Явление аномальной фотопроводимости в полупроводниковых системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГБ ОД

2 7 ЯНВ 1.9.9?

Мпмстерство осв1тн Укра'ши Льв'шськмп Державины ушверснтет ¡меш 1ваиа Франка

на правах рукоп«"су

КЛИМЕНКО Виктор Васильевич

ЯШИНЕ АНОМАЛЬНО! ФОТОПРОВ1ДНОСТ1 В НАШВПРОВ1ДШ1КОВИХ СИСТЕМАХ

01.04.10 - Фпика напшпров1дник1» та д)електрнк|'в

Автореферат дисертацп на вдобуття паукового ступени доктора фпнко-математнчннх наук

Льиш - 1997

Днссртцкю с рукопнс.

Робота внконана у Днтропстровському держанному уншерситеп.

Офишип опоненти:

доктор фпмко-математичннх наук, професор Савнцький В. Г.

доктор фпнко-математичних наук, професор СемакД.Г.

доктор фпнко-математичних наук, професор Раренко I. М.

Прош/ши органпашн: 1нстнтут фпикн нашппрошдннкю МЛН Украти

заадашж СпсшалпованиоТ вченоТ ради но чахнсту днсергацш на здобуття вченого ступени доктора фиико-математнчннх наук (Д.04.04,08) при Льошському державному университет! ¡м. !вана Франка за адресою: 290005, м. Льми, вул. Драгоманова, 50.

3 днсерташсю можна ознайомнтнсь у СЮлштсц! Льшиського дер-кушаерснтету за адресом: 290005, м. Льит, вул. Драгоманооа, 5.

Захпсг вибудеться " " С/ТМ^ 1997 р. о /¿"год.30

x». на

Вченнй секретар Спсшал!эованоТ пчено! ради, докгор фп.-мат. наук, професор

к

1>лажнг

шськнн Л.Ф.

'1ЛГЛЛМ1Л ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Лктуалымсгь проблем». Досл1дження фотоелектричиих властивостей с одним з актуальних напрямю'в розвнтку ф|'зики нагивнрошлннкн!, Значения цIсV проблемы визначаеться все зростаючими вимогами, ям ставить перед наукою техшка: створсння високочутливих фотоелектричиих давач|'в, розробка сфективних перетворювач1в сонячно! енергн в електричну, створення фотоелектричиих елемент1'в пам'ят! для обчислювальних машин.

Окр1м перспектив технишого застосувания, досл!дження фотоелектричиих явищ мае важливе значения для з'ясування ряда загальних питань ф1зики нашвпрошдннкт До них належать: розширення уявлень про роль та мехашзми рекомбшацм елсктротп та д>рок в иашвпров1Дниках; досл1дження прнроди локальних докпшкових центр!в; досл1дження ефект1в фотоелектрично} пам'ят1; установления зв'язку м1ж р1зноман|'тиими типами фотопров1диост1.

Окреме М1сце займае явите аномально! фотопров(дност1, яке радикально в1др!зняеться в|'д звичайно! "нормально!" фотопров|'дност1 св01ми властивостями. Аномальна фотопров!дн!сть була вперше виявлена у 1961 роц! групою сп|'вроб1тник|'в Харю'вського пол!техн|'чного шституту п!д кер1вництвом М.1. Корсунського в активованих ртуттю аморфних пл!вках селену. 1нтерес до явища аномально!' фотопров!дност! пояснюсться ушкальними властивостями: здат!пстк> збер!гати тривалий час збуджене св|'тлом значения пров|'дност|, яке не залежить В1д ¡итенсивност| св!тла, а

залежнть тин>ки В|д його спектрального складу. У результат! д0сл1джсння аномально! фотопровщност! виникло уявлення про новий тип дом1шковнх центров в натвировшшках -макроскошчнг центри захоплення носив. Вивчсння сгруктури таких иентр2в становить великий ¡нтерес I важливе для розумжня природи аномальних фотоелектричних явит у натвпров! дннках.

