Внутренний фотоэффект и ударная ионизация в пленках a-Si1-x(GexC)x:H и TiAsGe2 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

российская академия наук

ФИЗИКО-ТЕХНСТЕЮКЙИ ИНСТИТУТ им.а.ф.ИОФФЕ

На правах рукописи УДК 621.516.592

КУМЕКОВ Марат Ешухамбетович

{ВНУТРЕННИМ ФОТОЭФФЕКТ И УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ В ПЛЕНКАХ а-811Х(Се,С)х:Н И Т1Ав8эг

(01.04.10 - физика по.пупроводашков и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учЗыой степени ■кандидата физико-математических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена в Физико-техническом институте им.А.Ф.Коффе РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

А.С.Волков.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Б.В.Царенков ('М'И),

кандидат физико-математических наук В.П.Афанасьев (СГО5ТУ, кафедра диэлектриков и полупроводников)

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный технический университет

Защита состоится " «ЯНг. в ^

-со

часов на заседании специализированного совета К-003.23.01 при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая улица, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " ^ 19Э-^г.

ЛбннЯ секретарь специализированного совета,

кандидат физ.-мат. наук Г.С.Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБОТЫ

Акту§№ность_твш.' В результате многочисленных теоретически:, экспериментальна и технологических исследований аморфные элупроводгники заняли весомое место в физике' и технике полупро

лДНИКОВ.

Среди аморфных полупроводников, безусловно, заделаются амор-дй гидрогенириронзнный кремний а-Б! :Н и его сплавы, а также алькогенидные стекла.Относительная простота и дешевизна технолога получения этих полупроводников позволяют создавать тонкоплб-эчные структуры большой площади, практическая ценность электрон-IX свойств которых открывает перспективы многочисленных примене-Ш в различных областях электроники и оптоэлектроники, в част-эсти, в области фотоэлектрического преобразования энергии. Кроме эго а-31:Н является модельным материалом для изучения процессов эреноса и диссипации избыточной энергии носителей заряда в по-дфоводниках с неупорядоченной структурой. • Фотоэлектрические явления в полупроводниках в области энер-4И фотонов, превышающих ширину запрещенной зоны, обусловлены це-м рядом процессоз: первичным процессом поглощега« света, приво-вцим к возбуждению электронно-дырочных.пар, процессам тошализа-от. возбужденных носителей заряда, во время которых их число мо-эт увеличиться за счет ударной ионизации. Фундаментальной харак-фис-гикой фотоэффектов служит феноменологический параметр -кван-эвый выход, определяющий число электронно-дырочных пар, розден-« одним поглощенным квантом. Пороговая энергия возрастания зантового выхода (т|>1) определяется зонной структурой вещества, спектральный ход квантового выхода за этим порогом зависит от* зли различных механизмов диссипации избыточной энэргш носителей зряда и конкуренции оптических переходов в различные зоны Врил-ээна.

Касаясь фотоэлектрических свойств плэнок а-Б1:11, -311_х0е1:Н, а-Б11 _хСх;:Н, Т1АаБе2 и структур на их основе, ела -Г8Т отметить, что, несмотря на значительное количество публгеа-Ш. исследования были проведены лишь в ближней ИК и видимой оо-)стях спектра. в то же время иаследспения этих явлент в ультра-юлотовой (>'Ф) области спектра представляют лнтерос как

и получения информаци о переносе и релпксаиии "горлчюс" неси-

телей заряда в аморфных полупроводниках, так и для создания пол проводниковых тонкоплбночных фотоприемников и устройств УФ дишг зона спектра. Изучение квантового выходя внутреннего фотоэффек мо*ат дать информацию как о зонной структуре вещества, так и механизмах рассеяния неравновесных носителей заряда. В связи этим представляется очевидной актуальность экспериментальных и следований в этом направлении.

Цель__и__кайача__2§боти: "ель работа - исстдозашя явлвнз

переноса неравновесных носителей заряда и квантового выхода вну рениего фотоэффекта в пленках а-£1:Н, а-Б^ Сех:Н, а-Б11 „ХСХ:Я Т1Аа£е2> создание фотоприёмников для видимого и УФ излучения ] основе исследуемых материалов.

