photoconductor, Appl. Phys. Lett.', 1970, Vol.16. N.7, pp.285-287.

[5] Астратов B.H., Ильинский А.В., Киселев В.А., Стратификация объёмного заряда при экранировании поля в кристаллах, ФТТ, 1984, Т.26, В.9, С.2843-2851.

[6] Фукс Б.И., Инкекционные свойства контактов к высокооыным ■ полупроводникам, Часть I и П, ФТП, 1981, Т.15, В.9,

C.1679-1700.

[7] Сурис Р.А., Фукс Б.И., Теория нелинейных переходных процессов в компенсированных полупроводниках, ФТП, 1980, Т.14,

В.8, С.1507-1516.