Влияние модифицирования на поляризационные свойства слоев на основе триселенида мышьяка

Грабко, Геннадий Иванович

Влияние модифицирования на поляризационные свойства слоев на основе триселенида мышьяка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Грабко, Геннадий Иванович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Влияние модифицирования на поляризационные свойства слоев на основе триселенида мышьяка»

Автореферат диссертации на тему "Влияние модифицирования на поляризационные свойства слоев на основе триселенида мышьяка"

На правах рукописи УДК 538.915

Грабко Геннадий Иванович

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СЛОЕВ НА ОСНОВЕ ТРИСЕЛЕІІИДА МЫШЬЯКА

Специальность 01.04.07 — фтнка конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

005061473 і ' V.

Санкт-Петербург 2013

005061473

Работа выполнена в Лаборатории физики неупорядоченных полупроводников ЛИИ Физики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Кастро Арата Реие Алсхандро

профессор кафедры физической электроники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А. И Герцена»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Афанасьев Валентин Петрович

зав. кафедрой квантовой электроники и оптико-электронных приборов Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего професионального образования «Саикт-Пстербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

доктор физико-математических наук, профессор Гасумянц Виталий Эдуардович

профессор кафедры физики полупроводников и наноэлектроиики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего професионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН»

Защита состоится «13» нюня 2013 г. в «15» часов на заседании Совета по защите диссертации на соискание ученной степени доктора наук Д 2 ¡2. 199. 21 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена» по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки МоПки, 48, корпус 3. ауд.52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена»

Автореферат разослан «¿3» мая 2013 г. ^ \

Ученый секретарь диссертационного совета I / /

кандидат физико-математических наук, доцент // Н.И. Аниснмова

Актуальность работы. Халькогенидные сплавы сложного состава привлекают внимание исследователей в связи с их использованием в многочисленных приспособлениях микроэлектроники и оптоэлектроники. Уникальные свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), с одной стороны, и простота в изготовлении по сравнению с кристаллическими полупроводниками, с другой, обусловливают перспективность их применения в качестве исходных материалов для формирования оптоволоконных световодов и волоконо-оптических лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне (5+15 мкм) [1]. Данные соединения являются элементной базы при производстве голографической, ксерографической аппаратуры и мишеней в телевизионных передающих трубках типа «видикон» [2].

В последнее десятилетие пристальный интерес вызывают работы по созданию устройств энергонезависимой фазовой памяти (Phase Change Memory или PCM), работающих на принципе обратимого фазового перехода «аморфное - кристаллическое состояние». Локальные структурные трансформации в наноразмерном слое материала осуществляются за счет электрического импульса или импульса света. Одним из успешных примеров практического использования данного эффекта является создание оптических дисков формата DVD-RW. В настоящее время существует реальная возможность создания на их основе конкурентоспособных устройств, которые могут потеснить на рынке традиционную флэш-память.

Помимо этого значительный интерес вызывают исследования, связанные с изучением влияния примесей на процессы электропереноса и зарядообразования в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Это связано с появлением нового способа легирования, когда осуществляется сораспыление исходного ХСП и легирующего элемента на холодную подложку (так называемый метод модифицирования, или холодное, неравновесное легирование) и с перспективами получения полупроводниковых материалов с р- и п- типом проводимости и, как следствие, конструирования р-п- переходов на их основе.

Однако, несмотря на все более расширяющуюся область практического применения халькогенидных стеклообразных полупроводников (и, в частности, триселени-да мышьяка As2Se3, являющегося классическим представителем ХСП), в настоящее время отсутствует единое представление о роли примеси для этих соединений. Более того, общепринятая ранее в физике легированных ХСП модель Губанова-Мотта [3], описывающая причины отсутствия влияния примесей на электрические свойства халькогенидных стекол, в последнее время демонстрирует очевидное несоответствие с экспериментальными фактами.

Не лишены недостатков и теоретические разработки, пытающиеся объяснить новые экспериментальные данные, связанные с обнаружением примесной проводимости в халькогенидных стеклообразных и модифицированных полупроводниках. Так, в частности, модель, основывающаяся на предположении о существовании в легированных ХСП областей с повышенной координацией атомов, испытывает затруднения при объяснении причин, по которым технологические отличия в способах получения модифицированных пленок As2Se3(Bi)x могут приводить к значительному

превышению концентрации акцепторов над донорами в слоях, полученных термическим испарением в вакууме и к обратному соотношению в пленках, изготовленных методом высокочастотного напыления [3].

В связи с этим, актуальным остается вопрос исследования влияния таких технологических факторов, как метод получения пленок и введения в них примесей на электронные свойства халькогенидных стекол.

Цель работы. Установление влияния способа получения и легирования примесью висмута на поляризационные явления в слоях триселенида мышьяка. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить закономерности поляризационных явлений в нелегированных образцах, полученных методами термического испарения в вакууме и ионно-плазменного высокочастотного напыления.

2. Исследовать влияние примеси висмута на поляризационные явления данных слоев.

3. Интерпретировать полученные результаты в рамках адекватных им модельных представлений.

4. На основе использованной методики определить ключевые параметры поляризационных процессов в исследуемых материалах.

5. Проанализировать полученные параметры и характеристики с точки зрения их информативности для диагностики структурных особенностей изучаемых составов и разработать соответствующие технические рекомендации. Научная новизна. В отличие от выполненных ранее исследований электрических свойств халькогенидных стеклообразных и аморфных полупроводников в связи со способом их получения и наличием легирующих примесей, где главным образом изучалась статическая проводимость, в настоящей работе предпринято исследование поляризационных явлений. В результате получены следующие новые научные результаты:

1. Установлены закономерности поведения изотермической токовой релаксации и дисперсии составляющих комплексной диэлектрической проницаемости слоев триселенида мышьяка в различных и широко изменяющихся внешних условиях, свидетельствующие о влиянии способа получения (термическое испарение, высокочастотное напыление) и наличия легирующей примеси висмута на поляризационные явления.