Для достижения поставл?нной цели небходлмо было решить сл< дующие основные задачи:

- исследовать спектральную зависимость стационарной фотопровод мости (ФП) плёнок а-Б^ _хСех:Н, Т1АзЗе2 в видимой и УФ облает; спектра;

- исследовать спектральную зависимость квантового выхода внутре! него фотоэффекта в плёнках а-Б^^Ое^Н, Т1Аа5е2 в видимой и ; областях спектра, ей зависимости от температуры и электричеекм шля;

- исследовать фотоэлектрические свойства фотосолрогивлений (ФС! и структур с барьерам Шоттки на основе а~Б11 _ХСХ:Н, ИЛзЭе^ в о области спектра и определить возможности создания эффективных фс топри5мшпсоЕ для УФ диапазона излучения.

. В работе впервые:

- обнаружен рост ФП в плёнках а-БЗ., _х0ех:Н, ИЛбЕо^ в области 5 излучения и показано, что он обусловлен ударной ионизацией;

- определены энергии порогов увеличения'квантового выхода средние энергии образования электронно-дырочных пар ё ;

- оонпрукек температурный сдвиг параметров квантового выхода 1в>г V. ё в планках а-Б1:Н, НАзЗе^;

- обнаружен сдвиг- параметров и £ в зависимости от содержа ш{Д Ое в сплаве а-ЗХ^Се^Н;

исследована фоточузствительность структур с барьером Шоттки УФ области спектра, созданы фэтоприемники для>видимой и УФ облас тя спектра с квантовой эффективностью. ооора носителей заряда т}£

v-0.6 эл/фотон и токовой чувствительностью S^- 0-12 А/Вт 1ф'и =5.0 эВ.

Цяул!.мя_и практическая ценность результатов, представленных, циссертдциотгой работе, заключается в получении новой информп-1 о перепоев и диссипации анергии "горячих" носителей заряда в эрфных полупроводниках, что представляет существенный интерес i физики веществ с неупорядоченной структурой. Созданы фотодо-{торы (диоды Шоттки, фотосопротивления) для видимого и УФ диа-зона, "слепые" к видимому свету и селективные УФ фотоприемники.

ШХШШ_П2ложашял_вуносишв_ на .защиту:

'1. В аморфных полупроводника? (a-Sl:H, a-Si1 х<1ех:Н, а также салькогенидном стеклообразном полупроводнике Т1АиЗе2) имеет мес-возрастание квантового выхода внутреннего фотоэффекта в уль-зфиолотовой области спектра. Это возрастание (т}>1) носит поро-зый характер и обусловлено ударной ионизацией носителей зарядэ.

2. Значения пороговых энергий возрастания квантового выхода Юр и средней энергии образования электронно-дарочной пары ё зисят от степени разупорядоченн.ости структуры аморфней сотки:

в плёнках a-Si:H, полученных мотодом тлеющего разряда и оола-ощих высоким структурным совершенством, ln^ =3.6 эВ, что соот-ютвувт удвоенной ширине запрещенной зоны (пУПОр=Ж°пт,, а вэ~ шна ё составляет 2.4 эВ или 1.37 Eg.

в a-Sl:II и сплавах a-SI(xGex:H, полученных методом магнетрон-:'о распыления, а также в стекле TlAsSe?, то есть менее струн-

ПЛ''1 _

ото совершенных, to составляет 2.27-2.5 Е" , а е=2.3-5.(3 ьВ i 1.53-4.0 Eg.

3. Минимальный порог ударной ионизации, равный £g, и близкая тредельной скорость роста квантового выхода ( наблвдаамыо в со-эшешшх плёнках a-Sl:H) свидетельствуют о существенно более вы-<ой эффективности процесса ударной ионизации в аморфном полу-эводнике по сравнению с кристаллическими, что обусловлено сня-эм правил отбора по квазиимпульсу.

4. Малые длины свободного пробега "горячих" носителей зеря-, малая роль поверхностной рекомбинации, эффективное разделение жтронно-дырочиой пары тюлем барьера л ударная ионияация носи-ней заряде в ультрафиолетовой области спектра обусловливают ш-<ую фоточувствительнссть структур с Оорьором Шоттки (n-1-M) на

основе аморфных полупроводников с квантовой эффективностью сбор: носителей заряда т/с=0.5-0.6 зл/фотон и токоеой чувствительность! Бд_=0.12-0.15 А/Вт при анергии фотонов hv-5.0 эВ.

