Стимулированное лазерным излучением дефектообразование в CdTe и твердых растворах MgxCd1-х Te и CdхHg1-xTe. тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ

СПЕЦІАЛІЗОВАНА ВЧЕНА РАДА К26.199.01

Даулєгмуратов Борібай Кохгглеуовнч

. УДК 548.55:535.8

621.315.592

СТИМУЛЬОВАНЕ ЛАЗЕРНИМ ВИПРОМІНЮВАННЯМ ДЕФЕКТОУТВОРЕННЯ В С<1Те ТА ТВЕРДИХ РОЗЧИНАХ . Мн\Ссіі-хТе і С(ЗхН§і.кТе

01.04.07 - фізика твердого тіла

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Дисертацією с рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників НАН України, м.Київ.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук

Мозоль Петро Овсійович,

Інститут фізики напівпровідників НАН України, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук,

професор Фекешгазі Іштван Вінцейович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідуючий відділом

доктор фізико-математичних наук, професор Гнатенко Юрій Павлович,

Інститут фізики НАН України, завідуючий відділом

Провідна установа: Інститут хімії поверхні НАН України, мЛСиїв.

Відділ медихо-біологічних проблем поверхні.

Захист відбудеться “22’’травня 1998р. о 14^ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.199.01 при Інстшугі фізики напівпровідників НАН України за адресою: 252650 МСП, Київ 28, проспект Науки, 45.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників НАН України за адресою: 252650 МСП, Київ 28, проспект Науки, 45.

Автореферат розісланий “22 “квітня 1998р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради РудькоГ.Ю.

К26.199.01 ' П *

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми.

Проведені за останні роки дослідження показали, що взаємодія лазерного випромінювання з напівпровідниками включає цілий ряд аспектів, з яких найбільш актуальним є вплив випромінення на систему точкових дефектів, які суттєво впливають на різні властивості реальних напівпровідникових матеріалів і приладів.

Принциповий вплив лазерного випромінювання на систему дефектів у напівпровідниках може проявлятися як у процесах перезаряджання власних дефектів, так і в процесах їх перебудови або утворенні нових дефектів. Процес перезаряджання при допороговому збудженні суттєво впливає на електрофізичні та фотоелектричні властивості матеріалу. Але найбільшу цікавість викликають процеси лазерного дефектоутворення.

Можна назвати, принаймні, три причини підвищеної цікавості до цих процесів. По-перше, вони виявились тісно пов’язаними з променевою деградацією напівпровідникових лазерів. По-друге, з’явилась можливість їх практичного використання для цілеспрямованої зміни різних властивостей напівпровідникових матеріалів. І, нарешті, механізми цих процесів (особливо тих, що відбуваються при збудженні світлом з енергією кванта, яка менша за ширину забороненої зони) й досі залишаються не з’ясованими. З цієї причини інтенсивно вивчається процес дефектоутворення під дією імпульсного лазерного випромінювання на напівпровідникові матеріали. Під впливом імпульсного лазерного випромінювання наносекундної тривалості із густиною потужності, близькою до порогу руйнування матеріалів поряд з нелінійними оптичними явищами спостерігається генерація хвиль механічних напружень, збудження фононної підсистеми кристала, збудження ударної хвилі (УХ) і інші явища, які можуть викликати дефектоутворення навіть до структурних змін кристалічної гратки. Фізичні механізми, які лежать в основі процесів такого дефектоутворення в кристалах, є самостійним предметом досліджень, оскільки вони визначають стабільність та надійність приладів квантової електроніки. У більшості напівпровідників досліджувались, як правило, об’ємні фотостимульовані утворення та перебудова дефектів. Разом з тим відомо, що стан поверхні кристалів у багатьох випадках суттєво впливає на їх властивості (механічні, електричні, фотоелектричні,

оптичні та ін.). Внаслідок цього дуже актуальним є дослідження впливу опромінення, яке викликає збудження електронної та фононної підсистеми кристалу, на процеси утворення та перебудови дефектів на поверхні і в приповерхневому шарі напівпровідника. Крім того, протікання фотостимульованих процесів в приповерхневій ділянці повинно мати специфічні особливості (у порівнянні з об'ємними процесами), пов’язані з можливістю видалення атомів з поверхні матеріалу.

Мета роботи. Дослідження процесів утворення та перебудови дефектів у приповерхневій ділянці кристалів CdTe і твердих розчинів MgxCduxTe та Cd*Hgi.xTe під дією лазерного випромінювання наносекундної тривалості, особливості фотоелектричних явищ в умовах різних рівнів збуджень.

Об’єкти дослідження. Для досягнення поставленої мети в роботі використовувались споріднені за складом об’єкти: монокристали CdTe п- та р- типу, плівки CdTe з різними розмірами зерна, а також монокристали MgxCdi.xTe та CdxHgi-xTe.

Наукова новизна. 1. Експериментально показано, що опромінення імпульсами випромінювання лазера наносекундної тривалості в зоні фундаментального поглинання матеріалу в залежності від рівня збудження викликає зміну стехіометричного складу твердих розчинів (ТР) MgxCdi.xTe, CdxHgi.xTe, утворення плівки Те на поверхні кристала та збільшення концентрації донорів у його приповерхневому шарі. У ТР CdxHg].xTe при відповідних режимах опромінення може бути досягнута інверсія типу провідності поверхневого шару з утворенням р-n переходу.