2. Определены ответственные за наблюдаемые поляризационные явления факторы и процессы, к числу которых относятся: изменения в строении изучаемых материалов (кластеризация легирующей примеси в упорядоченных областях; особенности энергетического спектра локализованных состояний в квазизапрещенной зоне) и эстафетный механизм переноса заряда по локализованным центрам.

3. На основании полученных результатов определены основные параметры,

обусловливающие поляризационные процессы Основные положения, выносимые на защиту:

1. В МДМ-структурах А1-А528е3-А1, помещаемых в постоянное электрическое поле, протекают интенсивные поляризационные процессы, сопровождающиеся, в частности, уменьшением величины энергии активации проводимости с течением времени действия прикладываемого напряжения.

2. Замедление процессов релаксационной поляризации и уменьшение значения диэлектрической проницаемости в слоях Аз28е3, полученных методом термического испарения, по сравнению с пленками, приготовленными способом высокочастотного напыления, обусловлено различием их электронной структуры.

3. Легирование висмутом влияет на поляризационные явления исследуемых материалов, обуславливая, в частности: увеличение скорости спада изотермической токовой релаксации на начальном участке; значительное увеличение диэлектрической проницаемости £ в области инфразвуковых частот; усиление ее дисперсии в этом диапазоне и появление дополнительных по сравнению с нелегированными образцами участков на кривых £'(/), где наблюдается рост значения ё при уменьшении частоты.

4. Функция распределения времен релаксации, восстановленная из экспериментальных данных по изотермической токовой релаксации информативна для определения содержания легирующей примеси и может быть рекомендована для использования в технической диагностике изучаемых материалов.

Теоретическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты исследования диэлектрических и релаксационных свойств модифицированных слоев триселенида мышьяка вносят вклад в физику электронных явлений в легированных халькогенидных стеклообразных и аморфных полупроводниках и в разработку теоретических основ технологии получения новых материалов с необходимыми функциональными свойствами.

Практическая значимость работы. В рамках выполненной работы даны научно-технические рекомендации по практическому использованию разработанных методик исследования процессов переноса и накопления заряда в легированных структурах на основе АэгЗез, которые, в частности, могут быть применены при разработке устройств микроэлектроники (например таких, как р-п переходы), а также оптических волноводов высокой плотности на основе А528ез, легированного Вь

Выявленные особенности функции распределения времен релаксации и ее структурная чувствительность к такому технологическому фактору, как легирование состава могут быть использованы для оценки процентного содержания примеси в стекле.

Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке студентов и аспирантов на физическом факультете, обучающихся в области физики полупроводников и физики конденсированного состояния.

Связь темы с планом научных работ. Диссертационная работа являлась частью научных исследований лаборатории физики неупорядоченных полупроводников НИИ физики РГПУ им. А.И. Герцена и проводилась в рамках прикладных исследований по государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. № 26/11-ЗН «Исследование состояния и поведения примесных атомов в кристалли-

ческих и стеклообразных фоточувствительных полупроводниках»

2. № 50/12-ГЗП «Синтез и исследование электрофизических свойств новых нано-структурированных композиционных материалов, перспективных для использования в микро- и оптоэлектронике»

Достоверность и научная обоснованность обеспечивались комплексным характером исследования, корректностью использованных экспериментальных методик и воспроизводимостью результатов измерений, применением методов математической обработки данных, сопоставлением экспериментальных результатов с литературными данными.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских научных конференциях: Межд. научн.-тех. конф. "Полиматериалы — 2003" (Москва, 2003 г.); X Межд. конф. "Диэлектрики - 2004" (Санкт-Петербург, 2004 г.); VI Межд. конф. "Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VI" (Санкт-Петербург, 2008 г.); Всерос. научн.-практ. конф. "Физические явления в конденсированном состоянии вещества" (Чита, 2009 г.); Intern. Conf. "Micro- and nanoelectronics-2009 -ICMNE-2009" (Zvenigorod, 2009 г.); VII Межд. конф. "Аморфные и микрокристаллические полупроводники — AMS VII" (Санкт-Петербург, 2010 г.); XII Межд. конф. "Диэлектрики - 2011" (Санкт-Петербург, 2011 г.); VIII Межд. конф. "Аморфные и микрокристаллические полупроводники — AMS VIII" (Санкт-Петербург, 2012 г.) и научных семинарах кафедры физической электроники РГПУ им. А. И. Герцена.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе, 7 статей в российских научных реферируемых журналах, в трудах всероссийских и международных научных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. В работе 125 страниц сквозной нумерации, 35 рисунков, 4 таблицы, список литературы включает 160 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлены цель и задачи работы, научная новизна, теоретическая и практическая ценность полученных результатов, а также научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Строение и свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников» сделан аналитический обзор научно-технической литературы по теме диссертационного исследования.

Представлена информация о структурных особенностях халькогенидных стекол. Так, в частности, в качестве основной структурной единицы в триселениде мышьяка рассматриваются пирамиды Аз8е3, упакованные либо в виде спиралей (Н-конфигурация), либо в виде полос (В-конфигурация).

Приведены различные модели, описывающие спектр локализованных состояний и статистику носителей заряда в ХСП. Показано, что, несмотря на большой объем теоретических и экспериментальных исследований на данный момент отмечается отсутствие единого подхода в этом вопросе. В одних моделях (Коэна, Фрицше и Овшинского) предполагается, что хвосты плотности локализованных состояний оказываются такими мощными, что перекрываются в середине запрещенной зоны [3]. В других (модель Дэвиса, Мота и модель Кастнера, Адлера, Фрицше) развивается представление о наличие координационных дефектов с повышенной и/или пониженной координацией атомов [4].

Обсуждаются теоретические модели, объясняющие влияние примесей на физические свойства, и в частности, проводимость этих соединений, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Так, в модели примесного центра с неизменяющимся зарядом не ясна причина отсутствия электронного состояния в потенциальной яме заряженного примесного центра [5]. Модель перекрывающихся областей пространственного заряда испытывает трудности при объяснении значительного влияния малых концентраций примеси [6]. А модель обычного примесного состояния не объясняет причину нарушения «правила 8-Ы» [7].