АпвоОаций_работн: Ревульгаты диссертационной работы докладывались на Международных конференциях E-MRS-SO и E-MRS-92 (Страсбург, франция, 1990, 1992), Всесоюзном семинаре "Аморфные гидрированные подукроводники и их применение" (Ленинград, 1991), Второй Всесоюзной научной конференции "Фотоэлектрические явления ] полупроводашках" (Ашгабад, 199!) и Мевдународной конференции "Sl( и родственные материалы" (Вашингтон, США, 199-3).

Публикации. По результатам работ, изложенным в диссертации, опубликовано 9 работ, перечень которых приведен в конце реферата,

С'1РУктура_и_обьем_^ссортации. Диссертация состоит из , введения, четырех глав, заключения и списка литературы из Hf наименований. Работа изложена на <24- страницах, включая 3 таблиц*/, рисунков.

Содержаще работы. ч

; Во введении обсуждается актуальность темы, сформулирован! цель и задача работы, основные результаты, научная и практическа* ценность диссертационной работы, приводится ее краткое содержание, а такте приведены наункые положения, выносимые на защиту.

• В_первой..главэ кратко рассматриваются выполненные ранее экспериментальные и теоретические исследования зонной структурь сморфних полупроводников. Приводятся сведения о моделях,'используемых для интерпретации экспериментальных данных, дается их анализ . Приведены также сведеккя о дефектах. структуры аморфных материалов их роли в электронных процессах. Указывается на существенную роль примесей на транспортныо, оптические и фотоэлектри-ческио (i'j) свойстве аморфных полупроводников (АЛ).

Проведен подробный анализ полученных ранее экспериментальные .г-.сшклх по оптическим и ФЭ сьойствам a-Sl:H, его сплавов, оптические свойства сравнены со свойствами c-Si. Излагаются результата пс исследованию ФЭ ссойств структур с барьером Шоггки и p-1-r Структур на основе a-Sl:H и его сплавов.

Кратко рассмотрены эффект С-таблера-Вронского, а также poju поверхностных состояний в All в объяснении электронных свойсте

".'OdKt'.X еолупроводикошх 1глоиок.

Приведены результаты экспериментальных и теоретических ис-дадований квантового выхода внутреннего фотоэффекта и ударной гонизации в гсолутро'зодаикг х, основные характеристики процесса ■дарной ионизации. Указаны возможные ошибки при измерении кванто-1СГ0 выхода в полупроводниках, особенно в У<£> области спектра. -

В конце гласи на основе анализа литературных данных формули-|уются цель и задачи исследования.

Во_второй_главе описаш основные методы получения тонких ленок а-31:Н, а-511_хиех:Н, а-Б^^о^Н ПАеЗе^ и эксперимен-альная установка для измерения спектральной зависимости ФП и (Ьг>). Подробно описана технология изготовления структур с барье-ом Шоглсн, формирования омических контактов к исследуемым планам.

Образцы пленок а-811_х0ех:Н для исследования ФП изготовляясь как методом разложения газовой смеси т-31Н4-(ЮО-ш)Аг в ВЧ лещем разряде (СБ), так и магнотронным распылением германиевой ишэни в газовой смеси аргона, силаяа и водорода. Приводятся све-9!шя о параметрах процесса получения пленок и оптимальных усло-иях приготовления.

Приведены данные определения концентрации водорода в пленках этодом ИК-спектроскопии.

Измерения ФП и фоточувствительносги структур проводилась н эясиме синхронного детектирования на переменном токе. Источниками зота служили две лампы: в диапазоне анергий фотонов Ъы.1-,3 в В - вольфрамовая лампа накаливания,в области МяЗ.О-б^эВ ззрядаая дейтеривая лампа типа ДДС--30, Для выделения монохрома-иеского пучка света использовался мопохрокатор с.решетками вой 1200 штр/мм для соответствующего диапазона энергий. средний по-ж фотонов составлял Иф=)0,1-1012 фотон/см^с.

В качестве калибровочного фотоприемнзгега б видимой области юктра использовался кремниевый фотодиод (ФД-24), а в УФ области зминофор с зеленым свечением. Для исследования ^(Ьг») измерялись (Кже коэффициент поглощения а(1п>) и коэффициент отражения П(Ьг<).

Измерения спектров ФП от температуры проподилясь в криостате кварцевым окном. Контроль температур»-осуществлялся медь-конс-штановой термопарой, либо Се-резисторсм с точностью *0.5 К.

Описан принцип рабстн установки, джа оц>ик.ч точности право-

димык измерений.