2. Виявлено, що зменшення провідності малодислокаційних (~102 см'2) легованих Li або Na кристалів CdTe р- типу після лазерного опромінення із густиною потужності, яка є нижчою, ніж поріг возгонки і плавлення, обумовлене розмноженням дислокацій та стіканням на них акцепторів Ьіщ або Naca з об’єму.

Виявлено виділення на поверхні зразка CdTe плівки телуру та наявність під нею ділянки з підвищеною щільністю дислокацій. Показано, що утворення цієї плівки приводить до збільшення рівноважного темпового струму L„ фотоструму Іф, появи залишкової провідності (ЗП), немонотонної залежності Іт та Іф від кількості лазерних імпульсів N, специфіки в кінетиці релаксації Іт після припинення лазерного імпульсу.

3. Показано, що зміни провідності кристалів р- CdTe обумовлені УХ, які утворились від імпульсу випромінювання лазера. З’ясовано, що збільшення провідності

в момент утворення УХ обумовлено іонізацією глибоких акцепторних рівнів; а збільшення залишкового опору після дії УХ супроводжується збільшенням густини дислокацій до N¡¡>10® см 2, на що показує утворення смуги ФЛ Х=840 нм, зв’язаної з рекомбінацією носіїв на протяжних дефектах типу дислокаційної петлі.

4. Виявлено різкий стрибок ЛАХ при високих рівнях збудження, обумовлений утворенням міжгранульних меж, які створюють поверхнево-бар’єрні структури СсІТе-Те. Запропонований спосіб створення перемикаючого елемента з пам’яттю.

5. Показано, що суттєва зміна фото- та електрофізичних властивостей кристалів М&С(1].хТе після лазерного опромінення обумовлена як утвореіпмм плівки Те на поверхні кристала, так і збільшенням концентрації донорів у приповерхневій ділянці та зміною компонентного складу.

Практична цінність роботи

1. Розроблено спосіб виготовлення перемикаючого елемента з пам’яттю на монокристалах та плівках С(1Те під дією лазерного випромінювання.

2. Показана можливість зміни ширини забороненої зони в приповерхневому шарі монокристалів ТР М§хС<1і_хТе та С<іхН£і.хТе під дією лазерного випромінювання, що може знайти застосування для узгодженої роботи джерел та приймачів світла в оптоелектроніці.

3. Доведено можливість направленої зміни фотоелектричних та електрофізичних параметрів кристалів СсІТе, МцхСсіЬхТе та С(1хІ^і_хТе опроміненням їх наносекундними імпульсами лазерного випромінювання; встановлено режими опромінення для оптимізації цих параметрів та підвищення їх стабільності.

Основні наукові положення, винесені на захист

1. Збільшення ширини забороненої зони в приповерхневому шарі монокристалів ТР М§хСсіі-хТе і СсЦ^і.хТе під дією імпульсного лазерного опромінення наносекундної тривалості зв’язане із зміною складу ТР в напрямку збіднення їх С<іТе і ЩТе відповідно, що узгоджується з енергією зв’язку Ссі, і Н§ в гратках К^хС<Іі_хТе та СсУ^.хТе.

2. Опромінення імпульсами випромінювання рубінового лазера монокристалів п- і р- СсІТе при потужності випромінювання в імпульсі, недостатній для плавлення,

призводить до виділення на поверхні зразка плівки Те та появі під нею області, яка містить велику кількість дефектів, що викликає збільшення ІТ| Іф та появу ЗП.

3. Опромінення кристалів р- CdTe веде до зменшення рівноважного струму та

інтенсивності фотолюмінесценції. Зменшення темнової провідності мало дислокаційних (~102 см‘2) кристалів CdTe р-типу після лазерного опромінення із густиною потужності, яка нижча порогу плавлення, обумовлене розмноженням дислокацій та стіканням на них акцепторів Ьісм або Nacd із об’єму. .

4. Виділено внесок УХ, стимульованих імпульсом випромінювання рубінового лазера, у дефекгоутворенні CdTe від ефектів, що супроводжують лазерне випромінювання (фотоефект, термопружна деформація і т. ін.).

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на І та П Всесоюзних наукових конференціях “Фотоелектричні явшца в наїгівпровідниках” (м. Ташкент, жовтень 1989р. та м.Ашгабад, жовтень 1991р.); Всесоюзній конференції молодих учених та спеціалістів з фізичної хімії “Фізхімія-90 (м. Москва, червень 1990р.), VIII Всесоюзній конференції із взаємодії оптичного випромінювання з речовиною (м. Ленінград, вересень 1990р.), Всесоюзному науковому семінарі “Багатошарові структури на основі вузькозонних напшпровідників”(м. Нукус, вересень 1993р.); Всесоюзній конференції із фізики напівпровідників (м. Київ, жовтень 1990р.); 46-ій науково-технічній конференції, присвяченій Дню радіо “Акіуальні проблеми розвитку радіотехніки, електроніки, зв’язку” (м. Ленінград, квітень 1991р.); Першій міжвузівській конференції “Матеріалознавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу” (м. Ніжин, жовтень 1991р.); Всесоюзній науково-технічній конференції “Прилади з від’ємним опором і інтегральні перетворювачі на їх основі” (м. Баку, жовтень 1991р.); Міжнародній конференції з електронних матеріалів (м. Новосибірськ, серпень 1992р.).

Особистий внесок автора - безпосередня участь у проведенні експериментальних та теоретичних досліджень, участь в обговоренні та аналізі результатів робіт, у постановці разом з науковим керівником конкретних завдань досліджень. Інші співавтори робіт приймали участь у вирощуванні кристалів, проведенні вимірювань і обговоренні результатів.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 13 робіт.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, заключения та переліку використаної літератури. Матеріал розміщено на 142 аркушах машинописного тексту, включаючи ЗО рисунків, 1 таблицю та бібліографію, яка складається із 163 найменування.