Ушкальш властивост1 аномально/ фотопров1дност1 можуть знайти широке застосування при побудов! ряда фотоелектричних давач^в, елементи оптоелсктро!икн, оптичних елсмент!в пам'яп'. Ус! ш фактори визначають актуалыисть та вагомкть дослшжень явиша аномально} фотопров1дност|.

Мета та заедания роботн. Робота присвячена експериментальному дослшженню явиша аномально) фотопровиност! та спектралыий пам'ят1 електрофпичних параметра нашвпров1дникових систем. Основна мета роботи полагала у з'ясуванш природи та механпм1в виникнення иього явища та установления зв'язку з явищами залишково)' та вш'смноГ фотопров1'дностей, як( спостер!гаються у багатьох. нашвпров1дникових материалах < пояснюються присутшстю рекомбжацжних ) дрейфовнх бар'ер1В, як! роздмяють збуджеш св1тлом носи заряду. Ц! явиша, як правило, спостер1гаються у иеоднор|дних (неупорядкованих, аморфних, склопод1бних, пол1кристал!чних) нашвпровшшках теля спсшальинх обробок таких, як опромшення частниками високих енерпй, введения дислокашй мехашчним шляхом та шших. У явишах аномально! та залишково! фотопровшностей е багато сшльного, тому

виникаг питания: чи не мають вони однакову природу? Для лосягненкя поставлено! мети треба було виконати наступи! конкретш задачг.

1.Вивчити вплив температур» на характер I мнетику аномально! фотопров!дност!.

2.Визначити вплив ступеия акгивацп 1 матер|'алу активатора на процес виникнення аномально'! фотопров|'дностГ

3.Провести дослшження термо та магшто-електричних властивостей аномально-фотопровщних систем для визначення концентрат"! ( рухливост! носив заряду.

4.Визначити зв'язок М1ж явищами аномально!, залишково'1, вщ'смно! фотопров/дностями 1 розробити феноменолоп'чну теорио, яка пояснюс усю сукупн^сть властивостей.

5.Розробити модельну теор1ю \ провести досл1дження по одержанню нових аномально-фотопровщних систем, розробити технолопю IX виготовлення.

6.Вивчити можливост« практичного використання явнща аномально!' фотопров/дносп'.

Наукова новизна. В днсерташ'йшй роботг експерементально дослужено явите аномально! фотопров!дност1 нап1впров!дник!в у широкому спектральному 1 температурному ¡нтервал!. При цьому вперше були одержан! так! результати:

1.Виявлено роль ртул в процесI виникнення аномально? фотопроо1дност1 в пл1вках аморфного селену та вплив ступеня активацп на характер фотопров!дност1 та параметри макроскошчних центров захоплення носив.

2.Выявлено ряд явищ спектрально! пам'ят1 електроф1 зичних параметр ¡в нап1Впров1дник1в

3.Експериментально вивчен! тeмпepaтypнi залежност1 стацшнарних значень аномально! фотопров!Дност1, при цьому виявлено явише термостимульованного зростання темново!

ПрОВ1ДНОСТ|.

4.Експеримектально та теоретично доведено, що явиша В1д'емио'| та залишк ово'| фотопров!диост1 у досл^дженних системах мають однакову природу з явищем аномально: фотопров)диост1 I пояснюються присутн!стю макроскогпчних центров захоплення нер^вноважних носив заряду.

б.Розвинут! феноменолопчна та модельна теорп аномально') фотопров|дносп'< як« базуються на наявност1 у нашвлроы'д-ииках домшжових макроскошчиих центр!в захоплення та утримання носпв заряду.

6.Одержан! нов1 аномально-фотопров|Д1П системи на баз1 рхзних нашвлров!дннкових матер1ал!в.

В щлому в робот1 отримано результати досл1джень з проблеми вивчення явиш фотоелектрично! пам'ят! в нашвлровыниках, 1х можна розшнитн як узагальнення та р1шения науково! проблеми - виявления природи аномально} фотопров!дност! та спектрально! пам'ят! у натвпровитикових системах.

