Рекомбинационные и акустостимулированные процессы в полупроводниках сложного состава и твердых растворах на основе соединений A2(Cd, Zn, Hg) - B6(Se, Te) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

)РДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК ТУРКМЕНИСТАНА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ И АКУСТОСТИМУЛИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ СЛОЖНОГО СОСТАВА И ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ А2(Сс1, 2п, Нд) - В6(5е, Те)

На правах рукописи

НУРМУХАММЕДОВ Какаджан

УДК 537.311.322 + 535 + 540.48

01.01,10 — физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ашхабад —

/

! С'

Работа выполнена в Туркменском политехническом институте ^ Институте полупроводников АН Украины.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Суханов С. С.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Ссргинов Л1,

(ФТИ ЛН Туркменистана, г. Ашхабад) кандидат физико-математи ческих наук доцент Ягшыгсльдиев А.

(Институт народного хозяйства, г. Ашхабад).

Ведущая организация:

НПО «Физика-солнце» (АН Республики Узбекистан).

Защита состоится «22» апреля 1992 г. в ^у час. на заседает специализированного совета К 014.07.01 по присуждению ученой степеш кандидата физико-математических наук при физико-техническом институте АН Туркменистана по адресу: 744000, г. Ашхабад, ул. Гоголя, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Академии .паук Туркменистана.

Автореферат разослан « ^^ » ¿Рр 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, ^

кандидат физико-математических . „ ""

наук, старший научный '¡^Х?^^-1^* )

сотрудник ,¿¡1. БЕКМгЕДОВА Н. Г.

Актуальность темы. Интенсивное развитие твердотельной электроники, в особенности фото-, оптоэлектроника я интегральной оптики, стимулировало постановку и проведение комплексных физических и технологических исследований новых полупроводниковых соединений сложного хикичеокого состава - бинарных, тройных с соединений и твердых растворов на их основе. Этс связано, в первув очередь, о тем, что в полной мере необходимые функциональные., нагрузки современных твердотельных приборов на могут быгь реализованы на базе одноэлементных материалов, хорошо освоенных промышленностью (хремний, германий). С другой стороны, специфические свойства слошшх полупроводников типа я А^В6 позволяют реализовать на практике качественно иной кг ас г. приборов как базовых элементов новейших направлений твердотельной электроники. Примером атому нокет служить развитие интегральной оптики на основе соединений и твердых растворов РеР.

Полупроводники типа А2В6 (ходькогевиды кадмия и цинка) являются в отон отношении одним из наиболее перспективных. Как известно, они обладает уникально высокой "фоточувствительностьо в широком спектральном диапазоне - от гамма- и рентгеновских излучений до видимой и инфракрасно!} областей спактра, а также корпус кул ярким потокам. Специально обработанные кристаллы с широким спектром фото- и катодолвкикасценции позволяют получать спонтанное и лазерное излучения различных длин золи, реалэзоэать ряд новых способов преобразования по частоте и усиления света»

Весьма важный для практического ¡«пользования ебстоятельсета» ми является изоморфность большинства вещзств этого типа, допускавшая синтез непрерывного ряда твердых растворов с переданной шириной запрещенной зоны, относительная деиевизна, простота и разнообразие технологических способов нх получения и модификации физических свойств.

Сравнительно недавно на стыке таю« наук, кик .......ч •гаердс!~

го тела,.физическая акустика и радиофизика возникло и начало интенсивно развиваться новее направление - ак/устоэлектрогака, охватывающая широкий круг явлений, связанных о возбуждением и распространением различных типов упругих волн в твердых толах, их взаимодействием со свободными и связанными носителями заряда. В полупроводниках воздействие акустически,1: волн обусловлено ток,

- И~

что смещение атомов в кристаллической решетке, вызванное ультразвуковой (УЗ) волной, приводит к изменении внутрикристаллических полей к состояния электронной подсистемы, что может быть зареге-стрировано как изменение параметров акустической волны - скорости ее распространения и поглощения. Изучение влияния УЗ на свойства твердого тела интенсивно проводится и в связи с возможностью обнаружения и целенаправленного изменения дефектной структуры кристаллов. Взаимодействие УЗ с протяженными дефектами (дислокации, - стенки малоугловых границ, поры и включения второй фазы) перестраивает систему точечных дефектов решетки. Протекание таких акуотохимических реакций может приводить к существенному изменение электрофизических параметров, фоточувствительности и квантового выхода рекомбинационной ленинесценции.

В этом плане ультразвуковая (акустическая) обработка может рассматриваться как перспективный метод целенаправленного изменения физических свойств полупроводниковых материалов.

Предварительные данные, полученные на кристаллах СсЛБ. СА£@, твердых растворах СаЗд-.Зв^-х. указывают на еффехтивность этого метода обработки.

Цель, задачи и объекты исследования, методики. Целью работы являлось установление общих и специфических закономерностей воздействия ультразвуковой волны допороговой мощности на .фотоэлектрические и лвминесцентные характеристики полупроводниковых материалов сложного химического состава и различной степени кристалличности.