На основе анализа состояния данного вопроса сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе «Методика эксперимента» приведены описания способов получения беспримесных и легированных слоев Аэ^Зсз и экспериментальных методик изучения релаксационных и диэлектрических явлений в исследуемых составах.

Измерения проводились на сэндвич-структурах АЦАвгБез^-хВ^-А!, где х=0-0.2. Беспримесные слои изготавливались методами термического испарения (ТИ) в вакууме и высокочастотного напыления (ВЧ). В первом случае пленки получались испарением размельченного порошка триселенида мышьяка, засыпаемого в танталовую подложку открытого типа при давлении остаточных газов ~ 10"5 мм. рт.ст. Образцы, полученные способом высокочастотного напыления, изготавливались на стационарной установке ионно-плазменного высокочастотного напыления типа УРМ-3-021 на частоте электромагнитного поля 13.6 МГц, в атмосфере аргона при давлении 8-10"3 Тор. Ток в плазме составлял 400 мА, амплитуда высокочастотного электромагнитного поля относительно катода равнялась 400 В. Легированные ХСП получались методом

высокочастотного напыления. Толщина пленочных образцов измерялась при помощи интерференционного микроскопа МИИ-4 и варьировалась от 0.6 до 1.0 мкм.

Кинетика изотермических токов релаксации (ИТР) регистрировалась с применением электрометрического усилителя В7-30 (диапазон измеряемых токов обеих полярностей составлял 10"'5...10"7А), двухкоординатного потенциометра ПДП-4 и генератора сигналов специальной формы Г6-15, обеспечивавшего напряжение развертки. Поляризация образцов осуществлялась с помощью источника стабилизированного напряжения ((7=0.02-1 В). В процессе измерений температура менялась в пределах Т=294...344 К. Исследуемый образец помещался в криостат, на теплопроводящем держателе, к которому он прижимался с помощью рамки, закрепленной на винтах. Изоляция обеспечивалась фторопластовой прокладкой. Соединение контакта образца с внешней измерительной цепью осуществлялось через вакуумногоютные высокоом-ные вводы с сопротивлением изоляции не хуже 10'5 Ом. Камера криостата откачивалась до остаточного давления ~ 10"2 Па. Нагрев образца осуществлялся электропечью, вмонтированной в держатель, на котором крепился образец. Погрешность при измерении изотермической токовой релаксации не превышала 3-4 %.

Измерения температурно-частотных зависимостей диэлектрических параметров проводились на спектрометре «Concept-41» фирмы Novocontrol Technologies. Установка состоит из частотного анализатора импеданса ALPHA ANB, измерительной ячейки, устройства термостатирования Novocool Cryosystem, сосуда дьюара с системой испарения и подачи газообразного азота, а также системы автоматического сбора данных с компьютерным интерфейсом. Частотные спектры в диапазоне./=10"3-107 Гц снимались при постоянной температуре, величина которой изменялась в пределах: 7'=233-343 К. Точность поддержания температуры на образце составляла ±0.5°С. Напряжение, подаваемое на исследуемые структуры составляло С/=0.1 В. Погрешность при измерении диэлектрических параметров не превышала 1.0 %.

В третьей главе «Релаксационные явления в модифицированных слоях трисе-ленида мышьяка» представлены результаты исследования релаксационных свойств тонких пленок триселенида мышьяка, полученных разными методами и легированных примесью висмута.

Установлено, что в слоях триселенида мышьяка протекают заметные поляризационные процессы. Экспериментальные зависимости темнового тока от времени подчиняются степенному закону: I=A-f" (показатель степени п меняется в пределах 0.760.9), что указывает на недебаевский механизм процесса релаксации. Помимо этого кривые /(/) для слоев, приготовленных высокочастотным напылением, при росте напряженности поля Е практически не изменяют угла наклона по отношению к осям координат. В то же время, аналогичный параметр для пленок, полученных термическим испарением, при увеличении Е существенно уменьшается (рис. 1). Энергия активации имеет максимальные значения на начальной стадии поляризации (рис. 2).

Введение примеси висмута значительно изменяет характер релаксационного процесса. Если для х=0 зХ.% В1 изменение тока подчиняется гиперболическому закону /~/"п, то при х> 0 аХ.% П'11(1) описывается набором экспонент.

Для интерпретации полученных результатов была привлечена модель эстафетного механизма переноса заряда. Определены значения микропараметров системы: контактной емкости Ск и толщины области накопления заряда <4, величины подвижности носителей заряда /л, концентрации ловушек в приповерхностных слоях я,. Эти величины для обоих типов образцов беспримесного Аз25сз представлены в таблице 1.

10і

10'

I, С

Рис. 1. Кривые спада темнового тока для А828е3: ТИ (1,2,5), ВЧ (3,4,6)

образцов. Е, В/см: 6*102, 103, 104.

0,50

оа

З"

0,45

0,40-

0,35-

0 20 40 60 80 100 и с

Рис. 2. Значения АЕ для различных стадий кинетики поляризационного процесса в слоях Аз28е3

Таблица 1. Физические параметры, характеризующие электронные процессы, протекающие в прианодной области слоев А528е3, приготовленных методами термического

испарения и высокочастотного напыления.

Состав Ск,Ф м «1, см"1* ц, см2-В"'-с"1

Аб^ЄДВЧ) 5.8-10"9 2.1-10"' 8.1-10" 1.77-10"8

Аз28е3(ТИ) 4.7-10"9 2.6-10"7 5.4-10'5 9.4-10"8

Погрешность ± 2.2-Ю"10 ± 1.05-10"8 + 1.5-10"16 ± 1.5-10 10

Как видно из приведенных в таблице данных, величина подвижности для пленок, приготовленных высокочастотным напылением почти на порядок меньше, чем ц слоев, полученных термическим испарением, что совпадает с результатами предыдущих исследований, где изучались электрические и оптические свойства аналогичных материалов [8]. Это может быть связано с различием в спектре локализованных состояний данных материалов, а именно со следующим. Для пленок, приготовленных термическим испарением, энергетический спектр содержит более глубокие уровни доноров по сравнению с акцепторами относительно дна зоны проводимости Ес и валентной зоны Еу соответственно, в отличие от слоев, приготовленных высокочастотным напылением, для которых характерно одинаковое расположение этих уровней относительно Ес и Еч в квазизапрещенной зоне.