Положения, то виносяться на захнет:

1.Результати досл!Дження кинетики фотопров|дност1 тонких лл1вок аморфного селену в ¡нтервал) температур 77К - 300К при резких ступенях активацп ртуттю.

2.Результати досл1джень ефекп'в спектральнсн пам'ят! електроф)зичних параметр1в аномально-фотопровмного селену: явнша термостимульованого зростання темново! фотопров1д-Hocri, спектрально'! пам'ят! термо-електро-руилйно! сили, рухливост1 nociïB заряду.

3 Фсноменолопчна га модельна Teopiï фотопров|дност1 натвпромдиимв з макроскотчними домплковнми центрами захоплення та утримання носив заряду.

4.Вигляд потенц|'ально1 функцп макроскотчних центр!в захоплення hociïb та методи визначення ïï параметров по температурим) та спектральнж залежност! часу релаксацп фотопров1дностг

5.Нов1 меха!пзми bîa'cmiioï та эалишково! фотопров1дностей, шо базуються на наявност! в «ап1впро«1Дниках дом!шкових макроскотчних центр!в захоплення i утримання нер1вноважних носив заряду.

6.Результати досл!джень фотопров1дност! остр|'вковкх структур на баз! неупорядкованих, склопод1бних (AsjSej, As2S,, SbjS3) та кристал1чних (SbjSej, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CilTe) нап1впров(дник1в.

Наукова i практична цпчпсть Експернментальн! результати, одержан! в робот!, мають важливе значения для розумшня прнроди явища аномально! фотопров|'дност|" нап|'впров1дникових систем. Вивчено ряд нових явит спектрально! пам'ят! електроф|зичних параметров нап1впров!дник1в, таких як рухлив1сть hociïb заряду, термо-е.р.с., контактна р!зниця потенщал1в, робота виходу.

Встановлено зв'язок мш р1знимн типами фотопров1дност1 i показано, шо у дослшжених системах вони мають однакову природу, пов'язану з присутшстю на повермм нашвпров1дника остр1вкового шару, який виконуе функци макроскотчних ucHTpie захоплення та утримання носмв заряду.

Роботи, що проведен! в галуз1 технологи, дають можливкть отримувати аномально-фотопров1дш системи на баз> рпноманпних натвпров1дникових Marcpianiß На ocnoei проведених досл!джеиь розроблеш та практично реал130ва1н безконтактн) давач! температури, доз и внпромжювання, кольору, елементи пам'ят! i оптоелектрошки. Особистнй внесок автора в розробку наукового напрямку. Автор самостгёно внзначнв мету та завдання досл!джень, спланував ochobhi експерименти, самостийно виконав теоретичш д0сл1дження, сформулював ochobhi результатн та висновки, наведен) в дисертацп. Bei експерименталым результатн отримаш автором особисто або за його безпосередньою участю. Положения, як! виносяться на захист та висновки дисертаий належать автору. Ochobhi пауков! результатн орипналыи, надруковаш пров>дннми науковими журналами i допов!далися па мйжиародних конференц1ях. У роботах, виконаних разом з жшими сшвавторами, частка учасп автора дисерташйно! роботи р1внозначна частш жших автор(в.

ПублжацИ та апробашя роботи. По матер1алам дисертацн опубл!ковано понад 50 po6iT. Ochobiu положения i результатн дисерташйно! роботи допов(далися i обговорювалися на: Всесоюзна нарад! по глибоким центрам у иашвпров1дниках,