В качестве объектов исследований взяты:

- монокристаллические и поликриоталлическае бинарные соединения А2В6 (Сс1$, Cd.Se ) ;

- вгарокоаонные монокристаллические твердые раствори Сс^Бд^ ■5Сх-х к ЯпА** переменного состава во всей области

'.составов;

. - узкозонные твердые растворы Сс^Кс^^Тв в полупроводниковой фазе, состава х=гО,2 ; ,

. - сдоистие кристаллы тройного химического соединвнияТ£$^Ь^

.Дня реализации поставленной цели ресшись задачи комплексного исследования полупроводниковых и механических свойств крисгцд-

- а -

лов и слоев, включающие в себя регистрацию я теоретическую обработку следующих зависимостей: текновая проводимость и эффект Холла, термостимулировздная проводимость, фотоэлектрические характеристики (температурная зависимость фототека, спектральное распределение фоточувствягедьности, люкс-амперная зависимость, кинетика фототека), характеристики краевой и примесной фотолюминесценции (спектр свечения, температурное гаиение) - для установления рекомбинационной модели, механизмов излучательной рекомбинации и определения параметров соответствующих центров, механических и акустических параметров (внутреннее трение,- коэффициент поглощения и скорость распространения УЗ волны) - для установления механизма и степени взаимодействия ультразвука с дефектной структурой кристалла. '

Необходимым условием выполнения работы явилась модификация методик измерения перечисленных выше характеристик с целью для приведения их в соответствие со свойствами и параметрами исследуемых объектов.

Научная новизна. Положения, определяющие научную новизну работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Показано, что поликристаллические и текстурированные слои Cd.Se , полученные .химическим методом из солеи _кадмия и селена при низких температурах, обладают сложным спектром примесного фотоэффекта - суперпозиция нескольких полос - связанны с развитой системой примесно-дефоктных центров как вследствие несгехиометричности состава. Анализ фермы кривой спектральной зависимости примесного фототека, наряду с энергией ионизации уровня, позволяет установить тиа ошгичеокого перехода и знак Но1-рашавесяых носителей заряда (НИЗ).

2. Установлено, что колебательные спектрн инфракрасного поглощения кристаллической решетки твердых- растворов 5?п.хСс11_х'1'е (Ох*1) имеют двухмодовыи характер, типичный для трехкомдонент-ных твердых растворов. Колебания связей Сс1- Те не испытывают деформации при изменении состава - изменения содержания «5? П .

Обнаружено, что спектр краевого свечения кристаллов

при низких температурах (> 40 К) содержит три полосы, возникающие при излучателышх переходах в донорно-ак-«апгорных парах и аннигиляции свободных экситонов. Укиренло до-

лбе' и размытие их чюнонной структуры для срецины составов твердого раствора (0,4гх«0,6) обусловлены влиянием потенциальных оарьерив, связанных с пространственными флуктуацияш состава. ■

4. Показано, что ультразвуковая модуляция величины (¿огочувст-вктелькости кристаллов Сс1£ х5е , (х = 0,1) связана с изменением электронного заполнения рекомо'инационных уровней при освещении и образовании мелких компенсированных доноров - центров прилипания для основных ЯНЗ. Их концентрация при ультразвуковой ооработ-

, -кё¡варьирует в пределах от 4 1014 до 10^ см"3.

5. Оонаружено, что изменение содержания электрически и фотоэлектрически активных центров в кристаллах <52 П хСс^_хТе при их УЗ'обработке возникает при' адюешкздии примесно-дефектных атмосфер

;с,последующей диффузией дефектов'в объем кристалла. Следствием процесса является модуляция электрических, фотоэлектрических и люминесцентных характеристик и параметров кристаллов.

6. Установлено, что изменение внутреннего трения и коэффициента электромеханической связи в кристаллах Сс15 и твердых растворах Сс15х Бе ]__х (х = 0,1) зависит от их дислокационной структуры, рост внутреннего трения при больших мощностях УЗ волна-вызван развитием йластичной деформации кристалла при генерации краевых дислокаций одного механического знака.

< . Защищаемые положения:.

I. Полупроводниковые кристаллы • И хСс^_хТе образуют непрерывный ряд твердых растворов (|>х*1) 'во всей области составов, о чем'свидетельствуют даухмодовый характер спектра инфракрасного оптического поглощения, закономерное смещение спектров примесного фо-. госфректа и краезой ракомбянационной лмшесцвицщ о изменение^ ОО' . става. • 11римесн.о-дейекгныв. уровни - центры рекомбинации, свечения и 4 прилипания ШЗ - образуют две группы, энергетические положения 'хо-,торых неизменна по отношению к валентной зоне либо зоне проводи-1 МОСТИ. ,