Зміст роботи

У вступі обгрунтована акіуальність теми, сформульована мета роботи, подана коротка анотація дисертації.

У першому розділі наведений огляд теоретичних та експериментальних робіт, присвячених взаємодії лазерного випромінювання з напівпровідниками, зокрема впливу УХ, які генеруються імпульсом випромінювання лазера наносекундної тривалості, на фізичні властивості кристалів.

Другий розділ присвячений дослідженню дефектоутзорення в монокристалах CdTe під дією лазерного опромінення. Опромінення кристалів п-пту CdTe імпульсами випромінювання рубінового лазера викликало збільшення темнового (Іт) та фотоструму (Іф) при Т=300К. Ці зміни відбуваються при опроміненні кристалів імпульсами із густиною потужності J випромінювання лазера, яка більша деякого порогового значення J„, яке залежить від стану поверхні, ступеня однорідності зразків і т. ін. При норогових потужностях із збільшенням кількості імпульсіз N випромінювання лазера в початковій момент після припинення дії лазерних імпульсів Іт та Іф спочатку збільшуються, а потім релаксують, залишаючись набагато більшими, ніж їх початкові значення. Після проходження дільниці наростання ця релаксація йде у зворотньому напрямі, тобто Іт та Іф збільшуються після припинення опромінення на протязі 0,5+10 год і можуть збільшуватись на кілька порядків. Зміни зазначених параметрів обумовлені тим, що при опроміненні кристалів CdTe на їх поверхні утворюється провідна плівка телуру.

Одразу після такого опромінення в спектрах комбінаційного розсіювання світла (КРС) з’являлись чотири широкі смуги з частотою v, які дорівнюють 93, 126, 145 та 163 см'!. Одночасно інтенсивність смуга LO-фононів CdTe суттєво зменшилась, а її напівширина збільшилась, що викликано ефектом розупорядкуваняя приповерхневого шару монокристала CdTe. Смуги з частотами 93 і 163 см"1 характерні для аморфного Те. Дві інші смуги (126 та 145 см'1) відповідають ділянці частот кристалічних коливань телуру, але їх велика напівширина показує на полікристалічність структури плівок. Із

порівняння спектрів плівок Те, отриманих під час хімічної та лазерної обробки кристалів CdTe, можна прийти до висновку, що остання ближча до аморфної фази. Результати досліджень змін спектрів КРС дають можливість припустити, що у випадку вивченого в цій роботі CdTe, ефект зводиться до обідніння приповерхневої ділянки кристала атомами Cd. Останні частково покидають поверхню, часково зміщуються в міжвузлові проміжки кристалу.

Дослідження зміни фотопровідності та термостимульованої провідності (ТСП) в кристалах CdTe після видалення плівки Те, яка утворилась внаслідок лазерного опромінення, показали, що після відмивання плівки Те значення Іт, Іф виявляються значно більшими, ніж до опромінення, тобто спостерігається ЗП при 4,2 К. Із збільшенням числа імпульсів К(ЗП) тривалість її релаксації, як і IT(N) спочатку збільшується, а потім досягає насичення. Із збільшенням температури швидкість релаксації ЗП збільшується і при Т=100+200 К для N, яке відповідає насиченню залежності IT(N) ЗП практично зникає.

На кривих ТСП після опромінення спостерігається зникнення більш високотемпературних піків та поява додаткового піку (Т=70 +120 К), амплітуда і температурне положення якого залежать від N: спочатку збільшується з ростом N, а при N>N3 перестає змінюватись. Виникнення ЗП обумовлене утворенням низькоомного шару під плівкою Те і зв’язаного з ним потенціального бар’єру.

Оже-спектральний аналіз відносно розподілу кадмію і телуру на глибині порушеного шару р-CdTe проводився на зразках, які підлягали дозі опромінення D=8Do, де D0=4-10'2 І)ж/см2 при густині потужності окремого імпульсу Іо=2 МВт/см2. В оже-спектрі наявні також лінії вуглецю та кисню. В спектрах фотолюмінесценції (ФЛ) спостерігається вільний екситон >.==776 нм та екситони, зв’язані на донорах І2 (778,2 нм) та акцепторах Іі(779,8 нм). Лінія її перевищувала за інтенсивністю лінію в 50-100 разів. Вона обумовлена наявністю у зразках в основному неконгрольованої домішки міді у вузлах кадмію. Напівширина лінії І] у вихідних зразках -0,2 мэВ.

Після опромінення зразків двома імпульсами випромінювання лазера з густиною потужності Іо=2 МВт/см2 у спектрі ФЛ, як правило, спостерігалось довгохвильове зміщення максимумів ліній зв’язаних екситонів та їх розширення. Інтенсивності ліній її і І2 зменшувались, сильніше падала інтенсивність лінії h- Наступне опромінення зразків

ще двома імпульсами викликало утворення на поверхні шару телуру, під яким спостерігалася сітка дислокацій. У спектрі крайової ФЛ виникала інтенсивна смуга з Я=840 нм, а спектральне положення лінії її знову відповідало її положенню у вихідних зразках при трохи збільшеній у порівнянні з вихідною напівшириною лінії.