Одеса, 1472; 111 Всесоюзнш нара/и "Проблеми фпикн сполук АгВ,,", Втьнюс, 1972, V Симпоз1ум1 "Процеси росту та синтезу нап|впров1дникових кристал1в i пл1вок", Новосиб1рськ, 1978; 111 Всесоюзна нарад1 "Дефекти структури в натвпров1дниках", Новосиб1рськ, 1978; Всесоюзшй конференцп "Сильнозбуджеш стани в кристалах", Томськ, 1989; Всесоюзной конференцп "Фотоелектричю явища в нашвпрсхидниках", Ташкент, 1989; Всесоюзшй конференцп "Сенсор-91", Леншград, 1991, М|жнародтй конференц]! "Solar energy conferens", Namibia, 1992; 7 [У/Пжнародшй школ1 "Electronic and Optoelektronic Materials for 21s1 Century", Varna, 1992; М;жнародшй конференцп "Seventh Europhysicai Conference on Defects in Insulating Materials (EURODIM-94)", Lyon, France, 1994; М!жнародшй конференци "A Conferens on Photovoltaic Technology (PV CON '95)", The Willows, South Africa, 1995; М1жнародш'й Ш!coлi "Solid State Physics: Fundamentals & Aplications", Uzhgorod, 1995; М1жиародшй конференцп "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics", Uzhgorod, 1996;

Структура i обсяг дмсертацН. Дисертац1я складаеться з вступу, шости розд!Л)в, додатка, аисновыв, переярку иитованоТ л1тератури. Зэгальний обсяг дисертацп - 312 сторшок машинописного тексту, в т.ч. 105 рисунюв, 26 таблиць та список л!тературиз 207 посилаиь.

ОСНОВНИЙ 1М1СТ РОКОТИ.

У встут обгрунтована актуалып'сть теми дисертацм, сформул ьоваш мета та задач1 роботи, вказат положения, як1 виносяться на захист, показана наукова новизна та практична зиачимкть отриманих результат^, наведен! вшомост1 про апробашю роботи.

Перший роздт присвячений досл!дженням аномально! фотопров!дност1 аморфного Бе при температур! р1дкого азоту. Одна з головних властивостей, яка в1дрЬняс аномальну фотопров1ДИ1сть В1Д звичанно! (нормально}) фотонров1дност1, -це незалежшсть сташонарного значения св>тлово! пров)дност) в1д ¡нтенсивносп св1тла. Залишаючись незалежною в1д ¡нгенснвносп св1тла. значения пров1дност) суттево змшюсться при зм|Н1 довжини св1тлово'| хвилк ГПсля припинення св1тлового збудження, пров1дшсть в основному залишасться незмшною. Ця залишкова пров)д>псть зберпасться в темнот! на пpoтязi иевизпачно довгого часу. Встановлено, то час релаксацн фотопров1дност1 у темнот! перевищус 5 107 секунд.

Досл1дження спектрального розпод1лу аномальной фотопров!дност1 виявили, що фоточутлив1сть зразка р1зко зростае за межами обласл власного поглинання аморфного Бе. Окрйм того, сташонарне значения аномально} фотопров|дност1 не залежить в1д того, яке значения мала темиова провшшеть зразка у момент включения св1тла. При досл!дженнях кжетики аномально! фотопров1дност! було виявлено, що час релаксацп пров1Диост1 обериено пропорт'ональний штенсивностт св1тла I р1зко змшюетьсяпри змпп довжини св1тлово! хвил!.

Властивост1 аномально! фотопров1дност1 активованих Не аморфних нл1вок ве можна пояснити, якщо допусгити, що рекомбптинш пронеси в1дсут1П 1 що визволення носив, як1 були захоплеш локальннми центрами (областями захоплення), эдшснюеться н1 через рекомбшашю !х з вшьними нос1ями протилежного знаку, ж через тепловий виброс !х у в!дп0в1дну зону, а квантами д!Ючого свотла. Так1 зaxoплюючi центри с в о! м и властивостями в1др1зняються в!д центра прилипания та рекомбшацп 1 надал1 називаються утримуючими (У-центрами).