1 V . 2. Рекомйшацкошыв схеш и дааграшьг дримесно-дефектных ^уровней,и электронных переходов при оптическом возбуждении фото* чувствительных кристаллов сложных полупроводников в принципе 'Г идентичны,•не;только химический состав (.двойные.и тройные соеди-,'нения,. твердая растворы), но и степень криоталлаяности (моно- щ • уподшсрксгалды, текстура в - слоистые кристаллы) на" являются опреде-'! дщщдаи." Разтчие'связано с количеством _ рекомСинационно активных

центров, их содержание возрастает с увеличением степей* дефек-' тности кристаллической решетки и максимально в разупорядочейных многокомпонентных твердых растворах С?пхСс1^хТе) и поликристаллах (Col.Se )•

3. Под воздействием ультразвука в бинарных соединениях (С(А5е) и твердых растворах А2В6 (Сс15х$е XПхс^х-хТе» Со^Н^|_хТе) происходят изменения электрических, фотоэлектрических,• люминесцентных и шумовых характеристик, обусловленные перестройкой примесно-дефекгного состава и спектра уровней в запрещенной зоне. Изменения содеряания различного типа центров (рекомбинации, свечения, прилипания) возникают при взаимодействии ультразвуковой волны с дислокационной структурой кристалла - диссипацией прикесно-де-фектных дислокационных атмосфер с последующей акустостимулирован-ной диффузией дефектов в объем кристалла.

Практическая значимость. Заключается в оледующем:

1. Химический метод получения СА5е из солей кадмия и селена с восстановителем позволяет получить однородные поликристалл лические и гексгурированныв резнепгакыв слон о высокой фэго-чувствигельносгью. •

2. Разработаны ультразвуковые режимы изменения фотоэлектрических и люминесцентных характеристик кристаллов бинарны» соединений а2в6 (cd.Se) и их твердых растворов (Сс15х 8 е. тх,

^ хСс1^хТе) в направлении стабильного увеличения фоточувстви-. тельности и квантового выхода свечения.

3. Установлен режим (частота, модность, длительность) УЗ обработки узкезонкых твердых растворов Сс^Н^_хТо, позбояяягций существенно, до порядка величины подавлять избиточпуо низкочастотные шумы в фоторезискшшх кристаллов-приемников ПК излучения.

'4. Разработана автоматизированная лазерная устаиоЕ:« для измерения амплитуд и фаз поверхностных акустических волн г. различных акустоэлектронных устройствах - для контроля качества полупроводниковых материалов и приборов.

Апробация работы. Основное содергаи'?е диссертп.т.работы долокено и обсукдено на научно-техкпчгской кон^ерзпцил "Лкусго-электрические и фотовкусгические метода квсяздоЕзнп" по.т/при-воднпков. Состояние и перспективы (Каев, 193?г) Зсасовэной конференция "Фзуктуационнно явления в физических скотомах (Паланга, 1983г), научно-технических совзсэкиях по акусто-злс^гро-ника в фотсакустшез (г. Киев, 1988-1989 гг.), на научных семинарах

в Ш .АН УССР и в У>та АН Туркменистана, на кафедре физики Ш.

Публикации. Маториалы диссертации опубликованы в 11 печатных работах. Список работ приведен в конце автореферата.

Структура й объем. Диссертационная работа состоит из введе-4 Ш1Я, четырех глав, включая обзорнуг, заключения и списка цитируемой литературы (145 наименований). Она изложена на 174 страницах машинописного текста, содерисит46 Рис- и 3 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе, которая носит обзорный характер, собраны сзэдения о характеристиках использованных в работе полупроводниковых соединений и твердых растворов, рассмотрены характерные чер'Л! .рекомбинационной модели, типичной для высокоомных и фото-• чувствительных кристаллов типа А*^, основные методы определения параметров центров рекомбинации, свечения и прилипания. Приведена информация о влиянии УЗ разработки кристаллов основных

механизмах взаимодействия ультразвука с дефектной структурой кристаллической решатки, что необходимо для равсмотрения обнаруканных акустоотимулированных эффектов в исследуемых объектах.

Глава 2 носит методический характер. В ней рассмотрены . использованные в работе методики измерения электрических, фотоэлектрических и люминесцентных характеристик. Эти методики и соответствующие измерительные установки были модифицированы в направлении обеспечения надежной регистрации сигналов датчиков при метрике исследуемых кристаллов (бинарные и тройные соединения СсЦ>, Cd.Se, ГСЗёбе»» и твердые растворы £п„С<1г уТе. Сс15уБе и Ц^Ге).' ' . ■

Лапа описания аппаратуры ультразвуковой объемной обработки полупроводниковых материалов методш реайнанса-антирезонанса, . оригинального измерительного стенда для лазерной, регистрации .амплитуд и (?аз поверхностных акустических волн (ПАВ) в полупровод-■ никоаых кристаллах и приборах в диапазона частот 15-300 ¿'¡Гц.

Известные установки для измерения параметров ПАВ громоздки и сложны в настройке, мало пригодны для работы в широкой полосе .частот испытуемых образцов и не приспособлены для контроля лх параметров в процессе производства и эксплуатации.

Разработанный стенд в значительной степени устраняет эти недостатки. Схемными и конструктивными мерами в нем достигнуты существенные преимуцества, в частности: высокая чувствительность к малым амплитудам, стабильность и повторяемость измерений, простота перестройки в широкой полосе рабочих частот, повышенное соотношение сигнал/шум.

Глава 3 содержит результаты оригинальных исследований про- ' цесса рекомбинации в бинарных соединениях АгВ6 (слои Сс15е), широкозонном тройном химическом соединении на основе селена

и твердых растЕоров ^"пхСЫ^осТе (НЭС^О). Для получения информации анализировались различные физические характеристики как равновесные (электропроводность эффект Холла), так и неравновесные - оптическое поглощение, термостимулированная проводимость (ТСП) и фотопроводимости (£П), рекомбинационная фотолюминесценция ($Л). Основное внимание уделено поиску общих закономерностей как следствия реализации основного для широкозонных фотопроводников механизма рекомбинации - через локальные уровни в запрещенной зоне, а также индивидуальных черт рекомбинационного процесса в материалах различного химического состава и структурного совершенства.

Поликристаллические слои Сс15е. Получались путем пульверизации на горячую подложку водного раствора солей кадмия, селена и восстановителя со скоростью 5 мл/мин. По данным рентгеноструктур-вого анализа л слоях с избытком конденсируется вюрцитная фаза, избытком Сс1- сфалеритная фаза СА5э, удельное поверхностное сопротивление слоев в пределах 2-Ю7*7«Ю1С Ом/а при 300К. Спектральная фогочувствительность расположена в широком диапазоне от 510 ИМ до 890 им, существенно повышается при проведении активирующего термического отжига. В спектрах фотоломинесценции регистрируются узкие полосы при И 0»*.«!,70 и 1,74 эВ и широкая незлемен-тарная полоса при Н1)ц\. =1,2'» - 1,33 оВ - полосы 1,03, 1,30 и 1,50 эВ в "толстых" слоях и 1,05, 1,34 и 1,51 эВ в "гонких" (при ЗООК). ■ - . ч

Наиболез интенсивные полосы (0)^=1,3 я 1,09 эВ возникают при захвата электронов лй центра фоточувствительности, коротковолновое излучение - захвате на мелкие акцепторы с глубинами залегания Еу^'0,12 и 0,04 эВ. Энергетические положения фотоактивных уровней определялось по спектрам примесной #П при их сопоставле-

шш с рас читанной для глубоких компенсированных центров спектральной зависимостью'сечения фотоионизации в с-зону S n (hi) и lf-зону ^p(Ki). Характерно, что: зависимость более

пологая и положение ее максимума соответствует анергии '-2 Eel, функция Sp(hijpe3Ko обрывается с коротковолновой стороны при

связан0 с различной плотностью состояний в зонах свободных носителей. По характеристикам S(h*) знак неравновесных

• носителей заряда (ННЗ) в CcLSe и "¡ZS&Se ^ при примесном возбуждении - электронный, Sn xCdj_xTe - дырочный.

'Тройное соединение Т£5€5е • Кристаллы имеют слоистую структуру в ромбической и моноклинной фазе с удельной электропроводностью 6т =10"^ Ю-1* см"'*. Спектр Й1 содержит два основных максимума при 0,4 и 0,Ь5 эВ (собственный), отношение при 76К достигает 10^ ( - при освещенности 1С? Як). Обнаруже-' ни аффекты: термической активации и гашения фототока, сверхли-нейноати люкс-амперной характеристики (MX) и ее насыщения при экстремально высоких уровнях возбуждения. Методами, изложенными в С I Ъ 0ПРеДелены параметры 'Ъ -центров фоточувствительности: концентрация. М"2 * 5 10^ см-'', электронное сечение захвата S/ri"I - 2 1С"20 си2, EVz, «0,32 - 0,35 зВ. Глубина залегания t-уровией прилипания — 0,12 эВ (по данным ТСП).

Твердые растворы р-<27i xCdj_x"Te. Выращивались модифицированным методой ' Бридкмена-Стокбаргера. Спектры Щ-пропускания имеют двухнодовый характер во всем диапазоне составов (0<х<1). При малой содерканииЗп преобладает низкочастотная полоса (колебания .связи CcL- Те), ее роложение от состава не зависит. Высокочастот ная'Мода (колебаниями-Те) смещается в высокоанергетическую область с ростом содержания • По данным оптического поглощения зависимость Eg(x) имеет линейный характер, что согласуется с данными ФП и экситонной $Л. Рекомбинационная модель имеет типич-

• вый для фотопроводников многоуровневый характер. Температурная активация темнового. и фототоков определяется однимиии теми же уровнями - компенсированными акцепторами с Е -0,05-0,06 и 0,15-0,16. зВ;

■ Ссектры М содержат ряд широких полос, связанных с излу-чательным захватом дирок на донорные уровни (центры рекомбинацш и' свечения). Независимость .их энергетического положения от сост: ва по отноаешв к с-йоне указывает на связь центров с вакансией

катиона ( 1?сЛ ' ¿¿Гл. Акцепторные уровни связаны с состояниями -зоны.