В табл. 2 представлены величины, характеризующие релаксационные процессы в приконтактных областях, происходящие в легированных слоях. Из анализа полученных результатов прослеживается одна общая закономерность, связанная с тем, что практически все характеристики (Ск, и,, /л, ^ - сопротивление приконтактной области) значительно изменяются при росте концентрации вводимой примеси до значений х~10 В1, после чего наступает некоторое насыщение. Более того, ¡л и Ку имеют максимальное и минимальное значения при этой концентрации висмута (хотя разница этих величин для х= 10 и 20 а1:.% В1 незначительна).

Таблица 2. Физические параметры, характеризующие электронные процессы, протекающие в А528е3<В0х.

х, ат.%В1 Сь Ф и„ см""1 ц, см2В"'с"' /?к, Ом

0 5.8-10"9 8.1-10'5 1.77-10"8 4.5-109

5 1.04-10"8 7.4-10|ь 1.59-10"' 6.9-108

10 4.4-10"* 8.02-10" 3.92-10"' 1.6-108

20 4.8-Ю-8 9.6-10" 3.51-10"' 1.9-108

Согласно модели [3] аморфные пленки А528е3 с большим содержанием В1 рассматриваются, как микронеоднородные среды, состоящие из 2-х компонент: упорядоченных областей с повышенным содержанием примеси (кластеров), расположенных в неупорядоченной рыхлоупакованной матрице исходного материала На основании этого можно предположить следующее. По-видимому, при росте х до 10 аЬ% В1 реструктуризация исследуемых составов происходит, как внутри объема образцов, так и приповерхностных областях, на контакте. При дальнейшем увеличении количества вводимой примеси изменения структуры связаны, в основном, только с объемными частями исследуемых систем.

Изучение особенностей функции распределения времен релаксации и характеристик, связанных с ней позволило исследовать спектр релаксаторов в аморфных слоях Аэ^ез, приготовленных разными методами и влияние концентрации вводимой примеси на энергетическое распределение заряженных дефектов в А8;8е3(В1)х. Функ-

//(г) у«-7.)""^2) (1)

;r[cosh bu + cos( лб / 2)]'

ция распределения времен релаксации Н( г) определялась по формуле [9,10]:

где /е и /в - экстремальные значения тока при больших (конечных) и малых (начальных) временах соответственно, г<=1п(т/г0). Параметры г0 и 6, определяемые графически являются эмпирическими постоянными.

Чтобы выявить возможную корреляцию между особенностями спектра релаксаторов и концентрацией примеси в модифицированных слоях А528ез(В!)х. была определена концентрационная зависимость значения наиболее вероятного времени релаксации г„„(х) (рис. 3). Наблюдаемые особенности т„„(х) могут быть обусловлены следующим. Известно, что при малых концентрациях ВК внедряясь в исходную матрицу аморфной структуры Ав^ез, равномерно распределяется в ней, образуя однородный твердый раствор. Вследствие этого, внутренняя структура исходного состава не претерпевает координальных изменений, т.к. висмут по своему электронному строению является аналогом мышьяка. Дальнейшее увеличение количества вводимой примеси, как было сказано выше, сопровождается появлением упорядоченных областей (кластеров) состава В^Без, имеющих более узкую запрещенную зону [3].

Как следует из рис. 3, г„„(х) характеризуется высокой чувствительностью к концентрации вводимой примеси в наиболее интересном для практики диапазоне ее изменения (х= 1.5+5 ат.% ВГ). Это позволяет рекомендовать использование указанной зависимости в качестве диагностической при разработке и совершенствовании технологии получения легированных халькогенидных полупроводников.

На основе экспериментальных спектров пропускания слоев триселенида мышьяка, легированных висмутом (рис. 4) рассчитана оптическая ширина запрещенной зоны ДЕ3. Установлено, что увеличение х от 0 до 10 ат. % В1 приводит к уменьшению АЕ2 почти в два раза в пределах от 1.35 до 0.6 эВ.

О 2 4 6 8 10 Концентрация ЕН, ат. %

Рис. 3. Зависимость значения наиболее вероятного времени релаксации от концентрации висмута.

£ 60 ь-;

40 20 0

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 А, мкм

Рис. 4. Спектры пропускания пленок Аз28е3(В0х, х, ат. %: 5 (1), 10 (2) при комнатной температуре.

В четвертой главе «Низкочастотный диэлектрический отклик модифицированных слоев триселенида мышьяка» приведены результаты исследования влияния способа получения и введения примеси висмута на электронные свойства слоев Аз28е3 методом диэлектрической спектроскопии, установлены закономерности поляризационных процессов, а также их связь со структурой изученных пленок.

Частотная зависимость вещественной составляющей комплексной диэлектрической проницаемости £*(/) для Ай^ез (рис. 5, кривая I) и А528ез(В1>0.01 (2) характеризуется значительным увеличением е в области инфразвуковых частот, усилением ее дисперсии в этом диапазоне и появлением дополнительных для Аз28е5(В1) по сравнению с нелегированными образцами участков, где наблюдается возрастание диэлектрической проницаемости при уменьшении/

10'

10 10

10 10' ¿Гц

10 10 10

0,6-

0,4

0,2

0,0

Сопоставление кривых е(/) и тангенса угла диэлектрических потерь 1§<5(/) (рис. 6) позволяет сделать вывод о классическом поведении этих характеристик, когда положение максимального значения tgS(f) и середины спадающей ветви кривой е{'/) совпадают. Данное обстоятельство, а так же тот факт, что в изучаемом частотном интервале дисперсия диэлектрических параметров имеет релаксационный характер, свидетельствуют о наличии в изучаемых структурах нескольких групп релаксаторов.