Досл1дження спектрально! залежност] часу релаксацп аномально! фотопров1дност! дозволили визначити характер потеншально! функци У-центр1в. Проведений анализ показав, що У-центри аморфного 8е не можуть здаватися потенциальною ямою траншейного типу з бар'ером, утвореним розподтеинми зарядами або контактною р!зницею потенц1ал!в. Задовшьне узгодження з експериментальними результатами мае мкце, якщо потеншальна функшя становить собою сферичну потентальну яму, яка оточена або кулошвським бар'ером, або бар'ером б|льш складного типу, але таким, який у деякш сво!й частит (приблизно на одну третю В1д висоти) був би достатньо близьким до кулошвського (наприклад, сферичный бар'ер, який утворений контактною р1зницею потетиал1в). На баз! цих результат^ розроблена субколо^дна модель.

Таким чином, проведен! досл!дження фотопров1дност1 активованих Нй аморфних пл<'вок ве при температур! р!дкого азоту дозволили зробити висновок, що властивост! аномально! фотопров1дност1 можна пояснити за допомогою уявлення про макроскотчш дом(шков1 утворення (коло!дш частники), як!

енергетично уявляють собою потеншальну яму шириною (60-100)А°, оточену кулотвським бар'ером - 3 еВ.

У другому розд!л! наведен! доапдження аномально! фотопров»дност1 та явищ спектрально! пам'ят1 активованих Нй пл1вок аморфного Бе у температурному штервал1 77К - 300К при р1зних ступенях активацн парами Нг.

Стушнь активацН зм1нюе сшвв1дношення М1ж нормальною (яка складаеться з в!д'емно! та залишковоК) I аномальною компонентами, але не внливас на характер спектрально'! залежносп часу релаксацм аномально! фотолров1дноет!. Показано, що в чистому Бе цснтр1в, ям в!дпов1дають за аномальну фотопров1днкть, немас. Вони виникають в результат! адсорбцн та конденсацп ртут! на иоверхш аморфного Ве.

Дослшження температурно! залежное™ сташонарного значения аномально! фотопров1дност1 виявнли явите термостимульованого зростання тсмново! пров!дност1, яке зумовлено заповненням центр1в захоплення р1вноважними електронами Проведений анал13 одержаннх результатов дозволив визначити температурш залежности рухливостей р1вноважних та метастабЫьних носив. Рухливкть р1вноважних носив змшюсться по експоненшальному закону з енерпсю активацн 0.16 еВ I становить провщтсть по У-зош селену. Температурна залежшетъ рухливост\ метастабгльних. носив складна, що св{дчить про кшька мехашзшв розаяння.

При д0сл!дженн1 кшетики аномально'! фотопровиност) виявлена залежшеть феномемолопчийх параметров, таких, як перер!з викиду. (Б) електрона квантом свила з центра I

квантовий вих1д ((1") для пронесу закиду електрона в центр, В1д температури I ступеня активаци селену ртуттю. Встановлено, що 8 чмтюсться з температурою I це обумовлено температурною залежш'стю густнни сташв у забороненш зон! аморфного селена. Абсолютт значення р* зростають з активацкю, що св»дчить про зростання концентрацп У-центр1в. В дом|шков|'й област1 зростання р" з активацкю зумовлено ростом концентрацп електрон1в у дом1шков(й зон1, яка виникае в аморфному селеш внасл^док обробки його парами ртутг

Досл1дження термоелектрнчних властивостей пл1вок селену в стан1 аномально! фотопров!дност1 виявило явище спектрально! пам'ят! значення термо-електро-руипйно! сили. Анал1з одержаних результате показав, що иер|'вноважш носН, як| захоплюються У-центрами, с електрони, а метастабпып носп - дфки. Температурна залежшсть коефмпента термо-електро-руипйно! сили мае складний характер I пояснюеться змшою в штервал! температур 160К - 200К мехашзму розс^яння метастаб1льних носив.

Анализ температурно! залежност1 пров1дност1 пл1вок селену та проведет холовсью вим1рювання дозволили визначити рухлив1сть та концентрашю носив, як! в1дп0в!дають за явище аномально! фотопров|дност|, та виявили спектральну залежшсть значення рухливост!, яке збер^гаеться шсля припинення св1тлового збудження невизначио довгий час.

Таким чином, явище аномально! фотопров)дност1 зумовлено змшою ш'д Д1ею св1тла як концентрат'!, так I рухливост! носив заряду.

У третьему розд!Л1 розвинута феноменолопчна теори фотопров1дност1 нап1впр0в(дник1в з макроскотчиими центрами захоплення носив.

Розглянуго вплив теплових процеав на характер фото-пров1дност1. Показано, що характер фотопровшюст! (аномальна, залишкова, В1д'емна) визначасться параметрами потеншаль-но1 функц)) макроскошчних центр1в захоплення носпв, а залишкова 4 вт'емна фотопров1дност1 мають наступи! властивостг

1. Кжетика описуеться експоненшальними законами.

2. Обернена величина часу релаксацп св]тово1 пров1дност1 с лЫйиа функшя ¡нтеисивност! свйтла.

3. Час релаксацп темново? пров1дност! б|льший, 1мж час релаксацн св1тловоТ пров1дност1.

4. Обернена величина фотовтпов1д1 змшюсться з оберненим значениям ¡нтенсивност» лшШно.

5. Час темново! релаксацп в1д'емно! фотопров!диост1 зростае при зниженн! температури 1 визначасться залежшстю в!д температури швидкост! заповнення У-центр1в ртноважними нос1ямн.

6.Час темново! релаксацп залишково! фотопровшносп в област1 температур далеких В1д температури переходу до власиоТ пров1дност| рЬко зростас при зменшенш температури.

На основ1 анал1зу кшетики фотопров1Дност1 розроблеш методи визначення параметр!в потеншально 1 функцп по спектральним та температурмим залежностям часу релаксацп. Теоретично визначеш област1 параметр!в цеитр1в, як1 здатш в(дпов!дати за ■ аномальну, залишкову та вщ'смну

фотопров|диосп. Показано, шо У-центри, як! обумовлюють при низьюй температур! аномальну фотопров!дшсть, при шмнатшй температур! призводять до в1д'смно) фотопровшюстК Проведено анализ характеру фотопров!дност1 для гаусовського розпод!лу розм!ру лотеншально! ями макроскош'чних центров захоплення носив.

Четвертнй роздгл дисертацп присвячений д0сл1дженню властивостей в1д'смно1 та залишково} фотопровшюстей активованих I В| аморфних пл!Вок 8е у температурному (нтервал! 77К - 300К.

Досл1дження в1д'емно1 фотопров!дност! при Т > 200К дозволили зробити пнсновок: в1д'емна фотопров1дшсть виникае внасл1док спустошеиня квантами св1тла утримуючих центр«в, як1 в1дпов!дають за аномальну фотопров!'дность при Т < 200К. Досл1дження в1д'см.ноТ фотопров1'дност1 при Т ~ 120К показали, що фотопров!дн1сть пов'язана з присутшстю макроскошчних центр|'в з 1ншимн параметрами потеншально"! 'функцп, що призводить до IX заповнення р1вноважними ноа'ями. Оскшьки аномальна фотопров)Д1псть у нашвпров!дниках спостер1гаеться при виконанж певних умов, то у ряд) випадмв, коли аномальна фотопров1дн!сть не виявляеться, але мае м!сце в^д'емна фотопровции'сть, параметр» центров захоплення можна визначити з люкс-амперно! характеристики в!д'емно1 фото-пров1дност1.

Залншкова фотопров!дшсть аморфного 8е активованого Нй по сво1м аластивостям в!Дпов1дае фотопров!дност!, яка повинна мати мкце у нагпвпрошдннку з У-центрами, при умов! ¡сну-вання лроцесу спонтанного IX спустошеиня за рахунок теплово!

енергм Анализ кжетичних кривих при р1зних ¡нтенсивностях саппа та температурив! залежносп часу релаксацм пров1дност1 П1сля припинення фотозбудження дозволив вид^лити три експоненшалыи компоненти 1 визначити спектраяьн! залежност1 феноменолопчних параметра - перерезу внкиду квантом свила ноая з центру та квантового виходу для процесу закиду нос!я в центр. Обчислення парамстр1в макроскошчних центр!В незалежними методами показали добру зб1жн1сть результате.

Досл!дження залишково! фотопров1дност! ■ аморфного 8е активованого В| показали, що актнвац>я призводе до зниження опору пл1вок I до зм1ни спектрального розпод1лу фоточутливост! - максимум чутливост! зрушуеться 3 450 им до 650-680 нм. Вигляд спектрального розпод1лу не змжюеться при змии температури в ¡нтервал! 77К-300К. Внасл1док активацп змжюеться 1 характер фотопров1дност!. Д|я свила призводе до встановлення сташонарного значения пров1дност1, яке залежить В!Д ¿итенсивност! 1 довжини свилово! хвил!, а гисля припинення збуджеиия встановлюсться квазиемнове значения, яке переб1льшуе значения рйвноважно! пров!Дност! на деюлька порядюв. На в|дм1ну в1д аномально! фотопров1дност1 аморфного селену активованого ртуттю, квазиемнова провшшсть практично не залежить вщ довжини хвил! попереднього освилення, тобто в активованих п!смутом плавках селену в»дсутня "кольорова" пам'ять.

Досл1дження кшстикн фотопров!дност( показали, що властивост1 залишково! фотопров!Дност1 пл1вок аморфного селену, активованих вкмутом, аналопши властипостям

залншково! фотопров!дност1, яка повинна мати м|'сце у нашвпров1Лниках з У-центрами. Обчислення параметра макроскош'чних пентр1в захоплення носин показали, що !х розмф визначаеться структурою селеново! пл1вки, а енерпя зв'язку нос!я з центром визначаеться речовиною активатора.

У п'ятому роздм! дисертацп проведено аналп в!домих моделей аномально! фотопров|'дност1, показана !х незаловшыи'сть стосовно до аморфного селену 1 запропонована остр1вкова модель. Еар'ерна модель фотопров|'дност! неоднородного и.ипвпротдннка, що була розвинута М.К. Шейнкманом I Л.Я. Шиком, шлком задов1льно пояснюс явище зберпання у темнот! значения фотопров)дност1. Однак, умова бар'ерно! тсорн, при ЯК1Й евплова пров1дшсть не залежить в!д ¡нтенснвност! св(тла, у пл!вках аморфного селену не внконуеться. Окр1м того, з бар'ерно! теорп випливас, що обернена величина часу релаксацп св|'тлово! пров!дност1 (1/тс) сублпнйно залежить шд ¡нтенсивносл евкла (Ь), а при малнх ¡нтенсивноетях взагшп перестас В1д не! эалежати. У випадку аномально! фотопров!дност| добуток тсЬ=сопз1 у широкому д1апазон! (б|'льшс 3 порядк!в) зм|'ни ¡нтенсивност! светла. 1Модель, яка була запропонована С.М. Ривкшим, пов'язус аномальну фотопроп!Д1псть ¡з змпюю внасл1док осв1тлення ширини пров1дного каналу. При цьому вважаеться, що коицснтрац1я носив залишаеться незмишою. . 1снування спектрально! пам'ят) рухливост1 носив, а також значения термо-е.р.с., у шивках аморфного селену св1дчнть,- що аномальна фотопров!дшсть пов'язана 31 змпюю концентрацп та рухливост1 носив заряду. У модел1 Л.С. Стиса зробдена спроба

пояснити властивост! аномально! фотопровщност! у рамках в!домо! модел1 А. Роуза. Модель припускае ¡снування у натвпровЦнику атомарних центр»в трьох тип)в: м1лких донороподгёних - прилипания 1 двох акцепторнопод!бних -рекомбйнацшних. Анализ ше! модел1 стосовно до аномально! фотопров!днос-п аморфного Бе показав, що у не! також немае М1сця для явищ спектрально! пам'ять Хоча сташонарна концентрашя електрошв 1 не залежить в!д штенсивност! свггла (при'виконанш певних умов), концентрация електрошв у зош пров1дност1 через час, який - визначаеться ