Радиационная модификация свойств узкозонных полупроводниковых КРТ и структур на его основе для фотоприемников ИК диапазона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ



ь л

На правах рукописи

flfi) /pejud Лё&о

КОХАНЕНКО АНДРЕЙ ПАВЛОВИЧ

' РАДИАЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ УЗКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ КРТ И СТРУКТУР НА ЕГО ОСНОВЕ ДЛЯ ФОТОПРИЕМНИКОВ ИК ДИАПАЗОНА

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Томск-1999 г.

Работа выполнена в Сибирском физико-техническом институте им В.Д. Кузнецова при Томском государственном университете

Научный консультант

доктор физико-математических наук, профессор Войцеховский A.B.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Хлудков С.С. доктор физико-математических наук, профессор Несмелов Н.С. доктор физико-математических наук, профессор Колесников JI.B.

Ведущая организация ГНЦ «НПО «Орион» (г. Москва)

Защита состоится « .» январ? г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.80.07 при Томском политехническом университете по адресу:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета

634034, г. Томск, пр. Ленина, 30

Автореферат разослан « .» декабря 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

А.П. Суржиков

ззил^зоз $36,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С начала 70х годов прогресс в разработке приборов для инфракрасной области спектра неразрывно связан с использованием в качестве основного полупроводникового материала для фотоприемных устройств - твердого раствора теллурида кадмия ртути Hgi. xCdxTe (KPT). Данный полупроводниковый материал характеризуется широким спектральным диапазоном фоточувствителыюсти (1-25 мкм), высокими значениями подвижности носителей заряда и сравнительно низкой собственной концентрацией носителей заряда при рабочих температурах (Тр < 80 К). Для реализации потенциальных преимуществ применения твердых растворов КРТ в фотоприемных устройствах необходимо использовать материал с оптимальными фотоэлектрическими свойствами и примесным составом. Поэтому важным является решение ряда проблем, связанных с изготовлением материала с регулируемыми параметрами.

Использование известных методов управления свойствами соединения КРТ и структур на его основе путем длительного отжига в атмосфере металла или халькогена и легирования примесями не позволяло решить поставленные задачи по получению материала с параметрами, необходимыми для создания высокочувствительных фотоприемников. Совершенствование технологии существующих и разработка принципиально новых приборов возможны с переходом на новые базовые технологии опто- и микроэлектроники. Технология, способная быстро адаптироваться к таким материалам и характеризующаяся значительной скоростью процессов, должна быть основана на изменяющих свойства материалов и структур воздействиях типа ионизирующей радиации, которые не требую специального высокотемпературного нагрева, обладают возможностью однородного и локального легирования полупроводниковой подложки и эффективностью контроля уровня легирования регулировкой дозы облучения и энергии частиц.

К моменту начала данной работы (1978 г.) перед исследователями стояла реальная задача по использованию методов радиационной физики полупроводников, широко применяемых уже для простых и бинарных полупроводников, для нового класса - узкозонных твердых растворов теллурида кадмия ртути (КРТ) с целью получения кристаллов КРТ и структур на его основе с требуемыми параметрами для ИК оптоэлектроники.

Систематического и объемного исследования в данном направлении не наблюдалось: имелись работы по низкотемпературному облучению КРТ высокоэнергетическими частицами (в первую очередь, электронами) и работы практического характера, связанные с получением п-р переходов на КРТ облучением высокоэнергетическими ионами.

Начало исследований по воздействию радиации на узкозонные твердые растворы в СФТИ было положено работами Войцеховского A.B. и др. в

середине 70 годов. В результате проделанной работы было разработано новое научное направление - радиационная физика узкозонных полупроводников Продолжение исследований велось в направлении выявления общих закономерностей радиационного дефектообразования в кристаллах КРТ при использовании широкого набора условий облучения и типа частиц. При этом особое внимание уделялось использованию ядерно-физических методов исследования, позволяющих получить качественно новую информацию о радиационных нарушениях в полупроводниках, в частности вакансионного типа. С этой целью, в работе было проведено физическое обоснование применимости метода электрон-позитронной спектроскопии для исследования исходных и радиационных дефектов в КРТ. Этот метод характеризуется высокой чувствительностью к дефектам вакансионного типа, а использование пучков моноэнергетических позитронов с низкими энергиями позволило применить его и для исследования радиационных дефектов в ионноимплантированных кристаллах КРТ.

Переход ИК оптоэлектроники на полупроводниковые структуры, выращенные эпитаксиальными методами, требует пристального изучения как исходных свойств эпитаксиальных пленок, так и исследования радиационной модификации этих структур. В работе впервые проведено исследование механизмов рекомбинации в эпитаксиальных пленках КРТ, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (ИФП СО РАН, г. Новосибирск), и измерение электрофизических и фотоэлектрических параметров, сформированных импульсно-радиационным облучением эпитаксиальных структур.

Появление нового класса ускорителей ионов и электронов - мощных короткоимпульсных источников, работающих на основе взрывной электронной эмиссии (НИИ ЯФ, г.Томск), предоставило дополнительные возможности по радиационной модификации КРТ. В данной диссертационной работе впервые проведен анализ результатов по воздействию короткоимпульсными пучками ионов и электронов на полупроводниковый материал КРТ.

Таким образом, из приведенного выше анализа следует актуальность решения проблемы радиационного формирования свойств узкозонных полупроводников КРТ и структур на его основе для фотоприемников ИК диапазона с предельными характеристиками.

Цель работы. Выявление общих закономерностей проявлений радиационных воздействий на узкозонные твердые растворы теллурида кадмия ртути, обнаружение и исследование радиационных эффектов в данном полупроводнике и разработка физических основ радиационного метода формирования характеристик фоточувствительных структур на его основе.

Конкретные задачи исследования включали в себя:

1. Физическое обоснование методики электрон-позитронной аннигиляции для обнаружения и идентификации исходных и радиационных

дефектов в KPT и определения их основных параметров (параметры кривых УРАФ, удельная скорость захвата позитронов). Определение профилей распределения вакансионных дефектов при ионной имплантации с помощью метода медленных позитронов.

2. Исследование влияния облучения быстрыми частицами (гамма-кванты, электроны, нейтроны) на характеристики узкозонных твердых растворов КРТ для выяснения природы образования радиационных нарушений, определяющих электрические и фотоэлектрические свойства кристаллов КРТ. Изучение процессов накопления радиационных дефектов в материале и исследование термической стабильности и кинетики отжига радиационных дефектов в образцах, облученных в различных режимах.

3. Комплексное исследование формирования профилей распределения внедренных ионов и радиационных нарушений в приповерхностных слоях узкозонных твердых растворов КРТ при стандартной и импульсной высокоинтенсивной ионной имплантации, направленное на выявление физических закономерностей их формирования и роли вакансионных и электрически активных радиационных дефектов донорного типа в формировании характеристик создаваемых фоточувствительных структур.

4. Изучение электрических и фотоэлектрических свойств эпитаксиальных структур КРТ, выращенных методом МЛЭ, для определения основных механизмов рекомбинации носителей заряда в образцах р- и п-типа проводимости, особенностей спектральных характеристик фотопроводимости исследуемых варизонных структур, а также выявления физических возможностей использования радиационно-стимулированных изменений их свойств для получения фоточувствительных структур.

5. Разработка радиационных методов модификации свойств узкозонных твердых растворов КРТ и структур на его основе, путем использования облучения высокоэнергетическими частицами и ионами, для получения высокочувствительных фотоприемников ИК диапазона.

ОГп.екты и методы исследования. В качестве объектов исследования в настоящей работе были выбраны полупроводниковые образцы узкозонного твердого раствора Hgi.xCdxTe (0.18 < х > 0.50) п- и р-типа проводимости. Измерения проводились как на монокристаллах КРТ, выращенных объемными методами (методом Бриджмена, методом твердотельной рекристаллизации, методом зонной плавки), так и на эпитаксиальных пленках КРТ, выращенных методами жидкофазной эпитаксии и молекулярно-лучевой эпитаксии.

Облучение образцов и структур на основе КРТ производилось с использованием ускорительной техники, реакторов и радиоактивных источников в широком интервале длительности импульсов, доз и энергии частиц и ионов различных элементов. В качестве основных источников облучения применялись:

-кобальтовая гамма-установка УКП-25000 (энергия гамма-квантов Е-1.25 МэВ, поглощенная доза Ф=105-109 Р);

-ускорители электронов ЭЛУ-4 (энергия электронов Е0=2-3 МэВ, поглощенная доза Ф=10 -21018 см"2; ЛУЭ-1, ЛУЭ-2;

-ядерный реактор ИРТ-2000 (энергия быстрых нейтронов Ео=2 Мэв, поглощенная доза Ф=10,5-1019 см'2);

-имплантатор «Везувий-4» (Ео=50, 150 кэВ, плотность ионного тока j<0.1 мкА/см2, Ф=10"-1015 см"); импульсный ускоритель ионов «Радуга» (плотность ионного тока j< 10 мА/см2, длительность импульса 1=100-200 мкс, Ф=1016-1017 см'2); импульсный ускоритель ионов «МУК» (плотность ионного тока j<.10 А/см2, длительность импульса т=100 не, Ф=1012-1015 см"2); импульсный ускоритель «Темп» (плотность ионного тока j<.50 А/см2, длительность импульса т-50 не, Ф=1013-1016 см"2);

-плутоний-бериллиевый источник (Ео=4.5 Мэв, Ф=1012-1014 см*2). Основные результаты в работе получены с использованием следующих методов исследования: эффект Холла, метод дифференциальных холловских измерений при послойном стравливании, измерение вольт-амперных характеристик, изотермический и изохронный отжиг радиационных дефектов, фотопроводимость, измерение времени жизни неравновесных носителей заряда, измерение спектральных характеристик фотопроводимости, Резерфордовское обратное рассеяние ионов, вторичная ионная масс-спектроскопия, электронная Оже-спектроскопия, электрон-позитронная аннигиляция, гамма-резонансный активационный анализ, измерение пороговых параметров фоточувствительных элементов - шумовые свойства, пороговая мощность, обнаружительная способность. Проводился модельный расчет параметров радиационных нарушений и полупроводникового материала при радиационном воздействии.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В узкозонных полупроводниках теллурида кадмия ртути при комнатной температуре параметры корреляционных кривых углового рассеяния аннипшяционных фотонов и временных спектров аннигилирующих позитронов определяются линейной зависимостью от процентного содержания компонент твердого раствора КРТ и концентрацией одиночных вакансий (вакансий ртути - УцЛ- При изменении концентрации вакансий ртути от 1015 см'3 до 1017 см" и выше скорость аннигиляции позитронов определяется сначала, скоростью объемной аннигиляции (3.55 не" '), а затем скоростью аннигиляции позитронов на двухзарядных вакансиях ртути (3.13 не'1).