Так, в частности, значительный рост величины е в инфразвуковом диапазоне связан с приэлектродными эффектами, о которых говорилось выше. При уменьшении частоты прикладываемого электрического поля происходит увеличение пространственного заряда, что и приводит, к усилению поляризационных эффектов и, как следствие, существенному изменению величины и дисперсии диэлектрической проницаемости.

Влияние на поляризационный процесс дополнительного фактора внешнего воздействия - температуры Т оказывается наиболее значительным, так же, в инфразвуковом диапазоне. При росте Т наблюдается увеличение (более чем на порядок) значения е и смещение максимумов тангенса угла диэлектрических потерь на температурных зависимостях ^З^Т) в область более высоких частот.

На основе анализа перестроенных экспериментальных кривых в координатах где Д(85= 1ё^ах(ГИЕ4т(7) (рис. 7) отмечается следующее. Совпадение графиков Д1§<ЯУ) для АятЯе! и ЛягЯе/В^ода можно интерпретировать в рамках предложенной ранее модели, согласно которой при введении малых концентраций В'| внутренняя структура данных составов не претерпевает существенных изменений, т.к. висмут, внедряясь

Рис.5. Дисперсия е' для Аэ^е., (1) и Аз28е3(В0 (2). Е= 103 В/см.

1,0-,

0,8

10"' 10"' 10 10 10 10 10' /, Гц

Рис. 6 Дисперсия тангенса угла диэлектрических потерь для безпримесных (1) и легированных (2) образцов. Е= 103 В/см.

в исходную матрицу аморфной структуры Ав^ез, равномерно распределяется в ней,

образуя однородный твердый раствор.

Максимум на кривой для А828ез(В0о,| по-видимому связан со следующим. На границе между ин-фразвуковой и низкочастотной областями при увеличении / из-за низкой подвижности носителей заряда (характерной для данных составов [3,4]) значительный заряд в приэлектродной области уже не успевает сформироваться (что, кстати, обуславливает уменьшение как для легированных, так и для беспримесных образцов). Тем, не менее, для АвзБез^В^о.!, при этих частотах увеличение температуры продолжает "провоцировать" тепловое движение группы релаксаторов, обусловленных наличием потенциальных барьеров (на границе областей, характеризующихся повышенной координированностью атомов с основной матрицей исходного соединения), и попытки обмена какой-то частью носителей заряда дефектными центрами. "Противоречие" между результатами влияния двух факторов внешнего воздействия (Г,/) и является причиной существенного увеличения диэлектрических потерь в начале низкочастотного интервала.

Из дальнейшего анализа рис. 7 следует, что, начиная с/ЧО2 Гц для А^Без, /~102-И03 Гц для Аз28е3(ВОо 05 и с/Ч О4 Гц для А$28ез(В1)о.|, наблюдается существенное уменьшение как температурной, так и частотной зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь у всех составов. По всей видимости, это говорит об окончательном изменении механизма поляризационного процесса и о совпадении его природы для исследуемых соединений. Скорей всего, начиная с/ЧО4 Гц, диэлектрические явления В СЛОЯХ АЗ;8ез(В'|)х обусловлены действием собственных дефектов исходной матрицы (Авзвез), в качестве которых выступают заряженные центры, обладающие отрицательной корреляционной энергией О , О" [3,4]. Из этого можно сделать предположение, что при частотах />Ю4 Нг области с повышенной концентрацией примеси (кластеры) оказывают слабое влияние на процесс диэлектрической поляризации в А828е3(В1)х.

Заключение

Основные результаты и выводы работы состоят в следующем.

1. Установлены закономерности поляризационных явлений в МДМ структурах на основе нелегированного А828е3, в том числе: временных зависимостей изотермической токовой релаксации при различных температурах, обнаруживающих уменьшение энергии активации проводимости с увеличением времени действия постоянного напряжения, дисперсии диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в области инфразвуковых и звуковых

2,0-

ао 1>6" 4 1,20,80,4 0,0

10"3 10"; 10й 10° ю' 10: ю' 104 105 10°

/Гц

Рис. 7. Дисперсия ^д'для: Аэ^е, (.1); А^е^ВО^ (2); Аз,8е,(В0о | (3).

частот, обнаруживающей наличие в изучаемом материале, по крайней мере, 2-х групп релаксаторов.

2. Выявлено влияние на поведение изотермической токовой релаксации способа получения пленок, а именно: уменьшение скорости спада тока с увеличением напряжения в образцах, полученных методом термического испарения в вакууме, что не наблюдается у образцов, приготовленных методов высокочастотного напыления; уменьшение значения диэлектрической проницаемости и времен релаксации при переходе от пленок, полученных высокочастотным напылением, к слоям, приготовленным термическим испарением.

3. Обнаружено влияние легирования пленок висмутом на поляризационные явления в них, в частности, увеличение скорости спада изотермической токовой релаксации на начальном участке; значительное увеличение диэлектрической проницаемости в области инфразвуковых частот, усиление ее дисперсии в этом диапазоне и появление дополнительных по сравнению с нелегированными образцами участков возрастания кривых ¿'(/) при уменьшении частоты.

4. Для объяснения полученных результатов использована модель эстафетного механизма переноса заряда, в рамках которой из экспериментальных данных были восстановлены параметры изучаемой системы: емкости и сопротивления /?к контактной области, ее глубины ¿4, концентрации ловушек в приповерхностных слоях «,, величины подвижности носителей заряда //. В частности, установлено уменьшение // в образцах, полученных методом высокочастотного напыления, по сравнению с пленками, приготовленными методом термического испарения в вакууме; изменение всей совокупности параметров при легировании образцов висмутом, что связано с изменением энергетического спектра локализованных состояний в квазизапрещенной зоне изучаемых материалов.

5. Из экспериментальных результатов рассчитана функция распределения времен релаксации, которая для легированных слоев А528е3 обнаруживает зависимость наиболее вероятного времени релаксации от концентрации В1, что связано с кластеризацией примеси с образованием упорядоченных включений. Наличие последних, обладающих повышенной по сравнению с матрицей проводимостью, привлекается для объяснения особенностей дисперсии диэлектрической проницаемости легированных образцов в инфразвуковой области, а также наблюдаемого существенного уменьшения оптической ширины квазизапрещенной зоны легированных образцов по сравнению с беспримесными.