При пошаровому стравлюванні кристала щільність дислокацій зменшується і на глибині 3-5 мкм повертається до вихідного значення. Кореляція між зміною інтенсивності ФЛ при 80 К величини Іт свідчить про те, що зміна Іт не зв’язана з контактними явищами та зміною рухливості, а обумовлена зміною концентрації вільних дірок. При цьому одночасне зменшення Іф та інтенсивності фотолюмінесценції \У при 80 К можна пояснити зміною ступеня заповнення центрів рекомбінації під час збудження в результаті зміни положення рівня Фермі. Оскільки в кристалах є центри прилипання основних носіїв, їх заповнення викликає накопичення носіїв протилежного знаку на центрах рекомбінації, тобто формування квазігемнового заповнення останніх неосновними носіями N1°. Зменшення концентрації рівноважних носіїв викликає зменшення концентрації порожніх центрів прилипання основних носіїв і, отже, збільшення N1°, що в свою чергу викликає зменшення т(~1/К(°). При цьому збільшення N1° може привести до зменшення потоку нерівноважних носіїв на центри рекомбінації та інтенсивності люмінесценції.

Як зазначалось раніше, зменшення Іт супроводжується збільшенням густини дислокацій, на що вказує як виникнення смуги ?.=840 нм, зв’язаної з рекомбінацією носіїв на протяжних дефектах типу дислокаційної петлі, так і безпосередньо мікроскопічні дослідження. У кристалах СсІТе р-типу є взаємозв’язок між величиною провідності та густиною дислокацій Т: у кристалах з більшою Т провідність менша. Ось чому можна передбачити, що зменшення провідності при лазерному опроміненні зв’язане із збільшенням густини дислокацій.

Зменшення Іт із збільшенням Т пояснюється тим, що дислокації є стоками для дефектів акцепторного типу, які визначають величину Іт. При малому значенні У значна частіша цих дефектів залишається не захопленою ділянками дислокацій, а із збільшенням Т повинна зменшуватись.

Про зменшення концентрації акцепторів свідчать зміни в спектрах ФЛ. Із загальним зменшенням інтенсивності люмінесценції найбільше зменшується крайня

смуга (>.=840 нм), яка зв’язана, як відомо, з рекомбінацією нерівноважннх носіїв у донорно-акцепторних (ДА) парах, до складу яких входить дрібний акцептор-атом лужного металу на місці Cd, присутнього в процесах росту CdTe. Переважне зменшення інтенсивності смуги 800 нм можна пояснити зменшенням концентрації відповідних ДА-пар, що в свою черіу може бути пов’язане з відходом як донора, так і акцептора. Якщо б із ДА-пари відходив донор, то провідність підвищилась би і замість ДА-смуги з’явилась би смуга, зв’язана з захопленням вільного електрона акцептором, що суперечить експериментальним даним. Отже, зменшення інтенсивності смуги 800 нм зв’язане із зменшенням концентрації акцепторів Lia та Nacd.

При аналізі отриманих результатів проведено припущення про роль накопичення в результаті опромінення механічних напружень гратки у тонкій приповерхневій ділянці кристала. Такі напруження можуть виникати при термічному нагріванні в момент дії лазерного імпульсу за рахунок нерівномірної по товщині зміни параметру гратки телуриду кадмію, причиною якого є зміна відхилення від стехіометрії, утворення включень іншої фази або легування (наприклад, киснем чи вуглецем). Оскільки довгохвильове зміщення максимуму лінії Іі(>.=779,8 нм) після опромінення зразків дорівнює ДЕ=1 меВ, а розширення лінії при цьому не перевищує значення ~1,7 меВ, то можна стверджувати, що лазерне опромінення викликає нерівномірне по товщині накопичення напружень розтягування. Напруження стискання зміщують в CdTe лінії зв’язаних екситонів у ділянку коротких довжин хвиль.

Третій розділ містить результати досліджень електричних, фотоелектричних, вольт-ампер них характеристик (ВАХ) та люкс-амперних характеристик (JIAX) плівок телуриду кадмію, які підлягали лазерному опроміненню. Дослідження зміни питомого опору р плівки CdTe від кількості імпульсів випромінювання N та тривалості витримування t її після опромінення показали, що зменшення питомого опору із збільшенням N та t, яке спостерігалось у плівках CdTe, аналогічні залежностям p(N та t) для монокристалів CdTe і MgxCdi.xTe, що зв’язувалось з утворенням аморфного шару Те на поверхні кристалів під час опромінення та кристалізації його після припинення лазерної дії. На відміну від монокристалів CdTe у плівках CdTe зміна p(N) настає при менших густинах потужності випромінювання лазера та швидше відбувається падіння p(t) після припинення лазерної дії.

Шар Те, який утворюється при лазерному опроміненні на поверхні плівки СсІТе, впливає на спектральну залежність фотопровідності (ФП). Збільшення ФП у короткохвильовій ділянці спектра може бути зв’язане із зменшенням швидкості поверхневої рекомбінації після опромінення. Це повинно викликати зміну тривалості життя нерівноважних носіїв заряду, що підтверджується дослідженнями кінетики ФП вихідних та опромінених плівок СсІТе при збудженні їх імпульсами випромінювання рубінового лазера наносекундної тривалості.

При низьких рівнях збудження сигнал ФП повторює форму лазерного імпульсу, а ЛАХ має лінійну залежність з нахилом а=1, що відповідає зона-зонній генерації нерівноважних носіїв заряду при їх лінійній рекомбінації. При інтенсивності ~1025 квант-см'2-с' з’являється повільна складова у релаксації фотоструму. Поява повільної компоненти фотоструму відповідає тій величині інтенсивності випромінювання, при якій утворюється шар Те на поверхні плівки СсІТе.

ЛАХ опромінених плівок С<1Те повторює ту саму залежність, яку вони мали до опромінення, а при інтенсивності випромінювання, яка перевищує поріг утворення шару Те, величина фотоструму різко зростає.

Щоб з’ясувати, чи дійсно ці зміни зв’язані з утворенням шару телуру, було здійснене пошарове травлення опромінених плівок телуриду кадмію у розчині 1н КОН у метанолі. Після травлення на протязі 10 хв спостерігалось зменшення величини ФП та збільшення р. Триразове промивання приводило до повного відновлення вихідних характеристик. Можна прийти до висновку, що зміни р(7Ч, ^ і величини ФП, які спостерігаються при опроміненні, обумовлені утворенням шару телуру на поверхні плівок СсІТе.

Наявність шару телуру на поверхні опромінених плівок СсІТе підтверджується також результатами вимірювань спектрів ТСП, ВАХ. Якщо прикласти до гетероструктури Те-СсІТе напругу зміщення у прямому напрямі, то відбудеться перемикання структури із високоомного стану в низькоомний. При цьому опір структури спадає до десятків Ом. Низькоомний стан зберігається на протязі кількох місяців при нульовому зміщенні і може бути знову переведений у високоомний стан прикладенням зворотної напруги величиною, яка б дорівнювала за величиною порогу перемикання у низькоомний стан.

Видалення шару телуру з поверхні опромінених плівок С(1Те викликало повне зникнення ефектів перемикання. Можна зробити висновок, що виникнення ефекту перемикання з пам’яттю теж зв’язано з появою шару телуру на поверхні С(1Те, який утворює гетерострукіуру СсІТе-Те.

Четвертий розділ присвячений дослідженню властивостей кристалів МзхСсіі.хТе, які опромінювались імпульсами випромінювання рубінового лазера із щільністю потужності, яка перевищує деяке порогове значення Іп. При збільшенні рівня опромінення спостерігається зростання ат і 0С> у 10ч-103 разів, що виходить потім на насичення. Після тривалого зберіганім на повітрі ці параметри зменшуються в ~ 10 разів. Зростання рівноважної провідності та ФП зразків М§хСсІі-хТе після опромінення обумовлене збільшенням концентрації дрібних донорів з Ед=0,015 еВ, що компенсують центри фоточутливості.

Дія імпульсного лазерного випромінювання на ТР МдхСс1|.хТе веде до збільшення фоточутливості та до зсуву максимуму у спектрі ФП у короткохвильовий бік. Величина зсуву залежить від дози опромінення га від компонентного складу. Пошарове стравлювання поліруючим травником показало, що зміни параметрів різко спадають у глибину кристалу. Зсув максимуму ФП відбувається у шарі до ОД мкм, а товщина шару, в якому збільшилась фоточутливість, ~ 3 мкм.

Зміщення максимуму ФП ТР М£хСс1].хТе у ділянку коротких довжин хвиль, яке спостерігається у цьому випадку, на 8 нм, свідчить про те, що у приповерхневій ділянці кристалу утворюється шар з більшою шириною забороненої зони Е8, цьому відповідає зменшення вмісту більш вузькозонної компоненти С(ІТе.

Оцінка зростання величини Е8 за спектрами ФП, а також результати досліджень фотолюмінесценції (ФЛ) і комбінаційного розсіювання світла (КРТ) ТР Мз^С^Те дозволяють прийти до висновку, що компонентний склад опроміненого кристала змінюється у приповерхневому шарі на ~ 3 %.

Надлишкові атоми Те утворюють на поверхні аморфну плівку, яка з часом кристалізується. Дослідження спектрів ФЛ і КРС на поверхні М§хСйі.хТе дозволяє зробити висновок, що плівка Те знаходиться у напруженому стані (~ 8 кбар).

Осцилююча залежність с(И) у режимі насичення обумовлена частковим видаленням плівки Те під час опромінення, а зменшення стт оброблених імпульсами випромінювання лазера зразків М§хС<іі.їТе з часом викликане окисленням плівки.

Лазерна обробка ТР Cdj.Hgi.xTe викликає нагрівання приповерхневої ділянки та випаровування міжвузлової ртуті (Щ; - донор) на повітрі з одного боку, а з іншого - її дифузію в глибину зразка з утворенням збіднілого на основні носії поверхневого шару. Аналогічне збіднення приповерхневого шару було виявлено також і при опроміненні СдхН§і_хТе електронним пучком і пояснюється термосорбцією ртуті.

Збільшення дози лазерного опромінювання веде до зміщення компонентного складу в приповерхневій ділянці до СЛТе і утворенню інвертованого шару. Біля поверхні утворюється інверсійний р-шар і, отже, вбудований р-п перехід.

Лазерне опромінення С<Ц^і.хТе викликає ущільнення прилягаючих до поверхні шарів ТР ударною хвилею, яка виникає при цьому. Одночасне одновісне стискання матриці кристала (баричний коефіцієнт <1ЕгЛ1р позитивний) та збідніння Нй поверхневого шару викликають збільшення ширини забороненої зони Е8 у шарі. У цьому можна переконатись по короткохвильовому зміщенню максимумів ФП і фотомапгітного ефекту (ФМЕ). Якщо коефіцієнт поглинання випромішовання становить а>104 см'1, то глибина проникання світла дорівнює а"'<1 мкм.

У кристалах Cd¡:Hgl.xTe після опромінення імпульсами випромінювання лазера наносекундної тривалості утворюється вбудоване квазіелектричне поле і відбувається різке збільшення ефективного часу життя основних (в р-ділянці) нерівноважних носіїв заряду (ННЗ). У найбільш фоточутливих зразках СдхН^і_хТе переважає процес міжзонної рекомбінації. Уповільнення швидкості рекомбінації ННЗ приводить до підвищення “фоточутливості” у ділянці фундаментального поглинання. Після тривалого лазерного оброблення на кривій релаксації ФП (збудження світлом Щ - лазера в лінійному режимі) з’являється повільна компонента. Наступне стравлювання шару ~ 50 мкм відновлює спектр ФП.

П’ятий розділ присвячений дослідженню змін електропровідності, ФЛ і дислокаційної структури монокристалів р- СгіТе під дією УХ, яка виникає при взаємодії лазерного випромінювання потужністю ~108 Вт/см2 з світлопоглинаючим матеріалом, розташованим на поверхні. При дії на кристали p-CdTe товщиною 2,5 мм імпульсами

випромінювання рубінового лазера тривалістю 2'108 с при кімнатній температурі спостерігалось збільшення провідності, а потім її відновлення до початкового значення. Зміна провідності при різних інтенсивностях опромінювання має дві складові - швидку, яка протікає за експоненціальним законом з постійною часу релаксації 1)=1,56-10"4 с, і повільну, на протязі якої (за час Ь=3-г4 хв) провідність зменшується у кілька разів, а потім стабілізується. При цьому залишковий опір кристала стає вищим, ніж

ВИХІДНИЙ Кф.

Аналіз залежності амплітуди імпульсу зміни опору від потужності імпульсу випромінювання лазера, який генерує УХ, показує, що із зростанням потужності опір збільшується за експоненціальним законом, а потім виходить на насичення. Залишковий опір (як при збільшенні енергії одного імпульсу, так і при збільшенні сумарної енергії N імпульсів сталої густини потужності випромінювання лазера) спочатку збільшується, а потім виходить на насичення. Вимірювання фотоструму після збудження УХ показали, що він падає на 2 порядки, а темновий струм трохи зменшується, при цьому спостерігається спрямлення ВАХ.

УХ при густині випромінювання яазера, яка використовується, не приводила до появи видимих руйнувань вхідної та вихідної поверхні кристала. Однак після селективного травлення спостерігалось збільшення кількості дислокаційних ямок травлення, причому кількість їх зростала із збільшенням густини потужності випромінювання лазера або від кількості імпульсів. Відмічено, що порогова густина потужності випромінювання лазера, при якій спостерігається розмноження дислокацій, відповідає порогу утворення плазми біля поверхні поглинаючого матеріалу.

Спектри ФЛ р-С<1Те при температурі 4,2 К містять лінію екситонів, зв'язаних на нейтральних акцепторах (довжина хвилі >.=780 нм), крайову смугу (А.=800-=-810 нм) і смугу в ділянці 1=850^-950 нм. На зворотній стороні зразка спостерігається затухання вихідних смуг ФЛ і поява нової смуги 1=840 нм. Початок затухання вихідних смуг ФЛ та поява нової смуги відбувається при одній і тій же інтенсивності лазерного опромінення, яка відповідає порогу утворення УХ. Смуга 1=840 нм зв’язана з рекомбінацією носіїв на протяжних дефектах (типу дислокаційної петлі).

Зміна провідності монокристалів р-СіТе, опоромінених імпульсами випромінювання лазера наносекундної тривалості, можлива при генерації додаткових

носіїв внаслідок: фотоефекту, який збуджується розсіяним випромінюванням лазера; нагрівання кристалу; п’єзоефекіу і утворення: додаткових дефектів структури. Вклад рухливості носіїв внаслідок перемикання механізму розсіяння малоімовірний. Умови експерименту з імпульсним стисканням дозволяли усунути попадання світла на зразок і відповідно виключити фотогенерацію носіїв. Більше того, дослідження ФП, яка збуджується випромінюванням рубінового лазера, показало, що характерні часи релаксації становили ~1(Г7=10'8 с, які на 3-4 порядки менші, ніж ті значення її, що спостерігаються. Пояснення наявністю п’єзоефекту відпадає, так як при відключеному живленні сигнал був відсутній. Збільшення провідності, яка спостерігається, не може бути обумовлене нагріванням зразка, бо теплова хвиля від імпульсу стискання за період його дії поширюється на глибину ~2 мкм і не виходить з фольги. Залишається припустити, що одним із можливих пояснень ефекту, що спостерігається, є генерація нерівноважних носіїв струму з глибокорівневих точкових дефектів (ловушок) механічною хвилею. Імпульсне стискання зразка можна подати як направлений потік фононів, які створюють розсіяння на нерегулярностях гратки. При цьому центр розсіювання набуває імпульсу, який може виявитись достатнім для утворення дефектів, і ці дефекти можуть бути до того ж іонізованими, бо рівень стискання гратки знаходиться біля границі стійкості.

Збільшення провідності в момент дії імпульсу стискання відповідає іонізації глибоких акцепторних рівнів. Збільшення залишкового опору після його дії супроводжується збільшенням густини дислокацій, на що вказують як виникнення смуги ФЛ 1=840 нм, зв’язаної з рекомбінацією носіїв на протяжних дефектах типу дислокаційної петлі, так і безпосередньо мікроскопічні дослідження.

Так як в наших експериментах зміна дислокаційної структури і спектрів ФЛ при 4,2 К спостерігались на зворотній стороні зразка, в якому утворювались УХ, то можна припустити, що збільшення опору після проходження УХ зв’язане із збільшенням густини дислокацій. Дислокації є стоками для дефектів акцепторного типу, які визначають величину провідності. При малій густині дислокацій значна частина цих дефектів залишається не захопленою дислокаціями і із зростанням густини дислокацій повинна зменшуватись.

Висновки.

1. Опромінення імпульсами випромінювання рубінового лазера наносекундної тривалості монокристалів n-CdTe при потужності випромінювання імпульса, якої недостатньо для плавлення, викликає випаровування атомів Cd у повітря і виділення на поверхні зразка Те, появу плівки Те і ділянки під нею, що містить велику кількість дефектів, які викликають значне збільшення Іт, Іф та появу ЗП.

2. Шар телуру, який утворюється, у великій мірі визначає провідність зразків після опромінення та обумовлює появу ЗП. Товщина цього шару залежить від кількості лазерних імпульсів, спочатку зростаючи, а потім зменшуючись із зростанням N, що і обумовлює немонотонну залежність IT(N).

3. Дослідження спектрів ФЛ монокристалів p-CdTe показали, що із збільшенням дози опромінення у приповерхневій ділянці матеріалу відбувається накопичення механічних напружень, які при досягненні порогу пластичності кристала ведуть до утворення дислокаційної сітки, яка сприяє релаксації напружень. Зменшення провідності малодислокаційних (~І02 см"2) кристалів CdTe р-типу після лазерного опроміненім із густиною потужності, яка нижча ніж поріг возгонки і плавлення, обумовлене розмноженням дислокацій і стіканням на них акцепторів Lia або Naca із об’єму. При цьому насичення залежності IT(N) обумовлено тим, що із зросганімм N перестає бути помітною добавка нових дислокацій на фоні тих, що утворились раніше.

4. Аналогічні закономірності спостерігаються і для плівок CdTe. До того ж в утвореній гетероструктурі Te-CdTe виявлено ефект перемикання з пам’яттю, обумовлений утворенням міжгранульних меж, які створюють поверхнево-бар’єрні структури. Розроблено метод виготовлення перемикаючого елемента з пам’яттю.

5. У спектрах КРС монокристалів CdTe і монокристалів ТР MgxCdi_xTe після опромінення їх імпульсами випромінювання рубінового лазера виявляються додаткові смуги, які відповідають коливанням аморфного телуру, а через деякий час - коливанням кристалічного телуру, що підтверджується дослідженням поверхні електронно-мікроскопічними методами. З цим же зв’язане і збільшення ст і <тсв, яке спостерігається після припинення дії лазерного випромінювання з часом.

6. Спектри ТСП показали, що виникнення ЗП в приповерхневій ділянці кристалів MgxCdi_xTe і збільшення ог після опромінення обумовлені збільшенням концентрації воднеподібних донорів з Е=0,015 еВ і утворенням донорів з ЕЮ,035 еВ.

7. Показано, що зміщення максимуму ФП і ФМЕ в CdxHgi.*Te у коротко-хвильову ділянку спектра та збільшення сигналу ФМЕ обумовлені утворенням у приповерхневій ділянці р-шару з більшою шириною забороненої зони.

8. Показано роль імпульсів стискання УХ у зміні електропровідності, ФЛ і дислокаційної структури монокристалів p-CdTe під дією лазерного випромінювання. Виявлено збільшення провідності в момент дії УХ внаслідок іонізації глибоких акцепторних рівнів і зменшення її після пригашенім дії внаслідок збільшення густини дислокацій, на що вказує також поява смуги ФЛ при 1=840 нм, зв’язаної з рекомбінацією носіїв на протяжних дефектах типу дислокаційної петлі.

Результати дисертації опубліковані в роботах:

1. А.с. 1362355 СССР, МКИ НОІ 45/00. Способ изготовления переключающего

элемента с памятью / П.Е.Мозоль, В.Ф.Гринь, Б.К.Даулетмуратов,

A.Байдуллаева,- №4625953/25; Заявлено от 26.12,88г.

2. Изменение электрофизических и фотоэлектрических свойств кадмий-

теллурсодержапщх твердых растворов соединений А2В6 / АБайдуллаева, Б. К. Д аулетмуратов, В.А.Гнатюк, П.Е.Мозоль //Те з. докл. Всес. науч. конф.”Фотоэлекгрические явления в полупроводниках”.- Ташкент.: 1989,- С. 382.

3. Surface states of laser-irradiated cadmium- and tellurium-containing solid solutions of її-VI compounds / A. Baidullaeva, B.K. Dauletmuratov, V.A. Gnatuk, P.E. Mozol // Phys. St. Sol. (a).- 1990.- V.122.- P. 243-247.

4. Поверхностные состояния кадмий-теллурсодержащих твердых растворов соединений А2В6, подвергнутых лазерному облучению /АБайдуллаева, Б.КДаулетмуратов,

B.А.Гнатюк, П.Е.Мозоль // Тез. доки VIII Всес.конф. по взаимодействию оптического излучения с веществом.-Ленинград.: 1990,- Т.1.- С. 77.

5. Даулетмуратов Б.К., Гнатюк В.А. Поверхностные состояния твердых растворов соединений А2В6 при лазерном облучении // Тез. докл. VI Всес. конф. молодых ученых и специалистов по физической химии “Физхимия-90”,- Москва.: 1990,-Т.З.-С. 131.

6. Свойства пленок CdTe, подвергнутых лазерному облучению / А.Байдуллаева, Б.К.Даулетмуратов, В.А.Гнатюк, П.Е.Мозоль// Тез. докл. 46-й Всес. науч.-техн. конф. “Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники, связи”.-Ленинград.: 1991,-С. 74.

7. Образование гетероструктуры в пленках CdTe под действием лазерного излучения /А.Байдуллаева, В.А.Гнатюк, Б.К Даулетмуратов, П.Е.Мозоль // Всесоюзная научно-техническая конференция. Приборы с отрицательным сопротивлением и интегральные преобразователи на их основе.- Баку.- 15-октября 1991г.

8. Влияние дислокаций, образованных лазерным облучением, на электрофизические и люминесцентные свойства р-CdTe / Байдуллаева А., Булах Б.М., Даулетмуратов Б.К. и др. //ФТП,- 1992,- Т.26,- № 5 -С. 801.

9. Преобразование точечных и протяженных дефектов в теллуриде кадмия под воздействием лазерного излучения / Бабенцов В.Н., Байдуллаева А., Даулетмуратов Б.К. и др. // Квантовая электроника,- 1992.- Вып.43,- С.61-66.

10. Механизмы образования нарушенного слоя в р-CdTe под действием лазерных импульсов наносекундной длительности / Бабенцов В.H., Байдуллаева А., Даулетмуратов Б.К. и др. // ФТП.- 1993,- Т.27,- № 10. - С. 1618.

11. Фотоэлектрические свойства пленок теллурида кадмия, подвергнутых лазерному облучению / А.Байдуллаева, Б.К.Даулетмуратов, А.И.Власенко, П.Е.Мозоль // ФТП,- 1993,- Т.27,- № 1,- С. 56-59.

12. Образование точечных дефектов в CdTe при воздействии ударной волны / Байдуллаева А., Даулетмуратов Б.К., Власенко А.И. и др. // Тез. докл. II Междунар. науч. семинара “Многослойные, варизонные, периодические полупроводниковые структуры и приборы на их основе”.- Нукус. : 1993.- С. 95.

13. Изменение электрофизических свойств монокристаллов CdTe при прохождении ударной волны от импульса излучения лазера / Байдуллаева А., Власенко А.И., Даулетмуратов Б.К. и др. // ФТП,- 1996.-Т.30.-№ 8. с. 1438-1445.

Даулетмуратов Б.К. Стимульоване лазерним випромінюванням дефектоутворення в CdTe та твердих розчинах MgxCdi_xTe і CdxHgi_xTe. -Рукопис.

Дисертація на здобупя наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 04. 07 -фізика твердого тіла, Інститут фізики напівпровідників НАН України, Київ, 1998р.

До захисту подається 13 наукових робіт, в яких приводяться результати дослідження впливу імпульсів випромінювання рубінового лазера тривалістю 20 не на дефектну структуру монокристалів CdTe п- і p-типу, плівок CdTe і твердих розчинів на його основі. Вивчено зміни фотоелектричних, фотолюмінесцентних, структурних і електричних властивостей, обумовлені модифікацією системи точкових дефектів при лазерному опроміненні. Вказані можливі шляхи оптимізації фотоелектричних характеристик монокристалів CdTe і твердих розчинів на його основі методом наносекундної лазерної обробки. Вперше спостерігалася зміна провідності кристалів р-CdTe під дією ударних хвиль, що утворилися від імпульсу випромінювання лазера.

Ключові слова: телурид кадмію, телурид кадагію-ртуті (КРТ), лазерне

випромінювання, ударна хвиля (УХ), густина енергії, фоточутливість, фотопровідність (ФП), залишкова провідність (ЗП).

Даулетмуратов Б.К. Стимулированное лазерным излучением дефектообразование в CdTe и твердых растворах MgxCdi.xTe и CdxHgt_xTe. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 04. 07-физика твердого тела, Институт физики полупроводников НАН Украины, Киев, 1998г.

Защищается 13 научных работ, в которых приводятся результаты исследования влияния импульсов излучения рубинового лазера длительностью 20 не на дефектную структуру монокристаллов CdTe п- и p-типа, пленок CdTe и твердых растворов на его основе. Изучены изменения фотоэлектрических, фотолюминесцентных, структурных и электрических свойств, обусловленные модификацией системы точечных дефектов при лазерном облучении. Показаны возможные пути оптимизации фотоэлектрических характеристик монокристаллов CdTe и твердых растворов на его основе методом

наносекундной лазерной обработки. Обнаружены изменение проводимости кристаллов р- CdTe под действием ударных волн образовавшихся от импульса излучения лазера.

Ключевые слова: теллурид кадмия, теллурид кадмия-ртути, лазерное излучение, ударная волна, плотность энергии, фоточувствительность, фотопроводимость, остаточная проводимость.

Dauletmuratov В.К. Stimulated by laser radiation defect formation in CdTe and solid solutions of MgxCdi.xTe and CdxHgt.xTe. -Manuscript.

The thesis for a scientific candidate's degree in physics and mathematics by speciality 01.

04. 07- solid state physics, Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1998.

13 scientific works are defended. The influence of ruby laser of 20 nc duration on defect structure of p- and п-CdTe monocrystals, CdTe films and their solid solutions is investigated. The changes of electric, photoelectric, photoluminescence properties caused by laser modification of the point defects structure are studied. The possibilities for optimisation of CdTe and their solid solutions photoelectric characteristics by means of laser treatment are shown. The changes of conductivity, photoluminescence and dislocation structures of p- CdTe crystals under the shock waves from ruby laser pulses are obtained.

Key words: cadmium telluride, cadmium-mercury telluride, laser radiation, shock wave, density of energy, photosensitivity, photoconductivity, residual conductivity.