В_трвтьей_глаБе приведены результаты исследова1шя спектрал! ной зависимости ФП и т] (Ьг»). их зависимости от температуры и эле? траческого поля в пленках а- 31:11, а-81,_1{Сех:Н, ИАзЗе^.

Исследования спектральной зависимости ФЛ в плОнках а~51: (01)) показали, что имеется довольно резкая красная граница п]: 1и'=1.5 - 2.0 зВ. Максимум ФП достигается при 2.И эЬ, далее наблк дается неоолыюй спад и затем монотонное увеличение в УФ ооласп спектра вплоть до 1гг>=6.2 эВ. По зависимости фототока (1^) с энергии фотоног) ь области краской границы была определена шири запрещенной зоны Е^, которая составила 1.75 эВ.

Впервые обнаружено монотонное увеличение Зф в УФ облай спектра. С учетом коэффициентов поглощения и отражения построе! зависимость квантового выхода внутреннего фотоэффекта от энорп фотонов, представленная на рис.1. Анализ спектра т](1п>) показывг ет, что увеличение 1ф обусловлено процессом ударной ионизацие! производимой горячими носителями заряда, и этот процесс имеет Я1 по выраженный порог, величина которого составляет )п>1ЮГ)= 3.6 э] что соответствует удвоенной ширине запрещённой зоны (2^). Нач! пая с этой энергии фотонов, горячие фотоносители могут приобрес кинетическую энергию, достаточную для ионизации ещб одной эле) тронно-дырочной пары. В области энергий фотонов 1л»=1.6-3.6 эВ В( личина тКлу) постоянна (и приравнена к единице), а при Пг'.>3.6 : увеличивается за счет ударной ионизации .удваиваясь при )гг'=0.0 э]

Средняя энергия образования электронно-дырочной пары (ё отражающая кошеуренцию между процессами ударной ионизации и др; ¡•ими процессами диссипации энергии горячих носителей заряда, 01 ределена по наклону зависимости т)(11У) и равна ё= 2.4 эВ на од электронно-дырочную пару.

Полученные значения параметров квантового выхода и

показывают, что в аморфных полупроводниках, обладающих высок структурным совершенством ( таком как а-31:Н, полученным метод т.чекцйго разряда ), процесс ударной ионизации более эффективен сравнению с кристаллическими полупроводниками, что может быть о усл'-'злйно снятием правил отбора по квазиимпульсу для носител зарядз.

Показано, что электрическое аоль (Е) вплоть до ЕИСг В/см

Рио. I. Спектральная зависииост* квантового выхода внуг-реннэго фотоэффекта в а-5/: Н (а), . 2-Я (/г А) (ч)

2.0 18 1.6 14 1.2 1.0 10 10

Н эБ

Рис. 2. Спектральная зависимость квантового выхода внутреннего фотоэффекта в а-б/:К при различных температурах Т, К: I- %, 2- ¿95, 5- '+00.

влияет на спектральные зависимости и т](1п>). это объясняете: очень малыми длинами свободного пробега носителей заряда в Л! (15-20 А): фоточоситзля не успевают набрать избыточную энергию ; электрическом полз мезвду столкновениями, соизмеримую с чт< необходимо для процесса ударной ионизации.

. Исследования влияния температуры на спектральную ъаыАСимост1> показали .что с уменьшением Т пороговая энергия ^^ сдвигается в сторону больших энергий, ё - увеличивается и при Т=96 В т](Ьг>) практически не зависит от энергии фотонов (рис.2). Изменение пороговой энергии возрастания квантового выхода в области высоток температур, когда фотопроводимость происходит по делокали-зовшннм состояниям, определяется в основном температурной зависимостью Е^. В области же низких температур, когда фотопроводимость в основном определяется "горячими" делокализованными носителями заряда, сильная температурная зависимость порога их подвижности приводит к возрастанию 1и>ЦОр и увеличению ё.

Сравнение ФП пленок а-31:Н, полученных разными технологиями, показало, что основное различие в спектральных зависимостях ФП наблюдается при энергиях фотонов 1о> > 2.0 эВ. Роль поверхностной рекомбинация в пленках, полученных магнетронным распылением,больше, чем б пленках, осажденных в тлеющем разряде; рост фототока наблюдается при энергиях -фотонов Ь.г> > 4.2 эВ. Эти различия однозначно связан» с технологией получения пленок а-31:Н, так как плёнки,полученные магнетронным распылением, характеризуются более структурно разупорядоченной аморфной сеткой. Пороговая энергия 1г'ПОр для пленок а-Б1:Н, полученных мзгнетронным распылением, составила Ьг>ПОрС;2.3Е^-4.2 эВ, а средняя энергия образования электронно-дырочной пары ё=3.8 эВ.

Спектры фототека сплавов а-Б11_х0ех:Н качественно аналогичны спектрам фототока в а-31:Н: вначале резкий рост фототока, затем его умоньиение и в УФ области спектра вновь рост фототока. С уве-тачряирм содержания Ое в шайках а-811_х0ех:Н красная граница б спектре ФП сдвкгаьтсг. в область меньшш: энергий, согласно изме-лекк» Е , фоточувствительность пленок при 1п> > 2.0 эВ значительно лрдэет. граница роста фототока з УФ области смещается в длинно-г-о."ловук область спектра и возрастает скорость р. ста фототокз. Хсд лолученьнг спехтра/л-них зависимостей7>0г.>) в УФ диапазоне но-

называет, что в пленках а-51^_хаех:Н также имеет место процесс ударной ионизации носитвляй заряда,и этот процесс носит пороговый характер. С увеличением содержания Ое в а-Б^^Це^Н величина 1и'П0р смещается в область меньших энергий фотонов, ё - уменьшается.

В халькогекидном стеклообразном полупроводнике р-типа Т1АзЗе2 также имеет место процесс ударной ионизации носителей заряда, о чем свидетельствуют исследования ФИ и г((11г>). Пороговая энергия возрастания т)(1ш) составляет Ьу,^ 2.5Е,,=3.5 эВ (Е_=1.4 эВь средняя энергия образования электронно-дырочной пары е = 5.6 эВ. Электрическое поле вплоть до Е=10 В/см не влияет на спектр квантового выхода. С понижением температуры м>ПОр смещаэтся в область больших энергий, средняя энергия образования электронно-дырочной парн увеличивает-я. При изменении температуры в диапазоне Т-350-230 К ё изменяется от 5.4 до 11.5 эВ. Спектральная зависимость тКШО при трЭх темпэратурах приведена на рио.З.

Совокупность данных и ё ( Т=300 К ) для сплавов

а-3:Ц_2Сех:Н и а-31:Н, а также для стекла Т1Ав5е2 и ряда кристаллических полупроводников приведена в таблице 1.

Таблица 1

|а-311_хаех:Н V3 Чюр'эВ Ьу /В 6,эВ

| Х-0 1.85 4.2 2.27 3.8 2.05

| Х=0.35 1.56 3.7 2.37 3.1 1.98

1 Х=О.Б5 1.44 3.5 2.43 2.3 1 :ьэ

| а-81:Н (СБ) 1 .75 3. в 2.0 2.4 1 .37

| Т1Аз2е2 1.4 3.5 2.5 Г. .6 4.00

с-Б1 1.1 з.:' 3.0 3.62 3.29

1 с-Се 0.7 2.9 4.14 2.83 4.04

1п?Ь 0.18 0.44 2.44 '.О 5.55 |

Увеличение пороговой энергии Ь'<'ПОр в а-51,_хСРх:Н, получении магнетронным методом, (ЬУПОр— 2 .2.7-2.13 К^) и ь сгоюк» Т1ЛлЗе,, ' Ьгпор~2,5 ^ ^ по сравнению с а- 21 :Н, получении* в тлетем >ззряде, (1п» .^¿Е ) связано с ростам степени раэупорядоченнсстл

14

13

12

à U

а:

о 10

о» 1.0

1.0

i-т^гзок

г -Т=295к 3 -т=з«к

✓ о

+ /4

1

4 + + + 4 + ' ^ 4 .у +

4 4 4 + ^ + -н-

4 4 4 4 4 + jr"jr'~

_L

1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 М,ЭЬ Рио. 3. Спектральная зависиморть квантового выхода внутреннего фотоэффекта в TUsSe^ при различных температурах T,t£ I- 230, 2- 295, 3- 345.

.Û 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Рис. ь. Спектр фотогокал-L - M структур. Г- M^a-Si.'H<pya-SJ:H/Pd

2- Ио/а-31=Н<Р>/а-81одСа2:Н/Ра

3- 4£/A^Se3 < WD/TZ AsSe2 ¡М°

Цэй

структуры аморфной сотки, что существенно сказывается на процессе перекоса фотоноситолей.