6. Выявлена высокая чувствительность значения наиболее вероятного времени релаксации к концентрации вводимой примеси в наиболее интересном для практики диапазоне ее изменения, что позволяет рекомендовать использование указанного параметра в качестве диагностического при разработке и совершенствовании технологии получения легированных халькогенидных полупроводников.

Личный вклад автора состоит в том, что им самостоятельно получена основная часть экспериментальных результатов, а так же проделана их обработка и представлена интерпретация. В работах, написанных в соавторстве, постановка задач, а также обсуждение полученных данных осуществлялось совместно с соавторами.

Список используемой литературы:

[1] Мазец Т.Ф., Сморгонская Э.А., Шпунт В.Х. Нелинейные оптические свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников и световодов на их основе. Л., 1990. 55с. (препринт Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе).

[2] Indutnyi I.Z., Stronski A.V., Kostioukevitch S.A., Romanenko P.F. Holographie optical elements fabrication using chalcogenide layers // Opt. Eng. 1995. Vol. 534. No. 4 P. 10301039.

[3] Цэндин К.Д. Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. 1996. СПб.: Наука. 486с.

[4] Мотт Н, Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. 1982. М.: Мир. 662с.

[5] Fritzshe Н„ Kastner М. // Phil. Mag. В. 1978. V. 37. N 2. Р. 285-292.

[6] Тверьянович Ю.С., Борисрва З.У. Тез. Всесоюз. Конф. «Стеклообразные полупроводники». Л., 1985. С. 238-239.

[7] Nagy Р. // Phil. Mag. В. 1983. V. 36. N 1. Р. 33-52.

[8] Sarsembinov Sh.Sh., Prikhodko O.Yu., Ryaguzov A.P., Maksimova S.Ya., Ushanov V.Zh. Local structure and electronic properties of amorphous As2S3 films prepared by different methods // Semicond. Sei. Technol. 2004. V. 19. № 7. P. 787-791.

[9] Смит Т.Л. II Вязкоупругая релаксация в полимерах. М.: Мир, 1974. С. 45-56.

[10] Кастро Арата P.A. Двухэлектронные центры с отрицательной корреляционной энергией в халькогенидных структурно-разупорядоченных полупроводниках // Дисс. на соиск. уч. ст. д.ф.-м.н. СПб. 2006. 300 с.

Основное содержание и результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Аваиесян В.Т., Грабко Г.И. Изотермическая поляризация тонкопленочной МДМ структуры Al-As2Se3-Al // Физика н техника полупроводников. 2007. Т. 41. № 12. С. 1440-1442.

2. Кастро P.A., Бордовский В.А., Грабко Г.И. Процессы зарядообразования в аморфных слоях As2Se3, легированных висмутом // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции "Физические явления в конденсированном состоянии вещества". Чита, 22-24 июня 2009. С. 111-115.

3. Кастро P.A., Бордовский В.А., Грабко Г.И. Распределение релаксаторов в модифицированных пленках триселенида мышьяка // Физика и химия стекла. 2010. Т. 36. № 1. С. 44-48.

4. Анисимова И.И., Бордовский В.А., Грабко Г.И., Кастро P.A. Особенности механизма переноса заряда в структурах на основе тонких слоев триселенида мышьяка, модифицированных висмутом // Физика и техника полупроводников. 2010. Т.44. № 8. С. 1038-1041.

5. Бордовский Г.А., Грабко Г.И., Кастро P.A., Татуревич Т.В. Релаксационная спектроскопия дефектных состояний в стеклообразной системе As-Se / Сборник трудов VII международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники-AMS VII" Санкт-Петербург, 28 июня-01 июля 2010. С. 81-82.

6. Кастро P.A., Грабко Г.И. Релаксационные явления в слоях As2Se3(Bi), // Физика и химия стекла. 2010. Т. 36. № 5. С. 711-716.

7. Кастро P.A., Аиисимова Н.И., Бордовский В.А., Грабко Г.И. Влияние легирующей добавки на диэлектрические свойства модифицированного As2Se3 // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 3. С. 430-432.

8. Грабко Г.И. Диэлектрический отклик аморфных слоев As2Se3, приготовленных разными методами / Материалы XII меод. конф. "Диэлектрики-2011". Санкт-Петербург, 23-26 мая 2011 г. С. 16-17.

9. Кастро P.A., Бордовский В.А., Грабко Г.И., Татуревич Т.В. Исследование структуры аморфной полупроводниковой системы As-Se релаксационными методами // Физика и техника полупроводников. 2011. Т.45. № 12. С. 1646-1651.

10. Anisimova N., Bordovsky G., Bordovsky V., Castro R., Grabko G., Nabiullina L. Determination of recombination coefficient in photosensive glassy layers / Сборник трудов VIII международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AM S VIII". Санкт-Петербург, 2-5 июля 2012. С. 207-208.

11. Анисимова Н.И., Бордовский В.А., Грабко Г.И., Кастро P.A. Температурно-частотная зависимость проводимости аморфных слоев cc-As2Se3(Bi>x / Сборник трудов VIII международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VIII". Санкт-Петербург, 2-5 июля 2012. С. 209-210.

12. Анисимова Н.И., Бордовский В.А., Грабко Г.И., Кастро P.A. Исследование структуры аморфных слоев a-As2Se3(BiX методом диэлектрической спектроскопии // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. № 1. С. 9296.

Подписано в печать 30.04.2013 г. Формат 60x84 1\16 Печать офсетная. Бумага офсетная. Объем 1,6 усл. печ. л. ' 'Тираж 100 экз. Заказ №

Типография РГПУ им. А.И. Герцена 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Грабко, Геннадий Иванович, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И.

ГЕРЦЕНА»

На правах рукописи

04201 360557 УДК 538.915

ГРАБКО ГЕННАДИЙ ИВАНОВИЧ

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СЛОЕВ НА ОСНОВЕ ТРИСЕЛЕНИДА МЫШЬЯКА

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель доктор физ-мат.наук, профессор Кастро Арата Р.А.

Санкт-Петербург 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................... 4

Глава 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ (обзор литературы).......................................................... 12

1.1. Введение.............................................................. .

1.2. Локальная структура халькогенидных стекол в системе Аб-

X (X - халькоген)................................................... 14

1.3. Энергетический спектр локализованных состояний в ХСП 16

1.4. Примеси в халькогенидных стеклообразных полупроводниках................................................... 19

1.5. Выводы из обзора литературы и постановка задач исследования......................................................... 27

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА................................. 29

2.1. Методика исследования релаксационных характеристик тонких слоев халькогенидных стекол........................... .

2.2. Методика исследования диэлектрических явлений тонких слоев халькогенидных стекол..................................... 33

2.3. Описание образцов.................................................. 38

Глава 3. РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЯХ ТРИСЕЛЕНИДА МЫШЬЯКА........... 40

3.1. Изотермическая поляризация тонкопленочной МДМ-структуры А1-А828е3-А1 ............................................ .

3.2. Релаксационные явления в слоях триселенида мышьяка, полученных разными методами................................. 44

3.3. Релаксационные явления в аморфных слоях А528е3, легированных висмутом ........................................... 58

3.4. Распределение релаксаторов в модифицированных слоях АзгБез................................................................... 62

3.5. Частотно-полевая зависимость диэлектрических параметров слоев А828е3(ЕН)х...................................... 69

3.6. Краткие выводы по третьей главе............................... 74

Глава 4. НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОТКЛИК

МОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЕВ ТРИСЕЛЕНИДА МЫШЬЯКА.......................................................... 77

4.1. Дисперсия комплексной диэлектрической проницаемости аморфных слоев триселенида мышьяка с легирующей добавкой висмута.................................................... 78

4.2. Температурно-частотная зависимость диэлектрических параметров А828е3(В1)х............................................ 83

4.3. Широкополосный диэлектрический отклик слоев АБгЭез, полученных разными методами................................. 93

4.4. Влияние примеси висмута на оптические явления в пленках АБгЭез....................................................... 97

4.5. Краткие выводы по четвертой главе............................. 101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................... 103

ЛИТЕРАТУРА .................................................................. 107

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы. Халькогенидные сплавы сложного состава привлекают внимание исследователей в связи с их использованием в многочисленных приспособлениях микроэлектроники и оптоэлектроники. Уникальные свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), с одной стороны, и простота в изготовлении по сравнению с кристаллическими полупроводниками, с другой, обусловливают перспективность их применения в качестве исходных материалов для формирования оптоволоконных световодов и волоконо-оптических лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне (5-И 5 мкм) [1, 2]. Данные соединения являются элементной базы при производстве голографической, ксерографической аппаратуры и мишеней в телевизионных передающих трубках типа «видикон» [3,4].

В последнее десятилетие пристальное внимание уделяется работам по созданию устройств энергонезависимой фазовой памяти {Phase Change Memory или PCM), работающих на принципе обратимого фазового перехода «аморфное - кристаллическое состояние» в ХСП. Локальные структурные трансформации в наноразмерном слое материала осуществляются за счет электрического импульса или импульса света. Одним из успешных примеров практического использования данного эффекта являются оптические диски формата DVD-RW. По оценкам экспертов, в настоящее время имеется реальная вероятность создания конкурентоспособных устройств, способных потеснить на рынке традиционную флэш-память [5-14].

Не меньший интерес связан с изучением влияния примесей на процессы электропереноса и зарядообразования в халькогенидных стеклах. Экспериментальные результаты по успешному преобразованию р-типа

проводимости легированных ХСП к «-типу открывают новые широкие возможности для конструирования р-п переходов и устройств, работающих на их основе [14-21]. В [22] представлены данные по созданию элементов солнечных батарей на основе тонких слоев аморфного А828е3 с примесью Вь

Однако, несмотря на все более расширяющуюся область практического применения халькогенидных стеклообразных и аморфных полупроводников (и, в частности, триселенида мышьяка А828е3, являющегося классическим представителем ХСП), до сих пор остается актуальной проблема создания теоретической модели, описывающей с единых позиций как внутреннюю структуру, так и физические явления, происходящие в объемных и поверхностных слоях этих соединений при том или ином способе воздействия.

Аналогичная ситуация (отсутствие единого представления) отмечается и для теоретических моделей, описывающих взаимодействие примесных атомов с исходной матрицей данных материалов. Более того, общепринятая ранее в физике легированных ХСП модель Губанова-Мотта [23, 24], описывающая причины отсутствия влияния примесей на электрические свойства халькогенидных стекол, в последнее время демонстрирует очевидное несоответствие с экспериментальными фактами [25]. Открытие нового способа приготовления легированных ХСП, в результате которого значительно увеличивается концентрация примесных атомов с ненасыщенными химическими связями [26], совершенно не укладывается в представления этой теории.

Не лишены недостатков и последние теоретические разработки, пытающиеся объяснить новые экспериментальные данные, связанные с обнаружением примесной проводимости в халькогенидных стеклообразных и модифицированных полупроводниках. Так, в модели примесного центра с

неизменяющимся зарядом, не ясна причина отсутствия электронного состояния в потенциальной яме заряженного примесного центра [27-29]. Модель перекрывающихся областей пространственного заряда испытывает трудности при объяснении большого влияния малых концентраций примеси [30]. А модель обычного примесного состояния не объясняет причину нарушения «правила 8-№> [31-35].

Наибольшей последовательностью и непротиворечивостью при интерпретации экспериментальных результатов по изучению примесной проводимости ХСП отличается модель, основывающаяся на предположении о существовании в легированных халькогенидных модифицированных полупроводниках областей с повышенной координацией атомов [25]. Тем не менее, и эта теория испытывает затруднения при объяснении причин, по которым технологические отличия в способах получения модифицированных пленок А828е3(В1)х могут приводить к значительному превышению концентрации акцепторов над донорами в слоях, полученных способом термического испарения в вакууме (ТИ) и к обратному соотношению в пленках, изготовленных методом высокочастотного напыления (ВЧ) [36, 37].

В связи с этим, актуальным остается вопрос исследования влияния таких технологических факторов, как способ получения пленок и введения в них легирующих добавок, на электронные свойства халькогенидных стекол.

Цель работы. Установление влияния способа получения и легирования примесью висмута на поляризационные явления в слоях триселенида мышьяка

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: 1. Изучить закономерности поляризационных явлений в нелегированных образцах, полученных методами термического испарения в вакууме и ионно-плазменного высокочастотного напыления.

2. Исследовать влияние примеси висмута на поляризационные явления данных слоев.

3. Интерпретировать полученные результаты в рамках адекватных им модельных представлений.

Научная новизна. В отличие от выполненных ранее исследований электрических свойств халькогенидных стеклообразных и аморфных полупроводников в связи со способом их получения и наличием легирующей примеси, где главным образом изучалась статическая проводимость в настоящей работе предпринято исследование поляризационных явлений. В результате получены следующие новые научные результаты:

1. Установлены закономерности поведения изотермической токовой релаксации и дисперсии составляющих комплексной диэлектрической проницаемости слоев триселенида мышьяка в различных и широкоизменяющихся внешних условиях, свидетельствующие о влиянии способа получения (термическое испарение, высокочастотное напыление) и наличия легирующей примеси висмута на поляризационные явления.

2. Определены ответственные за наблюдаемые поляризационные явления факторы и процессы, к числу которых относятся изменения: в строении изучаемых материалов (кластеризации легирующей примеси в упорядоченных областях; энергетического спектра

локализованных состояний в квазизапрещенной зоне) и эстафетного механизма переноса заряда по локализованным центрам. 3. На основании полученных результатов определены основные

параметры, обусловливающие поляризационные процессы Основные положения, выносимые на защиту:

1. В МДМ-структурах А1-Аз28е3-А1, помещаемых в постоянное электрическое поле протекают интенсивные поляризационные процессы, сопровождающиеся, в частности уменьшением величины энергия активации проводимости с течением действия прикладываемого напряжения.

2. Замедление процессов релаксационной поляризации и уменьшение значения диэлектрической проницаемости в слоях А528е3, полученных методом термического испарения, по сравнению с пленками, приготовленными способом высокочастотного напыления, связано с различием их электронной структуры.

3. Легирование висмутом влияет на поляризационные явления, обуславливая, в частности: увеличение скорости спада изотермической токовой релаксации на начальном участке; значительное увеличение диэлектрической проницаемости в области инфразвуковых частот; усиление ее дисперсии в этом диапазоне и появление дополнительных по сравнению с нелегированными образцами участков возрастания кривых частотной зависимости диэлектрической проницаемости.

Практическая значимость работы. В рамках выполненной работы даны научно-технические рекомендации по практическому использованию разработанных методик исследования процессов переноса и накопления заряда в легированных структурах на основе А828 е3, которые, в частности, могут быть применены при разработке устройств микроэлектроники (например таких, как р-п переходы), а также оптических волноводов высокой плотности на основе Аз28е3, легированного Вь

1. № 26/11-ЗН «Исследование состояния и поведения примесных атомов в кристаллических и стеклообразных фоточувствительных полупроводниках».

2. № 50/12-ГЗП «Синтез и исследование электрофизических свойств новых наноструктурированных композиционных материалов, перспективных для использования в микро- и оптоэлектронике».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях: Межд. научн.-тех. конф. "Полиматериалы-2003" (Москва, 2003 г.); X Межд. конф. "Диэлектрики - 2004" (Санкт-Петербург, 2004 г.); VI Межд. конф. "Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VI" (Санкт-Петербург, 2008 г.); Всерос. научн.-практ. конф. "Физические явления в конденсированном состоянии вещества" (Чита, 2009 г.); Intern. Conf. "Micro- and nanoelectronics-2009 - ICMNE-2009" (Zvenigorod, 2009 г.); VII Межд. конф. "Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VII" (Санкт-Петербург, 2010 г.); XII Межд. конф. "Диэлектрики - 2011" (Санкт-Петербург, 2011 г.); VIII Межд. конф. "Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VIII" (Санкт-Петербург, 2012 г.) и научных семинарах кафедры физической электроники РГПУ им. А. И. Герцена.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 12 печатных работ в российских научных изданиях, в трудах всероссийских и международных научных конференций.

Глава 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ (обзор литературы)

1.1. Введение.

Одним из наиболее уникальных качеств любого полупроводника, обуславливающим его практическое применение, и непосредственно связанным с исследованием внутренней структуры является изменение физических свойств изучаемого материала под влиянием примесей. Поэтому вопрос о воздействии легирующих добавок на проводимость ХСП, вызывал значительный интерес у исследователей, сразу же после открытия полупроводниковой природы данных соединений.

В ранних работах, посвященных изучению влияния примесей на электропроводность халькогенидных стеклообразных полупроводников, приготовленных методом синтеза (когда исходный ХСП и легирующий элемент расплавляют в ампуле, т.е. нагревают до Т>Тё, где Т% - температура стеклования, а затем охлаждают) было установлено, что примеси не оказывают существенного влияния на процесс переноса заряда в этих материалах [38]. В теории Мотта - Губанова [23, 24] этот факт объяснялся тем, что в неупорядоченной структуре ХСП примесный атом имеет возможность использовать все свои валентные электроны на образование связей с соседями.

Однако, попытки обнаружить электрическую активность легирующих добавок в халькогенидных стеклообразных полупроводниках не прекращались. Одно из первых исследований, в котором сообщалось о сильном увеличении проводимости ХСП при введении в них примесей, была работа [39]. Но количество вводимой примеси оказалось столь велико, что трудно было заключить - изменяется проводимость за счет появления

электронных примесных состояний или, же увеличение прово