При низких (<40К) температурах краевая М во всем интервале составов содержит три основные полосы (НЛ,2,3 )• Полосы W2 » W3 характерны для крайних компонент CdTe и Жп Те. Однако их фононная структура при x>0,U5 сильно размыта, больше и полуширина д е: л Е2*40 мой и дЕ^^О мэВ. Наиболее интенсивная полоса СWj) при х<0,2 имеет тонкую экситоннуг структуру, которая в сере-, динных составах (х=0,4-0,6) исчезает. Для полосы W 2 характерны два участка термического гашения с энергиями Е^»2-Э и 39 мэВ, гашение IA/3 наступает при Т?77К с Е^*150 мэВ. Полосы wg и iv 3 связаны :с излучательными переходами в донорноакцепторных парах, в состав которых входит мелкий динор и более глубокие акцепторы о Еу^ 40 и 150 мэВ. Структура полосы V\/\ в составах х»0,5 вызвана рекомбинацией в продольной и поперечной поляритонной.ветвях. При повышении температуры относительный вклад поляритонов возрастает в связ! с делокализацией экситонов на глубоких уровнях. Такие уровни в твердых растворах могут быть образованы, в частности, потенциалом пространственных флуктуации состава или микрокластерами из атомов растворяемой компоненты.

В главе 4 приводятся результаты исследования УЗ обработки кристаллов CdS, CcLSe, твердых растворов Cd^xSe i^x'jZtlx Cdj_xTe и C^HjJj^Te на их электрофизические, механические, фотоэлектрические и двминэсцентные и шумовые характеристики.

Обсуждаются возможные механизмы взаимодействия УЗ волны с протяженными (дислокации) и точечными дефектами кристаллической решетки. Предложена интерпретация обнаруженных акустостимулирован-ных эффектов, предложены режимы направленного изменения характеристик фотопроводимости и люминесценции для практических использований.

Монокристаллы Cd5. Проведено сравнительное исследование внутреннего трения 0,i "* для исходных и подвергнутых УЗ обрабст-тке допороговой мощностью образцов ^10 методике, описанной в По временным зависимостям ОС'Ч'Ь) установлено,' что стабилизация внутреннего трения после введения неравновесных дефектов закалкой происходит значительно быстрей в образцах второй партии в силу, сгимулляции процесса их диффузии ультразвуком-тем самым резко'

'сокращается время "отжига" неравновесных по объему дефектов и 1 фоновых примесей.

Твердые растворы CcL5 .Se т „ УЗ обработке подвергались выЛ . Т ^ Т" _

сокоомные кристаллы С ^г с1С"7-1С"3 Ом^см ) во всем диапазоне составов. Колебания возбуждались собственным пьезоэффектом вдоль оси С на частоте продольного резонанса (200-500КГц). Влияние УЗ обработки на спектральные зависимости фототока 0$6 (А) неоднозначно. Акустостимуллированное увеличение фоточувствительности максимально для примесной §П, новые полосы фотоэффекта не возникает, С модуляцией ФП коррелирует величины тем новой проводимости и ТСП (пик при ИК). Анализ ПАХ показал, что изменение фоточувствительности связано с ростом/^ (либо падением) дырочного заполнения 2-центров рекомбинации, вызванного их оптической перезарядкой в связи с заполнением уровней прилипания, концентрация последних .изменяется в пределах _ = 4-7 Ю1** см при ^^ДО^см-^,

Ко известному для А^В^ механизму при достаточно высокой интенсивности УЗ колебаний дислокационные линии в случае срыва с промежуточных точек закрепления на дефектах (модель 'Натянутой струны") могут как захватывать дополнительные течки закрепления, так и приводить к разрушения котгреловских атмосфер с последующим изменением содержания доноров в объеме кристалла.

. В образцах Сс1$х вС |„х (х'0,1) изучены амплитудные зависимости коэффициента электро^еханическсЯ салзк К и 6С от интенсив-» ноем УЗ обработки: до превышения динамического диапазона текучести их величины растут, далее К падает. Изменяется и соотношение между амплитудо-заьисимым и независимым внутренний трением. Характеристики имеют вид, типичный для кристаллов, движение, дислокаци в. которых определяется двумя механизмами, различающимися уровнями сил связи с точками закрепления - стопорами. Рост концентрация .стопоров ведет к уменьшению дислокационного вклада в электромеханическую связь в пьезоэлектрических.кристаллах. Аналогичные зависимости реализуются в кристаллах Со15 (СсЬЭ^Зе 1_х, Х-=1),

Твердые растворые2(1хСс1|_хГв. Кристаллы раствора, не являются пьезоэлектриками (кубическая модификация), и действие УЗ обработки на структуру точечных дефектов и фоточувствительносгь могут но-епть чисто дислокационный характер. Изучались низкоомные образцу в плотностью дислокаций Ю^см (группа А) и высокоомные с У> Ю^см(группа В). £ группе А для всех составов ¿3 обработка ведет ,к уменьшению(Л), в группе Б - ее увеличению.

Ноиио; полосы ^П не возникают, характер зависимости темиовой проводимости бг ( ) Н0 изменяется. Модуляция интенсивности примесной ФЛ. коррелирует о величиной ФП. Действие УЗ обработки, как и в кристаллах С<£5, определяется следующими факторами: а) дрейфом заряженных дефектов (центров) в электрическом поло колеблющихся дислокаций ; б) захватом ими этих центров; в) отходом освобожденных дефектов от дислокаций ; г) возникновением и "раз-; множенном" дислокаций - при больших мощностях УЗ волны.

В кристаллах группы А преобладает фактор г), что приводит к уменьшению величин 5Г, , группы £ - фактор в) - с насы-

щением объема дополнительными центрами рекомбинации и свечения.

Твердые растворы Для выяснения природы избыточ-

ных 14? шумов важное значение имеет их исследование при различных физических воздействиях - температурных, механических, радиационных. В последнее время было показана эффективность влияния УЗ обработки на электрофизические и фотоэлектрические характеристики кристаллов и приборов на основе узкозонных полупроводников» Еумр-вые характеристики изучались на цбразцах с состава х=0,26 с параметрами /5? *5*7 Ю*4 см-3 и./^,—10 см^/В с при 77К. Спектральная плотность шума до и после УЗ обработки квадратична по току, изменяется с частотой по закону «¿У с показателем у =0,97-1,15. Уровень избыточного шума (параметр рО при УЗ обработке иыоет тенденции к снижению до порядка величины. Механизм эффекта ыокет быть объяснен генерированием точечных дефектов, их скоплений колеблющимися дислокациями с последующей УЗ-стимудлшровашюВ :>.х диффузией из объема на поверхность и нейтрализацией.

Основные результаты и выводы. <

1. Поликристаллические и текстурированныэ сдои я-Cd.Se, полученные осаждением солей кадмия и селоза с восзтякс.Г!чтслеа гг' кестехиометричссксм составе обладают высокой фоточувствительностъз,

2. В спектрах фотогока слоев Со15е присутствуют три гаксич/ма с анергиями 1,72+0,15; 1,55+0,12; 1,33+0,1 зЗ, связаннее сптичадкоп ионизацией центров фоточувсгвительноота и мелких чцх уровней.

3. На основании расчета спектральных зввйскмостзй сенега.*' гоионизации глубоких акцепторных конпэнй^роЕзнных уровней « типичных ^центров фоточувствительности в электронных фогсароаодниках

А Вс_ показано, что по форме кривой спектральной зависимости фототока, наряду с энергией оптической ионизации уровня, можно установить тип электришого перехода и знак неравновесных носителе;! ' заряда. 'V

- и -

В слоистых кристаллах Т^Бббе по характеристикам тем-нооой и фотопроводимостей,термостимулированной проводимости, а также кинетики фототока установлена рекомбинационная модель и определены параметры центров рекомбинации и прилипания.

5. Измерены колебательные ИК спектры поглощения кристаллов

установлен их двухмодовый характер во всем диапазоне состава (0<х*1). Колебания связей С1-- Те практически не испытывают деформации при изменении содержанияХп..

6. По характеристикам темновой и фотопроводимостей, фотолюминесценции в твердых растворахТе:

- установлена энергетическая диаграмма рекомбинационно-ак-тивных уровней з запрещенной зоне, включавшая несколько типов центров рекомбинации, свечения и прилипания неравновесных носителей заряда ;

- обнаружены два типа примесно-дефектных центров, энергетические уровни которых неизменны по отношению к с-зоне (тип Б) либо У-зоне (тип А), центры типа Б (центры рекомбинации и свечения) могут быть 'построены на базе вакансии катиона ( ) ;

- в качестве уровней прилипания неравновесных дырок в ¡?пх С<1|_хТе выступают компенсированные акцепторы с глубиной залегания Еул =0,15 - 0,17 эВ, одновременно определявшие величину и температурную зависимость темновой проводимости кристалла, их энергетическое положение от состава не зависит (тип к).

7. При низких температурах в спектрчх свечения кристаллов Хц уСс^_хТе преобладагт три краевые полосы свечения, связанные с излучательной рекомбинацией через дснорно-акцепторные пары и излучательной аннигиляцией экситонов (наиболее коротковолновая полоса). Глубины залегания акцепторов в парах равны Яул"^ и 150 мэЗ (тип А).

8. Специфические черты краевой люминесценции в/£пхСА|_хТе

- размыгие фононной структуры, уширение полое для срединШК составов, возрастание вклада поляритонов с повышением температуры - могут бить объяснены влиянием потенциального рельефа, связанного с пространственными флуктуациями состава твердого раствора

9. Ультразвуковая обработка позволяет существенно ускорить процьсс диффузии точечных дефектов решетки в монокристиллических образцах СсАБ, подвергнутых предварительной закалке.

10. Ультразвуковая обработка кристаллов тьердых растворов п-Сц.5х Э приводит как к увеличению, так и енгтемйю фоточувствительности при равных уровнях оптического'возоукдекия.

11. Подавление фоточувствительности кристаллов Col SxSei„x

(х«ОД) при /3 обработке связано с изменением дырочного заполнения ре-комбинационных центров при увеличении концентрации мелких компенсированных доноров - уровней прилипания для электронов« Их концентрация при УЗ обработке изменяется от 4 10^ до 10 си"'3.

12. Ультразвуковая обработка кристаллов Лfia.CdVJJe мощноотьв ниже пороговой на приводит к образовании новых полос примесного; фотогока и фотолюминесценции, изменяя лишь их интенсивность. .'<

13. В ниэкоомных кристаллах .«Г^СоЦ.аГТе о малой плотности) дислокаций УЗ обработка приводит к уменьшению темновой и фотопроводи-мостей и интенсивности рекомбинациоиной фотолюминесценции, в ' высскоомных'кристаллах с большой плотностью дислокаций - к увеличению этих характеристик.

14. Изменение содержания в объеме кристаллов «¿ГллСсА<_х*Те электрически и рекомбинационно-активных уровней может бить обусловлено освобсадениен захваченных дислокациями соответствующих примесей и дефектов, служащих "точками" их закрепления.

15. Внутреннее трение ОС* и коэффициент электромеханической связи К в Cd-S и твердых растворах Cd-Sx •Se^.jc. состава ¿«0,1,' определенные по взаимодействий УЗ водна с объемом кристалла, ¿зависят от его дислокационной структуры.

16. Рост внутреннего трения в ColS® Se« -х (x*Q,I) при больших УЗ-модностях стимуллирован развитием плаотической деформации кристалла и генерацией краевых дислокаций одного механического знака. Уменьшение величин и К в результате УЗ-обрабогки может быть вызвано подавлением дислокационной деформации (релаксация напряжений) вследствие акустостимуллированной диффузии точечных , дефектов-стопоров. „ ; ;

IV. Ультразвуковая обработка узкозоинах кристаллов Gd^H^.Je (хж0,2б) приводит к существенному (до порядка величины) подавав-: нию избыточных низкочастотных шумов, благодаря перестройке дефектов в объеме - их генерированием в дислокационные атмосферы с последующим выходом на поверхность кристалла и нейтрализацией. ¡ ¡

ЗАШЧВНШ ' f ' ; yy]¡

В заключении работы отмечены два обстоятельства, имеющие нв' только научное, но и прикладное значение. .■

Основным условием реализации высокой фоточувствительности-з , кристалле является наличие специфических центров рекомбинации,;ío6y-¡

сдавливающих, в свою очередь, высокую монополярность фотопроводимости. Присутствие иных типов рекомбинационных уровней, связанных с собственными дефектами либо химическими примесями, должно приводить к подавлению фоточувствительности и, как правило, квантового выхода свечения. В этой связи, естественно окидать, что сильнодефектные полупроводники (слоистые кристаллы, поликристаллы и твердые растворы с большим отклонением от стехиометрии) по величинам этих параметров будут значительно уступать таким модельным материалам как Cd.Se. Проведенные на объектах с различной степенью кристалличности, исследования, показали, что несмотря на большую степень дефектности может быть реализована ¿х мвокая фоточувстви-телыюсть как в области фуадаментального, так и примесного поглощения, что необходимо учитывать при разработке элементной базы твердотельной фото- и оптоэлектроники.

Использование ультразвука допороговой мощности, который не приводит к разрушение кристаллической решетки, сравнительно малые длительности воздействия, возможность реализация обратных процессов делают ультразвуковую обработку одним из эффективных методов целенаправленного управления свойствами полупроводников. Это весьма важное обстоятельство, поскольку в большинстве случаев при практическом использовании полупроводниковые материалы требую? коррекции их физических параметров б целях оптимизации разрабатываемых электронных приборов и конструктивных элементов.

Класс таких приборов на базе соединений и твердых растворов ксВй весьма широк. Это - фоторезисторы ультразвукового, видимого и инфракрасного спектральных диапазонов., фотоэлементы-преобразователи солнечного света, фотодиоды» фотолюминесценткые экраны и ячейки, датчики рентгеновского и корпускулярного излучений, интерференционные фильтры и зеркала, просветляющие покрытия и модул торы лазерного излучения.

Список работ, опубликованных по тема диссертации:

1. Гарягдыев Г., Городецкий И.Я., Герасименко B.C., Тальянский Э.Б., Рыбак E.H.. Суханов С.С., Ьурмухаммедов К.,Оптические, фотоэлектрические и люминесцентные характеристики, полупроводниковых твердых растворовÄnxCdj;_xTe /Изв.АН ТССР, сер. физ.-техн., хим. и геол. наук, 1987, #3, С. 12-16.

2. Гринчешен И.Н., Городецкий И.Я., Красовский В.Ф., Нурмухаммедов К./Фотоэлектрические свойства монокристаллов ТС,5€5б2. /Изв.. АН МССР, сер. физ.-техн. и мат. наук, I9Ö7, №2, С.62-64.

3. Здебский А.Л., Бакши И.С., Кодалашвили И.Ш., Нурмухаммедов К., Сальков Е.А., Хижняк Б.И. Акустостимуллированнов снихение уровня избыточного шума в n-Cci Н^_хТе //В сб. "Флуктуационкае явления в физических системах / Всесоюзная конференция, сентябрь I960, Паланга. Вильнюс: I9dS, C.I3I-I33. •

Агаев Я., Бабенцов В.Н., Гарягдыев Г.-, Горбань С.И., Городецкий И.Я., Нурмухаммедов К. Электронные переходы B-2hxCdj_xTe при низких теклературах /Изв. АН ТССР, сер. физ.-техн., хии. и геол. наук. I9Ö9, »3, С.22-26.' i

5. Агаев Я., Гарягдыев Г., Мякитченко Б.&., Нурмухаммедов К. к др. Фотоэлектрические свойства химически осаяденных пленок селенида кадмия. /Изв. АН ТССР, сер. физ.-техн., хкк. к геол. наук, 1989, Ю. С.76-79.

6« Агаев Я., Гарягдыев Г.,. Городецкий-И.Н,, Тальянский З.Б., Нурмухаммедов К., Суханов С.С. .Действие уяьтраиьуковой обработки на электрические, фотоэлектрические и лвмкнесцентиыэ . свойства полупроводниковых твердых pacTBopoB«SnxCdj_vTe /Иэг, АН ТССР, сер. физ.-техн., хим, и геол. наук, 1989, ¡?5? С.Щ-Чй,

7. Агаев Я, Гарягдыев., Никитченко d.i., Нурмухаммедсз К. и др. Фоточувствительные пленки селенида кадмия, полученные xms- ; чсским методом по одностадийной технологии /йзэ, АН ТССР, серу физ.-техн., хим. и геол. наук, 1989, Кб, С,15-18. : ' L

8. Брицын К.Й., Гарягдаев Г., Нурмухакмодов К., Сух.-^в С',С. и';лр. Измерение амплитуд и фаз поверхностных акустических волн з ."-.1, помощьв автоматизированной лазерной установки'/Изз.; АН ТССР',.;! сер. физ.-техн., хим. и геол. уаув, 1909, J£6, C.79-ÖI. ''

- ГС -

1 .у.' Гарягдыев Т., Городецким Л.Я., лорсунская Л.Е., дхгумаев Ь.Р.,,

■1 Нурмухашедов К. влияние ультразвуковой обработки на электрические и фотоэлектрические свойства твердых растворов. СМ5 х //кр. фа а. ь. суоу. 'Г.ск, т 1и. 0. хЬо^-хооь. ; -

10. 1оролецкии ii.fi,, да/^аев ь.Р., Короунская и.й., Нурмухашедов л. Влияние ультразвуковой оораоотт (./¿О) на электричес-

- кие л фотоэлектрические сгоЛства полупроводниковых твердых .

растворов Л х Те /г> об. "лкустоэлаятрические

. ишотоакустлческие метопы исследования вещества". Киев,19о9, ■ С. у;3. ' ' ' ,

11. Гарягдыев Г., Городецкий ii.il., йцеОсшй А.й., Корсунская Н.В., 1Ьурмухаммедов К. Акуотостлмуллированнке процессы в фотопро-'

водниках ] В сб. "Акустоэлектркчеокие и фотоакустические методы исследования вещества". шев, 19а9, С.,а>."

.12. Рахлин , Соколова Г.Г., Нурыухаммедов К. /имаческое осаждение пленок селенида-кадмия. /Удк 546.4»,661.о/ Вестник в 1У кв. Вып. I. Спьавка 186/02-01. 1991! г., .

.. . ,• ШИ'ЙШ акмйй . .■

1. Лашкаров В.В. , Лвбченко А.В., 1аейнш9н ¡4.К.'Неравновесные процесса в фотощ&ояодаиках.■ йиов: 1)аукова /умка, 1УЫ, ¿¡о4 с.

(¿.•Дешденко А.А,, Здебский и.П., 1й:оковоя .¿Л., черная Н'.С. .■Резонансные мэтоцы исследования влекч-ро^ехапическо.! связи, обусловленной электросгрикцяеЛ: Радиотехника и елактрсякка, .£976, 'Г. 21, 3 2, С. 265-289. '

¿а.

ЛИЛ »ГЛГЛЛНЛЧ» АН 1урк»шшстаиа 7410)2 г. Ашхабад, у.1. СовгтскИх Яр» рвмигачкл.- !»2а.