Предложена модель ударной ионизации яри оптическом возбуждении. объясняющая полученше экспериментальные данные. Модель оо-нована на том, что в АН отсутствие дальнего порядка приводит к большой неопределешюсги нначений квазиимпульса носителей заряда. Это облегчает протекание различных процессов в полупропроводнике, в частности, оптические переходы мевду любыми состояниями являются всегда прямыми. Это обстоятельство облегчает также условия протекания и ударной ионизации, вследствие чего пороговые энергии hvf¡0p возрастать! T)(bv) в АП должны определяться, только законом сохранения энергия и соответствовать удвоенной ширине запрещенной зоны, то есть hi>n0p— 2Eg, а средние энергии образования электронно-дырочной пери должны быть меньше аналогичных величин в кристаллических полупроводниках. Экспериментальные результаты, полученные на совершенных пленках a-Sl:H ( GD ), хорошо согласуются с предложенной моделью ударной ионизвции в АП. В менее структурно совершенных пленках (a-Si,_xGex:H, TlAoSe^) ftvnúp оказывается несколько выше значений 2Е, предсказываемых моделью идеального аморфного полупроводника. Это вызвано наличием флуктуаций краев зон, обусловлетгныХ заряженными дефектами и деформациями в аморфной сетке.

В конце главы III сформулированы основные выводы проведенного исследования.

В_Н2Твертой_главе приведены результаты исследования фоточувствительности структур с барьером ИЮттки (n-1-Pd), фотосопротивлений (ФС)' на основе a-Sl:II, a-Sl^ _„СХ:!1, структур на основе TlAsSe^, в широком спектральном диапазоне (1.1-3.2 эВ) и определены возможности создания эффективных фотопрймников УФ области спектра, "слепых" к видимому свету и селективных УФ фотоприемников.

Спектральные завислмости фототока короткого замыкания для n-1-Pd структур с различной толщиной (d=300Q,1600,700 Á) 1-слоя a-Sí:H показывают, что структуры с барьером Шоттки обладают высокой фоточувствительностью не только в области собственного поглощения, определяемого произведением ad i-слоя ihi'-i .1-2.5 эБ), но и в УФ области спектра вплоть до S.2 эВ. Нзбладэемоо плавное увеличение фототока,начиная с энергии Фотонов hv>o.6 эВ.подобно рос-

и -

ту ФП ь плЗнках а-Б1:Н и связано с ударной ионизацией носителей заряда в 3-слое. По мера уменьшения толщины 1-слоя красная граница фоточувствительностк сдвигается в синюю область и наблюдается уменьшение фототока в области видимого света. В УФ области спектра величина фототока практически не зависит от толщины 1-слоя. Наиболее сильный сдвиг красной границы фоточувствитольшсти имеет место, когда в качестве 1-слоя используется сплав а-311_ХСК:Н. Хотя величина фототока меньше, чем для 1-слоя а-31:11, такая структура практически не чувствительна к видимому свету.

Квантовая эффективность сбора посителей заряда для п-1-Ю структур, определённая как т)0=1ф /еЫ^д,оказалась равной 0.5-0.6 ол/фотоа при Ьт--5.0 эВ. Токовая чувствительность Б^0.803'Т]А, составила 0.10-0.12 А/Вт. Высокие значения т) и фэша спектральной зависимости фоточувствительности в УФ области спектра обусловлены практически полным разделением электронно-дырочных пар внутренним полем барьера; отсутствием потерь нй вылет "горячих" электронов надбарьерио в металл, вследствие"малой длины свободного пробега носителей заряда (15-20 А); малой ролью поверхностной рекомбинации носителей на границе 1-М и ударной ионизацией носителей заряда в УФ области спектра.

Проведены исследования ФС на основе пленарных структур А1/а-Б1:Н/А1. приготовленных фотолитографическим способом с расстоянием меаду электродами от 5 до 20 мкм. На основе ФС были разработаны селективные фотоприймники для УФ области спектра с использованием металлических и диэлектрических фильтров. Люкс-амперные характеристики ФС в диапазоне 0.01 - 10 мВт/см2 описываются зависимостью . I* = аЕУ, где 7=0.80-0.8Ь. Обсуждаются процессы деградации фогоприбмников при облучении мощным УФ излучением.

С целью создания фотоприбшшков для УФ излучения на основе хальхошвдных стбкол проведены исследования фотоэлектрических явлений в сэндвич-структурах А^/'ПАаБе^/А! с асимметричными барьерами (А1° -полупрозрачный электрод из окисленного А1). Показано, что наиболее эффективное разделение электронно-дырочных ггар имеет место на барьере халькогенидное стокло-А1°. Показана возможность управления ФоточувствитеЛьностьы в УФ области спектра путам изменения напряжении смещения. ПроиедОнныо исследования цоовопили создать фотодиод на основа барьера Натткл и халъкоге-

нидного стекла на базе структуры А1°/Т1АвЗе2/АвйЗе3<Ы1> /А1 с высокой квантовой эффективностью сбора носителей заряда т]с=0.6-0.7 эл/фотон и Бд=0.15 А/Бт гт^зк 1п>=5.0 эВ. На рис.4 приведены спектральные зависимости тока короткого замыкания фотодиодов с барьером Шоттки на основе аморфных полупроводников,

В конце глевы проведан сравнительный анализ фоточувствительности созданных фотодетекторов на аморфных полупроводниках и фотодетекторов на основе кристаллических полупроводников Аи-СеА1Аз, Аи-Б1, Аи-51С в широком диапазоне энергий фотонов.

§_заключенш сформулированы основные результаты работы, которые сводятся к следующему:

Исследованы спектральные характеристики ФП плбнок а-51:Н, а-8:Ц_хСех:Н (п-тип проводимости) и Т1АзБе2 (р-тип) в широком диапазоне энергий фотонов Ь^и. 1-6.2 эВ и впервые обнаружен рост фототока в УФ области спектра, обусловленный процессом ударной ионизации носителей заряда, о чбм свидетельствуют исследования спектральныг зависимостей квантового выхода внутреннего фотоэффекта (т)(1п>)) в этих материалах. Ход полученных зависимостей г)(1и') показывает, что увеличение т)(1и>) в УФ области спектра, обусловлено процессом ударной ионизации носителей заряда и имеет выраженный пороговый характер. Это означает, что, начиная с этой энергии фотонов, горячив фотоноситоли могут приоОрести кинетическую энергию,достаточную для ионизации ещ5 одной электронно-дароч-ной пары. Определены пороговые энергии возрастания т](Ьу) и средние энергии образования электронно-дырочной пары (6), отра-ражащие конкуренцию между процессом ударной ионизации и процессами рассеяния энергии "горячих" носителей заряда. Пороговые энергии ьуПОр в этих материалах ссстэеляют 2 - 2.5 eg, £=2.3-5.6 зЗ и их величины зависят от степени разупорядоченности структуры аморфной сетки. Тек,в совершенных пленках а-Б1:Н, полученных в тлеющем разряде, пороговая энергия М'ПОр оказалась равной удво-ешой ширине запрещенной зоны . а £-2.4 эВ или 1.37 Е^, что меньше .соответствующих величин в кристаллических полупроводниках. Это свидетельствует о существам« более высокой эфЗ^ктквност/ процесса ударной ионизации в аморфном' полулронодогкя. Обнаружен сдвиг'пороговой энергии 1п1ДОр' и изменение ¿.в зависимости от содержания Ое- в сштаве а-т51,_хСех;К. Несколько бо.чывяв значения

щ>П0С) —2.27-2.5 Е в структурно не не а совершенных пленках (а-Б!,_х0ех:Н, Т1АзЗе2) объясняются флуктуациями краев зон, обусловленными заряженными дефектами и деформациями в аморфной сетке.

Исследование температурной зависимости ФП и г)(Ьр) в плбнках а-Б1:Н и Г1ЛвЗе2 показывает, что с понижением температуры пороговая энергия смещается в область больших энергий, согласно изменению величины Ед, а средняя анергия образования электронно-дырочной пары увеличивается. Параметры квантового вихода внутреннего фотоэффекта (ЬмПОр и I ) определяются не только ■ процессом ударной ионизации, но и механизмом проводимости при данной температуре. Показано, что поле вплоть до Е=Ю° В/см не влияет на спектральные зависимости и 1)(11У).

Полученные результаты хорошо согласуются с предложенной моделью ударной ионизации носителей заряда при оптическом возбуждении в аморфных полупроводниках. Модель ударной ионизации основывается на том, что неопределённость значений квазиимпульса носителей заряда в полупроводниках с неупорядоченной структурой об-облегчает условия нротекания процесса ударной ионизации. Модель предсказывает для пороговых энергий возрастания т)(Ш>) значения крцор"21^ и величины в существенно меньшие, чем в кристаллических полупроводниках. Эти предсказания ндлностью соответствуют экспериментальным результатам, полученным на .пленках . а-Б1:Н (СБ), обладающих наиболее совершенной структурой аморфной сетки.

Обнаружена высокая эффективность фотопреобразования в фотосопротивлениях и структурах с барьером Шоттки на основе а-31:Н, Т1дзЗе0 в уф области спектра вплоть до 6.2 эВ, что делает эти материалы конкурентоспособными для создания целого ряда приборов , уф диапазона. Высокая фоточувствительность п-1-М структур обус-обуоловлена малой длиной свободного пробега "горячих" носителей заряда в 1-слоо, приводящей к эффективному разделению электронно-дырочной пары полем барьера; малой ролью поверхностной рекомбинации на границе 1-м, ударной ионизацией носителей заряда в уф области спектра. Измэнением толщины 1-слоя можно управлять краснсй1 границей Фоточувствительности п-1- М структур, ь использование в качестве ¿-слоя а- Б^^С^Н открывает возможность создания аффективных уф приемников "слепых" к видимому свету. Показана воз-1 можность создания селективных уф фотоприбмников путбм использова-

ния металлических фильтров.

Основные_ £эзультаты_ дассертащш_ опубликованы в_сл§дуюищ

работах

1. J.Ataev, V.E.Chelnokov, M.E.Kumekov, I.V.Shvedkov, E.I.Teru-kov, V.A.Vasallyev, A.S.Volkov. Ultraviolet detectors lmplolng a-Sl:H and a-Sl^C^.H Shottky barrier structures. // Abstracts oX E-MRS-90, Symposium "C", Strasburg, 1990.

2. Ж.Атаэв, В.А.Васильев, А.С.Волков, М.Е.Кумеков, И.В.Шведков. Фотопроводимость и ударная ионизация в пленках a-Si:H в УФ области спектра. // Письма в ЖГФ, 1991, т.17, Jf3, с.81-84.

3. Ж.Атаев, В.А.Васильев, А.С.Волков, М.Е.Кумеков, Е.И.Теруков, И.В.Шведков. Фотоэлектрические свойства пленок a-Si:H и структур на их основе в УФ области спектра. // ФТП, 1991, т.25, Лв, с.1350-1354.

4. В.А.Васильев, А.С.Волков, М.Е.Кумеков, С.Е.Кумеков, Е.М.Теру-ков. Квантовый выход внутреннего фотоэффекта и ударная ионизация в пле.жах a-Sl:H. //Тезисы Всесоюз.семинара "Аморфные гидрированные полупроводники и их применение".Ленинград,1991,с.29,

5. Ж.Атаев, В.А.Васильев, А.С.Волков, М.Е.Кумеков, Е.И.Геруков, ■ И.В.Шведков. Фоточуьствительность n-i-M и p-1-n структур на

основе a-Si'H в УФ области спектра. // Тезисы докладов II Всесоюзной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках". Ашгабад, 1991, с.237.

6. M.E.Kumekov, E.I.Terukov, V.A.Vassilyev, A.S.Voltav. Hot pho-tocarrlers and Impact Ionization of a-Si.:H films In UV spectrum range. //Abstracts oi E-MflS-92, Symp."1", Strasburg, 1992.

7. В.А.Васильев, М.Е.Кумеков, К.И.ТерукоБ, В.Л.Аверьянов, М.Та-гирджанов. Оптическая ударная ионизация в ХСП TlAßSe2 в УФ области спектра. // Письма в ЖГФ, 1993, т.19, ыит.9, с.24-27.

8. M.E.Kumekov, о Л. Kon'kov; E.i.TerJkov, у. A.Vassll.vev, v. е. Chei-nokcv. UV detectors Ьазеа on a-S10:H rums. // Proc. Conf. of "S1С and Related Materials". Washington, USA, 1993, p.189-191.

9. M.E.Kumekov, S.E.Kumekcv, £.T.Terukov, V.A.Vassilyev,V.E.Chelnokov. Quantum efficiency or the ph0i.celecirJ.c4I effect, and Impact Ionization In a~Sl:H In uv range.// Proc.. conf. of "SIC and Related Materials". Washington, USA, 1S93, p.274-278.