2. С ростом дозы облучения электронами с энергией (2-3) МэВ кристаллов КРТ (х=0.20) при 300 К процесс радиационного дефектообразования, включающий в себя ассоциацию вакансионных дефектов и образование радиационных комплексов донорного типа с

участием междоузельных атомов ртути, обуславливает: - различие в 8-10 раз в скоростях введения носителей заряда (электронов) в образцах р - и п - типа проводимости, соответственно; - наличие максимума дозовой зависимости подвижности носителей заряда в образцах п - типа проводимости; -возникновение позитрониевых состояний, локализованных в области радиационных нарушений вакансионного типа.

3. Отжиг радиационных дефектов в кристаллах КРТ, введенных облучением электронами с энергией (2-3) МэВ при 300 К, приводит к распаду комплексов, содержащих междоузельные атомы ртути и к их миграции на стоки. Процесс отжига характеризуется энергией активации (1.5±0.2) эВ и порядком реакции, определяемом размерами и концентрацией стоков, образующихся при облучении. Многостадийность отжига радиационных дефектов в кристаллах КРТ, облученных электронами, характеризующаяся обратным отжигом, определяется наличием в материале линейных дефектов и их взаимодействием с радиационными нарушениями.

4. Наблюдающиеся при ионной имплантации узкозонных твердых растворов КРТ различия в дозах при которых происходит — насыщение дозовых зависимостей слоевой концентрации электронов (от 21012 см"2 до 10м см ), достижение предельных значений объемной концентрации электронов в имплантированном слое (nH3C ~ 21018 см"3), а также различия в величине сдвига максимума их распределения в глубь полупроводникового материала с ростом дозы облучения определяются процессами «самоотжига» первичных радиационных дефектов и зависят от скорости набора дозы облучения.

5. Особенности пространственного распределения вакансионных и электрически активных донорных радиационных дефектов при ионной имплантации КРТ, включая различие в расположении их максимумов, лежащих дальше среднего проекционного пробега ионов, сдвига максимумов их распределения в глубь полупроводника с ростом интегральной дозы облучения и наблюдающиеся совпадение стадий отжига радиационных дефектов при облучении протонами и электронами обусловлены единой физической природой формирования радиационных нарушений в узкозонных твердых растворах КРТ и основаны на процессах диффузии и вторичного дефектообразования с участием междоузельных атомов ртути.

6. Радиационно-стимулированные изменения электрофизических и рекомбинационных свойств кристаллов КРТ, приводящие к возрастанию концентрации электронов, к снижению подвижности и к уменьшению значений времени жизни с увеличением дозы при облучении гамма-квантами и быстрыми нейтронами при 77 и 330 К, определяются преимущественным введением дефектов донорного типа. Воздействие ренгеновского и гамма-облучения дозами 105 - 107 Р приводит к перестройке исходной дефектной структуры материала, проявляющейся в изменении аннигиляционных характеристик и картин селективного травления облученных кристаллов КРТ.

g

7. В эпитаксиальных пленках KPT, выращенных методом МЛЭ, п-типа проводимости с х=0.20-0.23 в области температур, соответствующих примесной проводимости время жизни носителей заряда определяется совместным действием механизмов Оже-рекомбинации и рекомбинации на локальных центрах. В эпитаксиальном материале р-типа проводимости, с х=0.21-0.22 в области температур, соответствующих примесной проводимости в зависимости от дефектной структуры образцов время жизни ограничивается либо Оже-рекомбинацией, либо рекомбинацией на локальных центрах с энергией рекомбинационного уровня Е(=Еу+0.015-0.022 эВ, отсчитываемой от потолка валентной зоны.

Достоверность выдвигаемых на защиту научных положений и результатов обусловлена корректностью применяемых в работе физических методов исследования, комплексным использованием взаимно дополняющих измерительных методик, согласованностью результатов при измерении электрических и структурных свойств материала, соответствием данных эксперимента с расчетными результатами других авторов, а так же не противоречием современным представлениям о физических процессах в облученных полупроводниках и эпитаксиальных структурах радиационной физики твердого тела.

Научная нопнзна выдвигаемых положений состоит в следующем: -определены аннигиляционные характеристики ростовых дефектов в твердых растворах теллурида кадмия ртути при комнатной температуре;

-определены закономерности изменения концентрации носителей заряда в кристаллах КРТ при электронном облучении при 300 К. Установлены значения скорости введения носителей заряда в кристаллы р-типа ((1.2 - 0.8)10"' см"1) и п-типа ((1.5 - 2.0)Т0"2 см'1) проводимости;

-установлены зависимости подвижности носителей заряда от величины дозы облучения электронами в кристаллах КРТ п-типа, определяющиеся исходной степенью компенсации материала и повышенной скоростью введения радиационных центров рассеяния;

-исследованы стадии отжига радиационных дефектов в облученных электронами кристаллах КРТ, определены порядок реакции и энергия активации процессов отжига дефектов в зависимости от исходных свойств и дозы облучения;

-впервые обнаружено наличие в облученных электронами кристаллах КРТ позитрониевых состояний, локализованных в области радиационных нарушений вакансионного типа;

-установлено, что облучение кристаллов КРТ электронами приводит к ускоренной диффузии серебра;

-показано влияние ренгеновского и гамма-облучения, а также облучения высокоэнергетическими электронами и протонами на параметры

кривых углового распределения аннигиляционных фотонов и картины селективного травления кристаллов КРТ;

-определены закономерности дефектообразования при воздействии гамма-нейтронного облучения на кристаллы КРТ при различных температурах;

-предложена модель и проведены соответствующие численные расчеты радиационного дефектообразования, диффузии примесей и радиационных дефектов при облучении ионами кристаллов КРТ, позволяющие корректно интерпретировать результаты экспериментов;

-установлены различия пространственного распределения вакансионных и электрически активных дефектов, образующихся в КРТ при высокоинтенсивном ионном легировании;

-определены общие закономерности и различия в формировании профилей радиационных доноров при традиционных режимах ионной имплантации и при воздействии сильноточных импульсных ионных пучков;

-определены механизмы рекомбинации в эпитаксиальных структурах КРТ, выращенных методом МЛЭ п- и р- типа проводимости в интервале температур 77 - 300 К;

-выявлены особенности спектральных характеристик фотопроводимости эпитаксиальных пленок КРТ с различными профилями ширины запрещенной зоны (варизонный характер объемной части эпитаксиальной структуры, наличие варизонных буферных слоев на границах раздела);

Научная ценность полученных в диссертации положений заключается в том, что они позволяют с единой точки зрения рассматривать формирование основных свойств узкозонных твердых растворов КРТ при радиационной модификации их с использованием всего спектра параметров известных радиационных воздействий, а также представляют возможность разработать физические принципы направленного изменения свойств узкозонных твердых растворов под действием излучения. Теоретически и экспериментально обоснована применимость методов позитронной аннигиляции для исследования структуры дефектов в кристаллах КРТ. Сведения о механизмах рекомбинации носителей заряда, об особенностях спектральных характеристик эпитаксиальных структур КРТ, выращенных методом МЛЭ, будут полезны для исследователей и разработчиков фотоприемников на эпиструктурах.

Практическая значимость работы. Разработаны физические принципы направленного изменения свойств узкозонных твердых растворов под действием облучения. Изучение поведения радиационных дефектов в процессе отжига позволило определить их термическую стабильность в облученных кристаллах и режимы отжига, необходимые для создания приборов на основе КРТ. Выработаны рекомендации по созданию

фотоприемных устройств ИК диапазона на основе радиационного легирования материала КРТ (получено 4 авторских свидетельства на изобретения). Показана возможность использования высокоинтенсивного короткоимпульсного легирования для создания пространственно-неоднородных структур на основе КРТ, разработаны рекомендации для выбора требуемых параметров короткоимпульсных источников ионов и электронов. Разработана программа расшифровки спектров УРАФ, которая может применяться для определения параметров корреляционных кривых аннигиляционных фотонов в металлах и полупроводниках. Разработана программа расчета основных параметров фоточувствительных структур на основе эпитаксиального КРТ, которая будет полезна как при выращивании эпипленок, так и при создании фотоприемников на их основе.

Результаты, использованные при написании диссертации, получены при выполнении ряда госбюджетных НИР и хоз/договорных работ в рамках Hi 111 «Инфравид». Работа в данном направлении поддержана: семью грантами и программами МО РФ, Миннауки РФ и ФЦП "Интеграция".

Лабораторные образцы высокочувствительных фотоприемных устройств диапазона 5-12 мкм, изготовленные на основе разработанных технологических рекомендаций по радиационному легированию и ионной имплантации узкозонных твердых растворов КРТ, использованы в оптических системах ИК диапазона: для систем дистанционного зондирования атмосферы и адаптивной оптики (ИОА СО РАН, г. Томск,), в устройствах для измерения горизонтальной прозрачности атмосферы (СКБ НП "Оптика" ТФСОАН СССР, , г.Томск) для систем тепловидения (НИИ "Приборостроение", г. Москва), для сверхскоростных широкополосных оптических спектрометров (ЦКБ "Точприбор", г. Новосибирск), в системах регистрации импульсного лазерного излучения (ИСЭ СО РАН, г. Томск).

Материалы исследований, полученных в диссертационной работе, используются автором при разработке и чтении лекционных спецкурсов и проведении лабораторных работ на старших курсах радиофизического факультета Томского госуниверситета.

Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором и группой сотрудников и аспирантов, руководимых автором, а также - в сотрудничестве с научными работниками Сибирского физико-технического института им. В.Д. Кузнецова. Автор принимал активное участие в проведении экспериментальных работ, разработке исследовательских методик. Им лично проведен основной объем измерений электрофизических и рекомбинационных параметров облученных кристаллов. Анализ и интерпретация полученных результатов, формулировка научных положений, выносимых на защиту, также выполнены автором данной диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Международной конференции "Ионная имплантация в полупроводниках и других материалах" (Вильнюс, 1983 г.), II Всесоюзном совещании по глубоким уровням в полупроводниках (Ташкент, 1980 г.), V-VII Всесоюзных симпозиумах по полупроводникам с узкой запрещенной зоной и полуметаллам (Львов, 1980, 1983, 1986 гг.), V,VI Всесоюзных симпозиумах по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск, 1979, 1981 гг.), Всесоюзных семинарах секции "Узкозонные полупроводники" Научного совета АН СССР по физике и химии полупроводников (Драгобыч, 1981; Кировобад, 1982; Томск, 1981, 1985) и секции "Радиационная физика полупроводников" Научного совета по радиационной физике твердого тела АН СССР (Киев, Новосибирск, Баку, 1979-1987 гг.), I и II Всесоюзных семинарах "Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках" (Павлодар, 1987, 1989 гг.), II Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных и кислородосодержащих полупроводников" (Черновцы, 1986 г.), XX Всесоюзном совещании по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, 1990 г.), VIII Международной конференции по позитронной аннигиляции (Гент, Germany, 1988 г.), 8-ой конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, 1993 г.), 2 Украинской конференции "Материаловедение и физика полупроводниковых фаз переменного состава" (Нежин, 1993 г.), 10 Международной конференции "Ternary and Multinary compounds" (Stuttgart, Germany, 1995), Mater.Res.Soc.Program. (Boston, 1995), СИБКОНВЕРСИЯ-95 (Томск, 1995 г.), 4 - Всероссийской конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц (Томск, 1996 г.), международной конференции "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics" (Uzhgorod, 1996г.), Международной конференции "BEAMS-96" (Prague, 1996), Международной конференции по тройным и сложным соединениям (Salford, 1997), 2,4,5 симпозиумах "Оптика атмосферы и океана" (Томск, 1995,1997,1998 г.), 3-ей международной научно-практической конференции "Сибресурс" (Красноярск, 1997), Международном симпозиуме "Контроль и реабилитация окружающей Среды" (Томск, 1998 г.), IV Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (Нижний Новгород, 1998 г.), IV Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 98 (Новосибирск, 1998 г.), международной конференции "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах" (Томск, 1998 г.), Международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах" (Кемерово, 1998 г.), IV International conference on material science and material properties for infrared optoelectronics (Kyiv, 1998), International conference on solid state crystals (Zakopane, 1998), Международной конференции по росту и физике кристаллов (Москва, 1998 г.), 10-й Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов РФХ-10 (Томск,

1999 г.), IV Всероссийской конференции по физике полупроводников (Новосибирск, 1999).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 90 печатных работах, перечень основных из которых представлен в конце автореферата. В числе публикаций одна монография и четыре авторских свидетельства.

Объем н структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Объем работы составляет 240 страниц текста, 177 рисунков, 39 таблиц и 455 цитируемых источников. В приложении приведены акты внедрения и использования результатов диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выполненных научных исследований, формулируются цель и задачи работы и приведены основные положения, выносимые на защиту, обуславливающие научную новизну и практическую значимость представленных результатов. Представлена структура диссертации и изложено краткое ее содержание.

В впервой главе представлены результаты исследования процессов электрон-позитронной аннигиляции в КРТ. Полученные результаты позволяют обосновать применимость методов ЭПА для диагностики исходных и радиационных дефектов вакансионного типа в узкозонных твердых растворах КРТ.

В литературном обзоре рассмотрены работы посвященные исследованию дефектов в полупроводниках методом позитронной спектроскопии, показана эффективность этого метода для исследования свойств дефектов вакансионного типа в различных полупроводниковых материалах. Отмечено, что для изучения нарушений кристаллической структуры в КРТ метод ЭПА практически не применялся.

В диссертации проведен расчет параметров ЭПА в твердых растворах КРТ. Показано, что имплантированные в данный материал позитроны замедляются до тепловых скоростей (термализуются) за счет электронно-дырочного возбуждения и эмиссии фотонов за время много меньше времени жизни позитронов в кристаллах КРТ. При этом время термализации практически не зависит от процентного состава компонент твердого раствора и слабо зависит от температуры кристалла. На основе модели газа свободных электронов с энергетической щелью рассчитано значение скорости объемной аннигиляции позитронов в КРТ - При изменении х от 0.2 до 1.0 \0 лежит в диапазоне (3.62 - 3.44) не"1.

На основе модели захвата рассчитаны доли позитронов, аннигилирующих на поверхности, в объеме кристалла и на дефектах кристаллической решетки. Расчеты показали, что метод ЭПА позволяет обнаруживать вакансионные дефекты в концентрациях более 1014 см"3. В то же время захватом позитронов на дислокации в большинстве случаев можно пренебречь. Рассчитаны концентрационные зависимости параметров аннигиляции для различных типов дефектов.

Оценены возможности применения метода ЭПА для исследования дефектных слоев различной толщины. Показано, что при исследовании слоев менее 1 мкм необходимо использовать пучки низкоэнергетических позитронов (Е+ < 30 кэВ). Рассчитаны профили распределения имплантированных в КРТ (х=0.2-0.3) позитронов с различными исходными энергиями Е+.

Описана, разработанная программа для расшифровки спектров углового распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ), построенная с использованием нелинейного метода наименьших квадратов. Применение оптимизационного метода деформированного многогранника и модифицированной целевой функции позволяет повысить точность определения параметров разложения кривых УРАФ. Эффективность применения данной программы проверена на тестовых задачах и реальных спектрах УРАФ различных материалов.

Впервые обнаружено наличие линейной зависимости основных параметров УРАФ от процентного состава компонент твердого раствора КРТ (х). Измерения спектров УРАФ для необлученных образцов показали, что корреляционные кривые для КРТ хорошо описываются суммой параболической и гауссовой составляющих. При изменении х от 0 до 1 отмечается уширение гауссовой составляющей при неизменной ширине параболической компоненты, а также рост относительной площади под параболой Sp.

Для кристаллов КРТ р- и п- типа проводимости с различной концентрацией исходных вакансионных дефектов, выращенных несколькими методами, измерялись спектры времени жизни позитронов и кривые угловой корреляции. Измерение кривых УРАФ при низкой температуре (80 К) показало, что для образцов КРТ р-типа проводимости появляются слабо выраженные боковые пики (сателлиты), расположенные на углах, соответствующих проекции вектора обратной решетки на направление измеряемого момента. Аналогичные результаты на GaAs, объяснялись образованием атома позитрония (Ps), делокализованного в идеальных областях кристалла.

Из экспериментальных спектров времени жизни было определено значение скорости объемной аннигиляции Хо =3.55 не'1, которое хорошо согласуется с расчетным значениями. Кроме этого, определены значения удельной скорости захвата позитронов двухзарядными вакансиями ртути v =

4 107 см3 с'1 и значения скорости аннигиляции позитронов из захваченных состояний =3.13 не"1.

Во второй главе представлены результаты исследования воздействия ионизирующего излучения (электроны, гамма-кванты, нейтроны) на концентрацию, подвижность, время жизни носителей заряда в кристаллах узкозонного твердого раствора КРТ

В первом разделе, носящем обзорный характер, проведено рассмотрение работ, посвященных исследованию влияния исходных дефектов и дефектов возникающих при воздействии ионизирующего излучения на свойства кристаллов КРТ. Представлены особенности измерения коэффициента Холла в этих узкозонных материалах. Показано, что кристаллическая структура полупроводниковых соединений КРТ содержит различные типы ростовых дефектов, которые, в конечном счете, определяют тип проводимости, электрофизические и фотоэлектрические свойства кристаллов.

При облучении электронами с энергией 2-3 МэВ при комнатной температуре получены экспериментальные значения скорости изменения носителей заряда в образцах р-типа проводимости (dp/ёФ = (0.8-1.2) IC'cm"1) и п-типа проводимости (dn/dO = (1.5-2)Т0"'см"1) для монокристаллов КРТ (х=0.20). Обнаружен линейный рост концентрации электронов в облученных образцах до максимальных доз облучения. Предполагается, что наблюдаемое превышение скорости изменения носителей заряда (dpA№) в кристаллах р-типа проводимости определяется образованием ассоциаций исходных и радиационных вакансий ртути VHg- На основе анализа дозовых зависимостей времени жизни носителей заряда, оценены вклады различных механизмов рекомбинации в интервале температур 77-300 К.

Показано, что значения подвижности носителей заряда при облучении электронами определяются исходной степенью компенсации материала и повышенной скоростью введения радиационных центров рассеяния по сравнению со скоростью введения носителей заряда. Определен диапазон доз Ф < 2'1016 см"2 , при котором не происходит заметных изменений высоких значений подвижности электронов |д. 2105 см2В"'с"' в исходном материале.

Приводятся данные по изучению стадий отжига основных параметров исследуемых образцов КРТ, облученных электронами, особенности поведения облученных кристаллов при различных температурных обработках и вычисляются параметры, характеризующие кинетику отжига радиационных дефектов. Изохронный отжиг образцов КРТ р- и п- типа проводимости, облученных различными дозами электронов, показал, что значительные изменения электрофизических и рекомбинационных параметров, ведущие к восстановлению исходных свойств кристаллов, происходят в интервале температур 100 - 150 °С. При этом наблюдается одна стадия отжига для образцов р- и п- типа проводимости, что указывает на сходность процессов радиационного дефектообразования в этих образцах. Измерения

характеристик МОП-структур, созданных на предварительно облученных электронами кристаллах КРТ, в процессе изохронного или изотермического отжига, показали отсутствие различий в стадиях отжига радиационных дефектов, образующихся в объеме и на поверхности.

В ряде исследуемых образцов КРТ, характеризуемых низкой скоростью введения концентрации носителей заряда при облучении электронами, при отжиге было обнаружено более сложное поведение дефектов, ответственных за изменение параметров материала. Из анализа зависимостей коэффициента Холла и времени жизни от температуры отжига можно выделить три характерных стадии отжига: 60-80, 100-130 и 130-160 С. На первой стадии отжига (60-80 С) имеет место уменьшение значений коэффициента Холла времени жизни фотоносителей заряда с ростом температуры отжига, что означает увеличение числа дефектов, ответственных за электрические и рекомбинационные свойства облученных кристаллов (стадия "обратного" отжига). Вторая стадия изохронного отжига (100-130 С) характеризуется уменьшением концентрации электронов и ростом значений времени жизни носителей заряда в соответствии с механизмом Оже-рекомбинации при увеличении температуры отжига. Третья стадия (130-160 С) характеризуется "аномальным" поведением температурной зависимости коэффициента Холла при низких температурах (77-150 К). Полученные результаты отжига, а также неполное восстановление параметров кристаллов КРТ в процессе отжига и их чувствительность к термоударам объяснены наличием в данном материале линейных дефектов и их взаимодействие с радиационными нарушениями в процессе облучения и последующего отжига.

Установлено, что кинетика отжига радиационных дефектов в облученных электронами с энергией 2-3 МэВ образцах КРТ характеризуется энергией активации 1.5 эВ. Показано, что порядок реакции процесса отжига зависит от интегральной дозы облучения. Для доз облучения (0.5-1.0)Т017см"2 имеет место второй порядок реакции, а для больших доз электронного облучения (-1018см'2) процесс отжига определяется реакцией первого порядка, что связывается с размерами и концентрацией стоков, образующихся в процессе облучения различными дозами. Анализ радиационного дефектообразования при отжиге кристаллов КРТ после электронного облучения подтверждает предположение, что основными радиационными дефектами, определяющими электрофизические и рекомбинационные свойства материала, являются комплексы, содержащие междоузелыше атомы ртути. При отжиге происходит распад этих комплексов и миграция атомов междоузелыюй ртути к стокам. Стоками могут являться комплексы вакансий ртути, образованные в процессе облучения. При этом для фиксированного числа стоков процесс отжига должен подчиняться кинетике первого порядка, а энергия активации процесса должна быть не меньше энергии активации диффузии междоузельной ртути, которая составляет 0.35 эВ [3].

Показано, что электронное облучение дозами до 1018 см"2 существенно изменяет вид кривых углового рассеяния аннигиляционных фотонов (УРАФ),

что определяется процессами радиационного дефектообразования и образованием ассоциаций исходных вакансионных дефектов (VHg). Идентификация позитрон-чувствительных дефектов с электрически активными радиационными дефектами осуществлялась по результатам термического отжига облученных кристаллов и сравнения их стадий отжига. Обнаружено наличие позитрониевых состояний, которые локализованы в области радиационных нарушений вакансионного типа с размерами, соизмеримыми с постоянной решетки полупроводникового соединения.

Установлены закономерности дефектообразования при воздействии на кристаллы КРТ гамма-квантами Со 0 и рентгеновским излучением при различных температурах облучения материала. Показано, что радиационное дефектообразование при облучении гамма-квантами при 300 К определяется, во многом, исходной дефектностью полупроводника, а при низкотемпературном облучении (77 К) скорость изменения концентрации носителей заряда обусловлена преимущественным введением дефектов донорного типа, отжигающихся при комнатной температуре. Увеличение подвижности носителей заряда при малых дозах облучения гамма-квантов связывается с перестройкой исходных дефектов в процессе облучения. Эти изменения более значительны в образцах р-типа проводимости. Для образцов п-типа проводимости была оценена скорость введения носителей заряда dn/d<3> = (5 - 6) см"1 для доз до 4107 Р, что в 3-4 раза меньше, чем для электронов с энергией 2 МэВ при низкотемпературном облучении. Обнаружено, существенное изменение аннигиляционных параметров в облученных гамма-квантами и рентгеновским излучением образцах КРТ при малых дозах воздействия (105-107 Р). Проведение металлографических исследований картин селективного травления поверхности облученных кристаллов КРТ позволило выявить связь изменения параметров УРАФ с перестройкой исходных дефектов материала при облучении.

Показано, что воздействие быстрых нейтронов при температуре 77 К сопровождается возрастанием концентрации электронов в кристаллах КРТ п-типа проводимости, вызванным преимущественным введением радиационных дефектов донорного типа. Высокотемпературное облучение нейтронами кристаллов КРТ п-типа проводимости характеризовалось увеличением концентрации носителей заряда и для флюенса нейтронов 21015 см"2 значение электрофизических параметров совпадало со значениями параметров кристаллов КРТ, облученных большими дозами электронов (2 1018 см"2). Величина скорости введения носителей заряда dn/dO для доз (6-21)'Ю14 см'2 при температуре облучения 77, 300 К составляет 1-3 см"1 и является сравнимой со значением 3-6 см"1, полученным в работе [] при температуре облучения 10 К дозами (1 - 4)1013см"2. Причем для высокотемпературного облучения с увеличением дозы облучения наблюдается снижение величины dn/ёФ. Зарегистрировано резкое снижение времени жизни фотоносителей за счет введения дополнительных уровней рекомбинации, характеризующихся большей энергией активации, чем для

рекомбинационных уровней в исходных образцах. При высокотемпературном облучении для доз до 21015 см"2 отжиг электрических параметров осуществлялся в диапазоне 100-140 С. Для доз свыше 2'1015 см"2 не всегда имело место восстановление исходных значений параметров образцов КРТ. При низкотемпературном облучении полный отжиг и восстановление исходных электрофизических параметров образцов происходили в интервале температур 140-200 К.

В третьей главе представлены результаты комплексных исследований воздействия ионов на узкозонные твердые растворы КРТ. В первую очередь, в работе рассматриваются профили распределения радиационных нарушений, возникающих при различных режимах ионной имплантации в КРТ, включая вакансионные и электрически активные радиационные дефекты, которые, в конечном счете, и определяют характеристики создаваемых на их основе фоточувствительных структур.

Проведен обзор работ посвященных ионной имплантации в КРТ из которых следует, что облучение данных кристаллов приводит к образованию п-слоя на поверхности полупроводника а диффузия радиационных дефектов может существенным образом влиять на общую картину дефектообразования.

Проведен расчет радиационного дефектообразования в КРТ при ионной имплантации на основе модели, включающей генерацию и диффузию первичных радиационных дефектов, а также образование комплексов на их основе. При расчете эволюции профилей концентрации электронов в образцах КРТ с дозой облучения, учитывалась генерация радиационных дефектов вакансионной природы и их влияние на профиль распределения электрически активных комплексов радиационных дефектов. В качестве наиболее подвижных радиационных дефектов принимались атомы междоузельной ртути, а также одно- и двухзарядные вакансии ртути. Считалось, что при облучении ионами атомы ртути диффундируют из района их генерации в объем кристалла и образуют комплексы, обладающие донорными свойствами. В результате расчетов показано, что форма профиля распределения электрически активных комплексов радиационных дефектов будет существенным образом изменяться в зависимости от степени электрической активности и подвижности первичных радиационных дефектов, в том числе, и дефектов вакансионного типа.

Показано, что при облучении кристаллов КРТ ионами водорода с энергией 10 МэВ дозами 81013 - 1015 см наблюдается преимущественно введение в материал дефектов донорного типа. При этом образуется неравномерное распределение концентрации электронов п(х) по глубине образца с максимумом в районе 330 мкм, что хорошо согласуется с расчетным значением среднего проецированного пробега 10 МэВ протонов. Кроме этого пика отмечается также повышенная концентрация донорных радиационных дефектов в приповерхностной области образцов, что можно объяснить генерацией дефектов вследствие ионизации и возбуждения

электронной подсистемы кристаллов. Проведенные измерения радиационных нарушений методом электрон-позитронной аннигиляции показали, что сужение кривых УРАФ, наблюдаемое после облучения протонами происходит за счет параболической составляющей и не сопровождается образованием узкой компоненты, как при электронном облучении.

Проведены исследования термической стабильности радиационных дефектов, введенных при облучении протонами. Термический изохронный отжиг проводился в интервале температур (80 -160 °С) при длительности каждой ступени 10 мин. Изотермический отжиг проводился при 115 °С, и 130 °С. Анализ проводился на основе сравнения с результатами по отжигу образцов облученных высокоэнергетическими электронами. Показано, что введенные протонным облучением донорные дефекты практически полностью отжигаются в интервале 100 - 150 °С в пределах одной стадии изохронного отжига, как и для образцов, облученных электронами., что указывает на сходство процессов радиационного дефектообразования при различных видах облучения. При анализе кривых отжига кристаллов КРТ предполагается, что кинетика отжига характеризуется одной энергией активации и описывается уравнением квазихимической реакции. Параметры процесса отжига определялись из экспериментальных кривых несколькими независимыми методами. Обнаружено, что кинетика отжига радиационных доноров характеризуется энергией активации 1.5 эВ, как и для электронов. Установлено также, что наблюдается второй порядок реакции процесса отжига дефектов, введенных протонным облучением. Проведено сравнение кривых отжига электрически активных радиационных дефектов и позитрончувствительных дефектов. Обнаружено, что в интервале 100-160 °С происходит перестройка и отжиг позитрончувствительных дефектов, однако кинетика отжига вакансионных дефектов не совпадает с кинетикой отжига донорных радиационных дефектов. На основании полученных результатов делается предположение об общности процессов радиационного дефектообразования при электронном и протонном облучении кристаллов КРТ.

Облучение кристаллов КРТ ионами гелия (Ри239) с энергией 5.15 МэВ проводилось при комнатной температуре дозами до 5'Ю12 см"2. Было обнаружено, что при а - облучении кристаллов р-КРТ имеет место изменение характера рекомбинации, связанное с введением рекомбинационных центров. При этом в рассматриваемом диапазоне доз для а - облучения наблюдается компенсация материала и последующая р-п конверсия типа проводимости при дозах более 2'Ю12 см"2.

Образцы Hgi.xCdxTe облучались ионами Аг+ с энергиями 50 и 150 кэВ интегральными дозами от З-Ю10 см"2 до 1015 см'2 при плотностях тока ионов 0.001-0.1 мкА/см2. Исследование распределения по глубине имплантированного слоя концентрации электронов проводилось на кристаллах Hgi.xCdxTe, состава х = 0.27-0.30 с низким значением удельной

проводимости ст = 0.1 Ом"'см"' при температуре жидкого азота. Измерения распределения объемной концентрации электронов п(х) по глубине после облучения кристаллов Hg|.xCdxTe различными дозами (Ф) ионов Аг+ с энергиями 50 и 150 кэВ показали, что электроны локализованы в слое полупроводника толщиной, превышающей длину среднего проецированного пробега ионов указанных энергий. Уже при дозе Ф = 1012 см"2 спад концентрации п(х) начинается на расстояниях, заметно больших, чем средний проецированный пробег Rp ионов Аг+. Так, для энергий ионов 150 кэВ величина Rp составляет 950 А, в то время как концентрация электронов п(х) начинает уменьшаться на расстоянии от поверхности х = 1500 А. Следует указать, что после облучения кристаллов Hg|.xCdxTe малыми дозами ионов (Ф < 1012 см"2) распределения концентрации электронов до определенных расстояний от поверхности слабо изменяются для исследованных энергий ионов Аг+ . При больших дозах (Ф = 1013-1015 см"2 ) на зависимостях п(х) наблюдается явно выраженный максимум, расположенный на расстояниях от поверхности, превышающих длину проецированного пробега ионов Rp, причем, положение максимума смещается в глубь полупроводника с увеличением дозы облучения. Так, для Ф = 1015 см"2 максимум п(х) удален от поверхности на расстояние х = 1900 А для энергий ионов Е = 50 кэВ и на х = 4000 А для Е = 150 кэВ, что в обоих случаях также превышает соответствующие длины проецированных пробегов ионов указанных энергий. Кроме этого наблюдается значительный спад концентрации электронов вблизи поверхности кристалла в согласии с расчетами приведенными нами в начале главы.

Приведены результаты измерений неориентированных и каналированных спектры POP для исходного кристалла и кристаллов, имплантированных ионами Аг+ с энергиями 500 и 150 кэВ интегральной дозой Ф = 1015см"2. На неориентированном спектре POP исходного кристалла в интервале каналов 480-500 наблюдается выраженное плато, обусловленное отражением ионов 4Не+ от наиболее тяжелых атомов в материале - атомов ртути. Неориентированный спектр POP кристалла, имплантированного ионами с энергией 150 кэВ, практически не отличался от спектра исходного кристалла. В то же время облучение кристалла ионами с энергией 50 кэВ приводит к изменению вида неориентированного спектра POP по сравнению со спектром неимплантированного кристалла. Форма спектра в интервале каналов 480-500 указывает на обеднение приповерхностной области полупроводника атомами ртути и на их неравномерное распределение по глубине. Так, вблизи поверхности концентрация атомов ртути заметно ниже объемного значения (1.2'Ю22 см"2) и достигает его лишь на глубине свыше 1000 А.

Показано, что в области малых доз облучения значение поверхностной концентрации электронов ns линейно возрастает с увеличением дозы. Подобная зависимость п5(Ф) характерна для образования при облучении стабильных дефектов, включающих пары Френкеля - вакансии и

междоузельные атомы. Насыщение зависимости п5(Ф), обнаруженное при дозах Ф > 1012 см"2, характерно для кристаллов КРТ и наблюдалось ранее при имплантации в них различных ионов, а также при электронном облучении. Принято считать, что насыщение ns является следствием закрепления уровня Ферми вблизи уровня радиационных дефектов, расположенного внутри зоны проводимости. При этом предполагается, что кроме насыщения зависимости п5(Ф) при соответствующих дозах облучения должно стабилизироваться и распределение по глубине имплантированного слоя объемной концентрации электронов п(х), обусловленных образованием радиационных дефектов.

Объяснение приведенных в работе распределений п(х) по глубине может быть сделано на основе модели, разработанной в разделе 3.2, в предположении диффузии радиационных дефектов в процессе имплантации. В работе предполагается, что наиболее подвижным радиационным дефектом донорного типа в КРТ является дефект на основе атома ртути в положении междоузлия. Это подтверждается анализом неориентированного спектра POP для имплантированных ионами Аг+ кристаллов КРТ с выраженным распределением атомов ртути по глубине. Последнее как раз и свидетельствует об обеднении приповерхностной области атомами ртути, причем, обеднение наблюдается и на глубинах, больших, чем Rp. Таким образом, наблюдается хорошее качественное совпадение расчетных профилей распределения электрически активных радиационных дефектов и профилей распределения концентрации электронов и радиационных нарушений в образцах КРТ, облученных ионами Аг+.

Проведено комплексное исследование воздействий интенсивных пучков ионов с миллиамперной плотностью тока на узкозонные твердые растворы КРТ. Ионы меди и вольфрама имплантировались в полупроводниковый материал при помощи импульсного ускорителя с длительностью импульсов 200 мкс и частотой следования 50 Гц. Плотность тока ионов при облучении составляла 10 мА/см2 и 3 мА/см2 для ионов Си+ и W+, соответственно. Доза облучения составляла 1016 - 2'Ю17 см"2.

Исследование профилей пространственного распределения электрически активных радиационных дефектов показало, что имеется ряд общих закономерностей формирования электрических профилей для данного случая (миллиамперная плотность тока ионов) и для ионной имплантации КРТ при малых плотностях тока (j << 1 мкА/см2): залегание максимума профиля концентрации электронов проводимости п(х)на глубинах, превышающих глубину пробега имплантированных ионов и его сдвиг в глубь полупроводника с ростом интегральной дозы облучения; насыщение значения концентрации электронов в максимуме п(х) на уровне (1-2) 1018 см"3. Вместе с тем, глубина залегания электрических профилей в этом случае существенно меньше, чем в случае традиционных режимов облучения.

Анализ экспериментальных данных с использованием методов резерфордовского обратного рассеяния и масс спектрометрии показал, что до доз облучения 51016 см'2 не наблюдается обеднение приповерхностных слоев

материала KPT атомами компонентов твердого раствора при воздействии интенсивных пучков ионов меди и вольфрама, в то время как при имплантации 50 кэВ ионов Аг+ при j < 1 мкА/см2 уже при дозе облучения 1015 см'2 мы наблюдали образование слоя толщиной более 1000 А, обедненного атомами ртути. Из спектра аксиального каналирования ионов 4Не было определено значение степени дефектности приповерхностного слоя Cd = 30 %, что совпадает с известным из литературы значением насыщения степени дефектности материала при имплантации в КРТ тяжелых ионов с малой скоростью набора дозы облучения.

На образцах КРТ, облученных ионами вольфрама, методом доплеровского уширения аннигиляционных линий проведено измерение профилей пространственного распределения радиационных дефектов вакансионного типа с использованием пучков моноэнергетических позитронов. Обнаружено, что профили распределения позитрончувствительных дефектов лежат на глубине, превышающей глубину пробега ионов, но не совпадают с профилями электрически активных дефектов. Максимум распределения вакансионных дефектов расположен в области спада концентрации электронов в облученном образце.

Представлены результаты по воздействию мощных короткоимпульсных пучков ионов на кристаллы КРТ Облучение проводилось на мощном импульсном ускорителе типа "МУК" ионами алюминия (А1+) с энергиями 150 - 450 кэВ дозами Ф = 2'Ю12 - 21015 см". Плотность тока при облучении составляла 6-8 А/см2, длительность импульса составляла 100 не. После облучения произошло увеличение концентрации электронов в образцах КРТ n-типа проводимости, а в образцах р-типа произошла конверсия типа проводимости уже при минимальной дозе облучения Ф = 1012 см"2. Измерение зависимостей коэффициента Холла от напряженности магнитного поля показали, что эти зависимости имеют вид, характерный для КРТ п-типа проводимости, независимо от исходных параметров образцов и от интегральной дозы облучения.

Таким образом, мощные ионные пучки дают ту же картину, что и обычные источники ионов, а именно: электрические свойства КРТ после облучения ионами определяются радиационными дефектами донорного типа.

Анализ профилей концентрации электронов п(х), показал, что практически все закономерности, характерные для ионной имплантации в КРТ описанные в предыдущих разделах, имеют место и при мощном импульсном облучении. Высокая концентрация электронов наблюдается в слое полупроводника, превышающем глубину среднего проецированного пробега Rp ионов данных энергий. При повышении дозы облучения максимум распределения электронов сдвигается вглубь полупроводника. Концентрация в максимуме распределения для дозы Г1013 см"2 птш = 2'Ю18 см" \ что соответствует значению насыщения, связанного с "закреплением" уровня Ферми на уровне радиационных дефектов. При этом профили п(х)

практически совпадают в образцах, имевших исходно различный тип проводимости.

Некоторое отличие от случая стандартных режимов ионной имплантации заключается в том, что при дозе облучения Ф = 1Т012 см'2 значения nmax на порядок меньше значения насыщения 21018 см"3, которая при такой дозе облучения достигается практически для всех исследованных нами стандартных режимах ионной имплантации. Похожая картина отмечалась нами ранее при высокоинтенсивной имплантации ионов меди.

Результаты измерений для образцов облученными большими дозами качественно отличаются: концентрация nmax для этих образцов имеет значение ~ 41017 см"3, а глубина нарушенного слоя очень велика. Исходные значения концентрации носителей заряда были достигнуты лишь на глубине 5-10 мкм. Отметим также аномальное поведение зависимости Rs(x) на начальном участке, то есть при d < 0.3 мкм, и некоторое уменьшение подвижности электронов в области Rp ионов А1+. Такое поведение электрических параметров кристаллов КРТ связывается с образованием крупных протяженных дефектов типа дислокационных петель в области внедрения ионов.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований обнаружено, что облучение кристаллов КРТ (х = 0.21) мощными ионными пучками позволяет формировать п+-п и n-р структуры глубиной 0.5-1 мкм при дозах облучения 110 - 1' 1013 см"2. При дальнейшем увеличении дозы облучения отмечается глубокое проникновение (до 10 мкм) электрических профилей вглубь образцов и формирование в области ~RP имплантированных ионов, большого количества протяженных дефектов радиационного происхождения, влияющих на процессы переноса носителей заряда.

В четвертой главе приводятся экспериментальные результаты исследования механизмов рекомбинации носителей заряда и спектральных характеристик фотопроводимости в эпитаксиальных структурах на основе узкозонного твердого раствора КРТ (х = 0.20 - 0.30), выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, а также проведено исследование возможности применения разработанных в работе методов радиационной модификации кристаллов КРТ для повышения фотоэлектрических параметров исследуемых эпипленок.

В первом разделе рассмотрены особенности рекомбинационных и спектральных свойств варизонных пленок КРТ и показана перспективность и успехи использования метода молекулярно-лучевой эпитаксии для получения эпипленок КРТ.

Приведены экспериментальные результаты измерений температурных зависимостей времени жизни неосновных носителей заряда (ННЗ) и фотоотклика исследуемых образцов при возбуждении излучением с X = 0,9 мкм и X = 10.6 мкм, соответствующих поглощению в приповерхностной области структуры и в объеме эпитаксиальной пленки. Для выяснения

характера рекомбинации снимались зависимости времени жизни носителей заряда от уровня постоянной оптической мощности на X = 10.6 мкм при Т = 80 К. Исследования проводились на образцах, выращенных методом МЛЭ в ИФП СО РАН (г. Новосибирск) в 1993-1994 годах (первая группа образцов) и в 1996-1997 годах (вторая группа).

В эпитаксиальных пленках п-типа проводимости из первой группы значения времени жизни носителей заряда лежат в диапазоне 100 - 400 не. Концентрация носителей заряда для этих образцов находилась в диапазоне (1 - 3)'Ю15 см"3, состав х = (0.21 - 0.23). Как показывает анализ, для таких параметров материала вклад межзонных механизмов рекомбинации Оже и излучательного будет незначительным. Наиболее вероятным механизмом является рекомбинация через локальные центры. Для ряда образцов из этой партии обнаружена медленная составляющая в кинетике сигнала фотопроводимости, что говорит о наличии двух процессов рекомбинации носителей заряда с существенно разными характерными постоянными времени. В материале п-типа проводимости наличие двух составляющих времени жизни носителей заряда может быть объяснено наличием рекомбинационных центров с резкой асимметрией величин поперечного сечения захвата для электронов и дырок.

В эпитаксиальных пленках п-типа проводимости из второй группы (х = 0.21 - 23) обнаружены высокие значения времени жизни неравновесных носителей заряда т > 106 с при Т = 80 К. Концентрация основных носителей заряда в данных образцах составляла (0.5 - 1.0)1015 см"3. Сравнение теоретических и экспериментальных температурных зависимостей времени жизни ННЗ показали, что для этих образцов время жизни неравновесных носителей заряда в области примесной проводимости определяется Оже-рекомбинацией с частичным влиянием других каналов рекомбинации.

Для выяснения характера рекомбинации снимались зависимости времени жизни носителей заряда от уровня постоянной оптической мощности на А, - 10.6 мкм при Т = 80 К для материала п-типа проводимости из второй партии. Анализируя полученные результаты можно отметить более слабое уменьшение времени жизни носителей заряда с ростом постоянной оптической мощности в исследуемых эпитаксиальных структурах (т ~ Р0("1/5 + " Ш) ) по сравнению с теоретически предсказанным уменьшением времени жизни при Оже-рекомбинации (т ~ Р0"2/3) и рекомбинации Шокли-Рида (т ~ Ро""2 ) []. Некоторое расхождение экспериментальных и теоретических зависимостей времени жизни носителей заряда от мощности оптического излучения в эпитаксиальных структурах п- типа проводимости объясняется влиянием других каналов рекомбинации, к которым можно отнести, в данном случае, рекомбинацию на поверхности.

Исследования механизмов рекомбинации в эпитаксиальных пленках р-типа проводимости из первой группы показали, что время жизни ННЗ определяется Оже-механизмом рекомбинации в области температур, соответствующих примесной проводимости. Наличие центров захвата в

материале приводит к появлению медленной составляющей постоянной времени релаксации фотопроводимости. В эпитаксиальных пленках КРТ р-типа проводимости из второй партии основным механизмом рекомбинации, определяющим время жизни носителей заряда в области примесной проводимости, является рекомбинация на локальных центрах с энергией рекомбинационных уровней Е,=Е„ + (0.020 + 0.030) эВ.

Проведены исследования температурных зависимостей времени жизни ННЗ и сигнала фотоответа при засветке эпитаксиальных пленок КРТ п- и р-типа проводимости со стороны подложки. Обнаружено, что в этом случае время жизни носителей заряда при возбуждении фотоносителей коротковолновым излучением со строны подложки сравнимо с временем жизни при засветке со стороны свободной поверхности (т = 0.8 - 1.2 мкс). Отмечается, что при засветке эпитаксиальной пленки с обеих сторон остается одинаковым вид температурной зависимости времени жизни ННЗ и сигнала фотопроводимости. Это свидетельствует о хорошем качестве границы раздела пленка-подложка для второй группы образцов.

С целью выяснения условий влияния рекомбинации ННЗ на границах раздела пленка-подложка и пленка-свободная поверхность, а также свойств объема эпитаксиальной пленки на эффективное значение времени жизни эпитаксиальной структуры, были проведены совместные измерения спектральных характеристик фотопроводимости и механизмов рекомбинации при возбуждении носителей из областей поверхностного и объемного поглощения. В работе при этом проводились измерения исследуемых параметров при послойном химическом стравливании поверхности пленок.

Экспериментальные исследования СХ фотопроводимости показали, что ряд пленок имеют варизонный характер изменения ширины запрещенной зоны по глубине фоточувствителыюго слоя. Неоднородность состава по глубине проявляется как сдвиг длинноволновой границы фоточувствителыюсти при послойном стравливании, а также в различии измеренных значений времени жизни носителей заряда при поверхностном и объемном возбуждении. Спектральные характеристики, измеренные при послойном стравливании, позволяют оценивать профиль ширины запрещенной зоны по глубине. В работе показано, что наличие буферного слоя на поверхности пленки оказывает положительную роль, поскольку после его удаления наблюдается снижение времени жизни носителей заряда в 4 - 6 раз. Обнаружено аномальное поведение спектральных характеристик фотосигнала в области длинноволновой границы на образцах р- типа проводимости. Появление выброса на спектральной зависимости фотоотклика связывается нами с наличием на поверхности эпитаксиальной пленки р- типа слоя с противоположным типом проводимости.

Исследование буферного слоя на границе раздела пленка-подложка показало, что он содержит дефекты типа центров захвата, проявляющихся в виде медленных составляющих на кривых релаксации фотопроводимости.

Обнаружена резкая зависимость амплитуды медленных составляющих сигнала фотопроводимости от температуры.

С целью улучшения фотоэлектрических свойств на образцах с низкими значениями величины времени жизни проведены исследования возможности радиационной модификации параметров эпитаксиальных структур, выращенных методами ЖФЭ и МЛЭ. Исходные образцы подвергались облучению мощными импульсными пучками электронов на ускорителях «МУК» и «Темп-2»(НИИ ЯФ г. Томска), имеющих следующие параметры: энергия электронов 150 кэВ и 500 кэВ, плотность тока (3 — 5) А/см и до 40 А/см2, длительность импульса тока 200 не и 80 не, соответствено. Установлено, что в результате импульсного радиационного воздействия происходит повышение фоточувствительности в 15-20 раз на X = 10.6 мкм в сформированных облучением ЖФЭ-эпитаксиальных структурах и в 30 - 50 раз в МЛЭ-эпитаксиальных структурах по сравнению с исходными эпиструктурами дырочного типа проводимости. Поскольку после облучения не обнаружено существенного увеличения значений времени жизни носителей заряда, рост фоточувствительности образцов (для первой партии) связывается нами со снижением концентрации основных носителей заряда.

В пятой главе представлены предложенные и экспериментально опробованные в работе способы радиационной модификации полупроводникового материала КРТ: описаны разработанные способы получения высокочувствительного, однородного фоторезисторного материала КРТ п- и р- типа проводимости, рассматриваются вопросы связанные с возможностью изготовления фотодиодных элементов, возможностью радиационого легирования кристаллов КРТ при воздействии мощных короткоимпульсных пучков электронов с низкой энергией, а также представлены измерения основных параметров высокочувствительных фоторезисторов, изготовленных на основе эпитаксиальных структур КРТ, выращенных методом МЛЭ.

В первом разделе представлены используемые в работе основные методики измерения электрофизических и фотоэлектрических параметров узкозонного материала и фоточувствительных структур, создаваемых с использованием радиационных методов. Основное внимание уделяется измерениям следующих параметров: - концентрация, подвижность, постоянная времени (тфР) носителей заряда; - профили распределения носителей заряда по глубине; - спектральная характеристика фотопроводимости (SjJ, - вольт-ваттная чувствительность (R>J, - шумовые свойства и обнаружительная способность (D ).

На основании проведенных исследований по воздействию высокоэнергетических электронов на узкозонные твердые растворы теллурида кадмия ртути, разработаны способы радиационного легирования кристаллов КРТ. Кроме низкой температуры обработки, к достоинствам предложенных методов относятся: возможность однородного легирования

всего объема и локальных областей кристалла, отсутствие ограничений на предельные концентрации структурных дефектов, низкая температура последующей термообработки (-100 °С). При этом практическая реализация предложенных способов проведена путем испытания экспериментально созданных фотоприемных устройств в системах дистанционного зондирования атмосферы.

В работе предложен способ перевода дефектов из неактивного в электрически активное состояние непосредственно после облучения электронами. Для цели стабилизации параметров радиационно легированных полупроводниковых кристаллов необходимо проводить облучение дозой, в 10 -20 раз превышающей исходную концентрацию дырок, а затем проводить (10 -30)-кратное термоциклирование путем резкого охлаждения до температуры 77 К и последующего нагрева до комнатной температуры.

Разработан способ получения высокочувствительного, однородного фоторезисторного материала на основе кристаллов n-Hgi.xCdxTc, имеющих концентрацию близкой к собственной, с использованием малых доз облучения электронами (3-5)-1016 см"2. Метод позволяет получать более однородный материал по своим электрофизическим и фотоэлектрическим параметрам за счет превышения радиационного уровня легирования над исходным. Кроме этого облучение приводит к увеличению обнаружительной способности фоторезисторов из-за более существенного спада значений генерационно-рекомбинационного шума по сравнению с полезным фотосигналом при росте концентрации носителей заряда с облучением. Практическая реализация предложенного способа проведена путем создания линейки фоточувствительных элементов из радиационно-легированного материала и испытания разработанных фотоприемных устройств в системах дистанционного зондирования атмосферы.

Представлены результаты проведения радиационно-стимулированной диффузии серебра в кристаллах КРТ при электронном облучении (Т = 300 К, Е = 2-5 МэВ, Ф = 1016 - Ю18 см"2). Показано, что с ростом дозы облучения область однородного легирования распространяется от 30 мкм до 800 мкм. Достигнуты высокие значения коэффициентов диффузии серебра порядка 10"8 - 10'9 см2с"' при комнатной температуре. Посредством проведения РСД серебра в КРТ получены равномерно-легированные кристаллы р-типа проводимости, на основе которых созданы макеты фотоприемных устройств ИК диапазона.

Предложен способ получения р-n перехода путем облучения электронами с энергией 2-5 МэВ и дозой (1-2)-1018 см"2 и последующего воздействия излучением импульсного лазера с мощностью, достаточной для восстановления исходных свойств кристалла, и длиной волны из области собственного поглощения полупроводникового материала.

Результаты исследований радиационного дефектообразования при имплантации ионов в КРТ позволили оптимизировать параметры

формирования фоточувствительных элементов при ионной имплантации и изготовить опытные макеты фотодиодных элементов при использовании ионов Аг+.

Впервые приведены результаты посвященные исследованиям радиационого легирования кристаллов КРТ при воздействии мощных короткоимпульсных пучков электронов с низкой энергией. В качестве источника электронов использовались мощные импульсные ускорители ионов типа "МУК" и "Темп-2" работающие в режимах ускорения электронов. До настоящего времени не проводились работы по воздействию мощных пучков электронов с плотностью тока 1-100 А/см2 при длительности импульсов 100-200 не на материал КРТ. Поэтому приведенные ниже результаты можно рассматривать как развитие нового технологического направления в радиационной технологии полупроводников, использующей мощную импульсную ускорительную технику

При облучении кристаллов КРТ электронами на базе ускорителя "МУК" получены следующие результаты: в объем кристалла вводятся дефекты донорного типа, легирующие материал в n-тип проводимости и приводящие к снижению концентрации носителей заряда; на поверхности образуется п - слой с высокой проводимостью; исходные кристаллы р-типа проводимости испытывают р-n конверсию типа проводимости; в объеме кристалла возможно неоднородное по глубине распределение концентрации электронов: п+- п - п" структура.

При использовании мощного импульсного ускорителя электронов типа "Темп-2" объем образцов КРТ толщиной 30 - 50 мкм однородно легируется радиационными дефектами донорного типа; на поверхности кристаллов образуется слой с повышенной проводимостью (п+ - типа); исходные кристаллы р-типа проводимости испытывают р-п конверсию типа проводимости; в результате облучения не вводятся дополнительные радиационные дефекты рекомбинационного типа, изменяющие механизм рекомбинации, а также дефекты, являющиеся центрами рассеяния носителей, изменяющие механизм рекомбинации. При дозах облучения электронами (12) 1016 см"2 (Т0бл = 300 К) на исходных образцах КРТ р-типа проводимости за счет радиационного легирования достигнуто снижение концентрации электронов до 31014 см'3 и увеличение времени жизни носителей заряда до 0.8 10"6 с

Представлены измерения основных параметров высокочувствительных фоторезисторов, изготовленных на основе эпитаксиальных структур КРТ, выращенных методом МЛЭ. Показано, что в образцах с высокими величинами времени жизни носителей заряда (1-2) мке удается реализовать режим ограничения чувствительности флуктуациями фонового излучения. Изготовлены фоторезисторы на основе эпитаксиальных структур КРТ п-типа проводимости с параметрами, сравнимыми с параметрами для лучших образцов. Полученные значения вольт-ваттной чувствительности и обнаружительной способности при 80 К на длине волны 10.6 мкм составили

5103 В/Вт и 1.51010 смГц"2 Вт"1. На длине волны 0.90 мкм эти величины составили (1-6) 104 В/Вт и (1-5) 10п смГц"2 Вт"1, соответственно.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Теоретически и экспериментально обоснована применимость методов позитронной аннигиляции для диагностики исходных и радиационных дефектов вакансионного типа в узкозонных твердых растворах КРТ. На основе модели захвата позитронов показано, что методы позитроной аннигиляции позволяют обнаруживать вакансионные дефекты в КРТ с концентрацией более 1014 см"3. При концентрации вакансий 1017 см"3 и выше параметры аннигиляции полностью определяются дефектами.

2. Обнаружено наличие зависимости основных параметров кривых УРАФ от процентного состава компонент твердого раствора КРТ. Установлено, что гауссовая составляющая кривых УРАФ обусловлена аннигиляцией позитронов с электронами ионного остова, а параболическая составляющая - аннигиляцией с валентными электронами. Разработана программа для определения параметров разложения кривых УРАФ, несущих информацию о дефектной структуре исследуемого материала.

3. Экспериментально определены значения скорости объемной аннигиляции в КРТ (х=0.2-0.3) ?ю=3.55 не'1; скорости аннигиляции позитронов, захваченных двухзарядными вакансиями ртути (Ущ) .13 не"'

7 3 1

и удельной скорости захвата позитронов на VHg v=5'10" см" с'. Полученные значения хорошо согласуются со значениями, рассчитанными в приближениях модели свободного электронного газа с энергетической щелью и модели захвата позитронов.

4. Определены закономерности изменения концентрации носителей заряда в кристаллах КРТ при электронном облучении для 300 К. Установлены значения скорости введения носителей заряда в кристаллы р-типа (1.2-0.8) 10" 1 см"1 и п-типа (1.5-2.0)'10"2 см"1 проводимости. Установлены зависимости подвижности носителей заряда от величины дозы облучения электронами в кристаллах КРТ п-типа проводимости, определяющиеся исходной степенью компенсации материала и повышенной скоростью введения радиационных центров рассеяния. Обнаружено наличие в облученных образцах позитрониевых состояний, локализованных в области радиационных нарушений вакансионного типа с линейными размерами 7-9 А. Показана корреляция стадий отжига позитронночувствительных и электрически активных радиационных дефектов.

5. Установлено, что отжиг электрически активных радиационных дефектов в кристаллах КРТ, облученных электронами, происходит в диапазоне 100-150 °С. Кинетика отжига характеризуется энергией активации равной (1.5 ± 0.2) эВ. Показано, что порядок реакции процесса отжига зависит от интегральной дозы облучения электронами. Для доз облучения (0.5-1.0) 10" см'2 имеет место второй порядок реакции, а для больших доз облучения

(1018 см'2) процесс отжига определяется реакцией первого порядка, что связывается с размерами и концентрацией стоков, образующихся в процессе облучения.

7.Изучены закономерности дефектообразования при воздействии на кристаллы КРТ гамма-нейтронной радиации при различных температурах облучения материала и энергиях дефектообразующих частиц. Обнаружено, что радиационное дефектообразование при облучении гамма-квантами при 300 К (для доз облучения 106 - 109 Р) определяется, во многом, исходной дефектностью полупроводника, а при низкотемпературном облучении (77 К) скорость изменения концентрации носителей заряда (dn/d® = 5 см"1) обусловлена преимущественным введением дефектов донорного типа, отжигающихся при комнатной температуре.

8. Установлено наличие радиационно-стимулированной диффузии примесей в кристаллах КРТ при облучении высокоэнергетическими электронами с энергией (2-3) МэВ при комнатной температуре. Оценены коэффициенты ускоренной диффузии примесей в проведенных экспериментах, которые показали, что облучение кристаллов КРТ позволяет снизить температуру диффузии на 200-300 градусов по сравнению с термодиффузией.

9. Предложена модель образования радиационных дефектов в КРТ при воздействии ионизирующего облучения, предполагающая образование ассоциаций вакансий Hg и комплексов с участием междоузельных атомов ртути, определяющих донорный тип проводимости облученных кристаллов.

10. Установлено, что радиационные дефекты донорного типа, определяющие электрические параметры материала после облучения электронами и ионами имеют одну физическую природу, независимо от типа и энергии воздействующих частиц. Эти дефекты отжигаются в температурном интервале 80-150 °С. Энергия активации процесса отжига доноров, вводимых при облучении составляет (1.5 0.2) эВ, а порядок реакции определяется размерами и концентрацией стоков.

11. Наблюдается ряд обнцгх закономерностей формирования профилей электрически активных дефектов в Hgi_xCdxTe для случаев ионной

имплантации в стандартных режимах (j<l мкА/см2) и воздействия сильноточных мА/см2 j^l-f-lO А/см^) импульсных ионных пучков:

насыщение значений концентрации электронов в максимуме п(х) на уровне 2-1018 см"3; локализация распределений п(х) на глубинах много больших глубины пробега иона, и смещение профилей в глубь полупроводника с ростом интегральной дозы облучения. Вместе с тем, глубина залегания дефектных профилей в случае сильноточной имплантации существенно меньше, чем в случае стандартных режимов для тех же доз облучения и определяется процессами «самоотжига» первичных радиационных дефектов.

12. Показано, что воздействие сильноточных импульсных пучков не приводит к нарушению стехиометрического состава поверхностных слоев

Hgi_xCdxTe при дозах облучения менее 1017 см"'2. Степень дефектности материала, определенная с помощью анализа спектров POP), после облучения дозами 10^6^-1017 см-2 равна 30 %, что соответствует уровню насыщения дефектности материала при традиционных (j-l мкА/см^) режимах имплантации тяжелых ионов.

13. Впервые, при помощи метода медленных позитронов, определены профили пространственного распределения вакансионных дефектов, образующихся при ионной имплантации. Установлено, что распределение дефектов вакансионного типа не совпадает с распределением электрически активных радиационных дефектов. Анализ пространственного распределения радиационных дефектов показывает, что радиационные доноры в КРТ являются дефектами междоузельного типа, вероятнее всего, комплексами на основе междоузельных атомов ртути.

14. Предложена модель радиационного дефектообразования в узкозонных твердых растворах КРТ при воздействии высокоэнергетических ионов, включающая диффузию и комплексообразование первичных радиационных дефектов междоузельного и вакансионного типов. На основе проведенных численных расчетов получены профили распределения радиационных дефектов, которые хорошо согласуются с экспериментальными результатами.

15. Определены основные механизмы рекомбинации носителей заряда в эпитаксиальных пленках КРТ, выращенных методом МЛЭ. Установлено, что в материале п-типа проводимости с х=0.20-0.23 в области температур, соответствующих примесной проводимости, время жизни носителей заряда определяется совместным действием Оже-рекомбинации и рекомбинации на локальных центрах и поверхности. Для лучших образцов п-типа проводимости получены значения времени жизни 1-2 мкс при Т=80 К. В материале р-типа проводимости в зависимости от дефектности образцов время жизни носителей заряда определяется либо межзонной Оже-рекомбинацией, либо рекомбинацией Шокли-Рида с энергией активации рекомбинационного уровня 0.15-0.22 мэВ.

16. Показано, что для полученных эпитаксиальных структур поверхностный широкозонный слой существенно снижает влияние поверхностной рекомбинации на время жизни носителей заряда. Исследования буферного слоя на границе раздела пленка-подложка показало, что она содержит дефекты типа центров захвата, проявляющихся в виде медленных составляющих на кривых релаксации фотопроводимости. Отмечена резкая зависимость амплитуды медленных составляющих от температуры.

17. На основе проведенных физических исследований разработаны способы радиационной модификации узкозонного твердого раствора КРТ для создания высокочувствительных фотоприемных устройств ИК диапазона:

-улучшение пороговых параметров и повышение однородности распределения по поверхности фотоэлектрических параметров фоторезисторов при облучении высокоэнергетическими электронами материала КРТ р- и п-типа проводимости;

-получение равномерно-легированных кристаллов КРТ р-типа проводимости при проведение радиационно-стимулированной диффузии серебра в процессе облучения высокоэнергетическими электронами;

-формирование п-р переходов в полупроводниковом материале КРТ на основе радиационного легирования ионами аргона и бора;

-применение для создания пространственно-неоднородных структур на основе КРТ высокоинтенсивного ионного легирования не приводящее к нарушению стехиометрического состава поверхностного слоя облученных кристаллов;

-оптимизация режимов работы мощных короткоимпульсных пучков электронов и ионов наносекундной длительности для получения полупроводникового материала и п-р переходов с требуемыми параметрами;

-разработка и создание высокочувствительных фоторезисторных приемников на основе эпитаксиального материала КРТ с использованием методов радиационной модификации материала.

18. Изготовлены лабораторные образцы ИК фотоприемников на основе узкозонных полупроводников КРТ для оптических систем зондирования атмосферы, тепловидения, сверхскоростных спектрофотометров, лазерных систем различного назначения.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Способ получения р-n переходов. ГК по делам изобретений и открытий. // Авторское свидетельство № 786706, приоритет от 23.07.79, публ. 07.08.80.

2. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В., Петров A.C. Время жизни носителей заряда в кристаллах р - Hg!.xCdxTe, облученных электронами. // Физика и техника полупроводников. - 1981. - т. 15, № 4. - С. 676-681.

3. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. и др. Изменение времени жизни носителей заряда в Hgi-xCdxTe при электронном облучении и последующем отжиге. // Физика и техника полупроводников. -1981. - т.15, № 8. - С. 1606-1608.

4. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В., Потылицын Е.А. Шумовые характеристики фоторезисторов диапазона 8-14 мкм в широком интервале рабочих температур. // Материалы VI Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. -1981.-4.2.-С. 214-217.

5. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Время жизни носителей заряда в Hg|.xCdxTe. // Материалы V Всесоюзного симпозиума. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы. Львов: ЛГУ, 1980,-ч.1.-С. 123-125.

6. Войцеховский А.В., Коханенко А.П. Оптимальные параметры фотодиодных приемников. // Материалы V Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. - 1979. - ч.4. - С. 65 - 67.

7. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Способ легирования полупроводниковых кристаллов теллурида кадмия-ртути. // ГК по делам изобретений и открытий. А.с. № 999894, приоритет от 10.07.81, публ. 21.10.82.

8. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. и др. Особенности поведения кристаллов Hgi.xCdxTe, облученных электронами при различных температурных обработках. // Физика и техника полупроводников. - 1983. - т. 17, № 10. - С. 1876-1879.

9. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. High tevperature electron irradiation and isochronal annealing of p- IIgi_xCdxTe crystals. // Radiation Effects. - 1982. - V.66, № 1. - P. 79-84.

10. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Отжиг радиационных дефектов в облученных электронами кристаллах Hgi_xCdxTe. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. - 1983. - т.19, № - С. 1298-1301.

11. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В., Шумовые характеристики кристаллов Hgi.xCdxTe. // Физическая электроника. - 1983. -№ 26. - С. 52-56.

12. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В., Саламатин Б.В. Исследование влияния у и а -облучения на рекомбинационные свойства Hgi.xCdxTe. // Физическая электроника. - 1983. - № 26. - С. 48-52.

13. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Изменение подвижности носителей заряда при электронном облучении Hgi.xCdxTe и последующем отжиге. // Материалы VI Всесоюзного симпозиума. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы. Львов: ЛГУ. -1983.-С. 78 -.80.

14. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Кирюшкин Е.М. Подвижность носителей заряда в кристаллах n-типа Hg!_xCdxTe при рассеянии на ионизированных центрах. // Материалы VI Всесоюзного симпозиума. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы. Львов: ЛГУ. - 1983. - С. 45 -47.

15. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Волошин О.В., Гольман М.Б. Влияние нейтронного облучения на электрофизические свойства узкозонных полупроводников. // Изв. вузов. Физика. - 1983. - т.26, № 8. - С. 118-121.

16. Антонов В.В., Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Казак Е.ГТ. Особенности дефектообразования в приповерхностной области Hgi_xCdxTe при электронном облучении. // Физика и техника полупроводников. - 1984. -т.18, №. - С. 2082-2085.

17. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Кирюшкин Е.М. Подвижность носителей заряда в кристаллах n-типа Hg,.xCdxTe. // Изв. вузов. Физика. - 1985. - т. 28, № 6. - С. 123. (Деп. ВИНИТИ, Томск, 07.01.85).

18. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Карпов С.А и др. Автоматизированная установка для исследования температурных зависимостей гальваномагнитных эффектов в полупроводниках. // Приборы и техника эксперимента. - 1984. - т. 32,№ 4. - С. 243.

19. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Петров А.С. Radiation defects annealing of electron irradiated Hgi.xCdxTe crystals under various the treatments. // Phys. Stat. Sol (a). - 1985. - V.90, № 1. - P. 241-251.

20. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. и др. Аннигиляция позитронов в облученных электронами кристаллах Hgi_xCdxTe (х = 0.2). // Физика и техника полупроводников. - 1988. - т.20,№ . - С. 815— 817.

21. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Петров А.С. Исследование радиационных дефектов в кристаллах Hgi.xCdxTe методом позитронной аннигиляции. // Материалы VII Всесоюзного симпозиума. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы. Львов. - 1986. - С. 126 -129.

22. Коханенко А.П., Лиленко Ю.В., Мамонтов А.П. Характер депфектообразования при облучении ионами Аг+ кристаллов Hg|.xCdxTe. // Материалы VII Всесоюзного симпозиума. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы.Львов. - 1986. - С. 129 - 131.

23. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Коротаев А.Г., Курбанов К.Р. Кинетика отжига радиационных дефектов в облученных электронами кристаллах Hgi_xCdxTe. // Известия вузов. Физика. - 1987. - т. 30, в. 9. - С. 123. (Рукопись деп. в ВИНИТИ 09.02.87).

24. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Коротаев А.Г., Курбанов К.Р. Механизм отжига радиационных дефектов в кристаллах Hgi_xCdxTe. // Материалы Всесоюзного семинара. Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. Павлодар. - 1987. - С. 64-67.

25. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В., Петров А.С. Скорости введения дефектов в Hgi.xCdxTe при электронном облучении. // Материалы Всесоюзного семинара. Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. Павлодар. - 1987. - С. 57 - 59

26. Войцеховский А.В., Коханенко А.П., Волошин В.О., Гольман М.Б. Низкотемпературное облучение кристаллов Hgj.xCdxTe гамма-квантами. // Материалы Всесоюзного семинара. Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. Павлодар. - 1987. - С. 95.

27. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Коротаев А.Г. Исследование отжига радиационных дефектов в кристаллах Hg(_xCdxTe. // Физическая электроника. - 1988. - в.37. - С. 53-58.

28. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Волошин В.О., Гольман М.Б. Низкотемпературное облучение кристаллов Hgi_*CdxTe (х = 0.2) нейтронами и гамма-квантами. // Физическая электроника. - 1988. - в.37. - С. 59-62.

29. Лиленко Ю.В., Войцеховский A.B., Коханенко А.П. и др. Радиационные дефекты в кристаллах Hgi.xCdxTe имплантированных ионами Аг+. // Изв. вузов. Физика. - 1988. - т.31, № 2. - С. 83-89.

30. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Курбанов K.P., Погребняк А.Д. Positron annihilation for defects studies in Hg(.xCdxTe crystals. // Abstracts of 8 th Conferense on positron annihilaation, Gent, Belgium. - 1988. - Part. 2. - P.G. 20.

31. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Коротаев А.Г., Погребняк А.Д. Изучение дефектов в узкозонных полупроводниках Hgi.xCdxTe методом аннигиляции позитронов. // Материалы II Всесоюзного семинара. Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. Павлодар. - 1989. - С.126 - 130.

32. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Коротаев А.Г. и др. Дефектообразование в Hgj.xCdxTe при низких дозах ионизирующей радиации. // Материалы II Всесоюзного семинара. Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. Павлодар. - 1989. - С. 136 - 140.

33. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Киселев И.Л., Коротаев А.Г. Определение параметров электрон-позитронной аннигиляции в кристаллах Hgi_xCdxTe. // Известия вузов. Физика. - 1990. - т. 33, в. 1. - С. 124. (Деп. в ВИНИТИ 05.10.89).

34. Voitsekhovskii A.V., Kokhanenko А.Р., Petrov A.S. et. al. // Investigation of radiation defects in electron irradiated Hg!.xCdxTe crystals using positrjn annihilation. Cryst.Res.Technol.. - 1988. - v.23, № 2. - P. 237-241.

35. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Способ легирования полупроводникового материала теллурида кадмия-ртути п-тииа проводимости. // A.c. № 1589922, приоритет от 21.02.89. Регистр. 01.05.90.

36. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Лиленко Ю.В. Кирюшкин Е.М. Способ легирования полупроводникового материала теллурида кадмия-ртути. // A.c. № 1589922, приоритет от 21.02.89. Регистр. 01.05.90.

37. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Коротаев А.Г. Параметры позитронной аннигиляции в кристаллах КРТ. // Сборник статей. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы. Львов. - 1991. -4.2.-С. 169-171.

38. Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Коротаев А.Г. Особенности радиационного дефектообразования в КРТ при облучении высокоэнергетическими протонами. // Сборник статей. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы. Львов. -1991. - ч.2. - С. 172-174.

39. Kokhanenko A.P., Korotaev A.G., Voitsekhovskii A.V. Positron annihilation in mercury cadmium telluride. И The 10 International Conf. on Ternary and Multinary compounds, Stuttgart, Germany. - 1995. -P. P01-P02.

40. Kokhanenko A.P., Korotaev A.G., Voitsekhovskii A.V. et. al. High pover pulse ion implantatin of HgCdTe. // Mater. Res.Soc.Program.. Boston. -1995.-P.240.

41. Войцеховский A.B., Коротаев А.Г., Коханенко А.П. Электрон-позитронная аннигиляция в узкозонных твердых растворах КРТ. // Изв.вузов. Физика. - 1995. - т.38, №10. - С.3-21.

42. Войцеховский А.В., Денисов Ю.А., Коханенко А.П. и др. Фотоэлектрические и шумовые характеристики эпитаксиальных структур на основе Hgi.xCdxTe (х = 0.22). // Автометрия. - 1996. - №4. - СС. 51-58.

43. Kokhanenko А.Р., Korotaev A.G., Voitsekhovskii A.V. et. al. High pover pulse electron beam modification and ion implantation of HgCdTe crystals. // Proceedings BEAMS-96, Prague. -1996. - Vol. 2. - P. 817-820.

44. Войцеховский A.B., Коротаев А.Г., Коханенко А.П.. Радиационное дефектообразование в кристаллах КРТ, облученных ионами водорода с энергией 10 МэВ. // Физика и техника полупроводников. - 1996. -т.30, №.9. - С. 1565 - 1569.

45. Войцеховский А.В., Денисов Ю.А., Коханенко А.П. и др. Время жизни носителей заряда в структурах на основе Hgt_xCdxTe, выращенного методом МЛЭ. // Физика и техника полупроводников. - 1997. - т.31, №7. -С.774 - 776.

46. Войцеховский А.В., Денисов Ю.А., Коханенко А.П. и др. Рекомбинация неравновесных носителей заряда в эпитаксиальных пленках Hg(.xCxdTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. // Изв.вузов. Физика. - 1997. -т.40, №9. - С.96-101.

47. Voitsekhovskii A.V., Kokhanenko А.Р., Denisov Yu.A. et. al. High power pulse electron beam modification and ion implantation of Hgi.xCdxTe epitaxial structures. // Proceedings of SPIE. - 1997. - v.3182. - P. 375-379.

48. Войцеховский A.B., Коханенко А.П. Профили пространственного распределения дефектов в КРТ при внедрении ионов // Изв.вузов. Физика. -1998. - т.41, №1, - С. 101-116.

49. A.V. Voitsekhovskii, Yu.A. Denisov, А.P. Kokhanenko The study of photoelectric and fluctuation characteristics of epitaxial films CdxHgi_xTe, growing by method of molecular beam epitaxy. // Abstracts of IV International conference on material science and material properties for infrared optoelectronics, Kyiv. - 1998. - P. 60.

50. A.B. Войцеховский, А.П. Коханенко Фоточувствительные структуры на основе твердых растворов Hgi.xCdxTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Изв. ВУЗов. Физика. - 1998. - т.41, № 8. -С. 44-49.

51. А.В.Войцеховский, Ю.А.Денисов, А.П.Коханенко, B.C. Варавин, С.А.Дворецкий, Н.Н.Михайлов, Ю.Г. Сидоров, М.В. Якушев Особенности

спектральных и рекомбинационных характеристик МЛЭ-структур на основе HgCdTe. // Автометрия. - 1998. - в.4. - С. 47-58.

52. Войдеховский А.В., Волошин В.О., Гольман М.Б., Коханенко А.П. Радиационная физика узкозонных полупроводников. г.Алматы, изд-во "Гылым" (Наука), Казахстан, 1998, с. 165.

53. Voitsekhovskii A.V., Denisov Yu.A., Kokhanenko A.P., Kulchitskii N.A. Carriers lifetime in Hgi_xCdxTe grown by volecular beam epitaxy. // Proceedings of SPIE, 1999, v. 3725, P. 286-290.

54. Voitsekhovskii A.V., Denisov Yu.A., Kokhanenko A.P., The study of photoelectric and fluctuation characteristics of epitaxial films CdxHgi_xTe, growing by method of molecular beam epitax " ~ " of SPIE. - 1999. - V.

-3890.-P. 186-190.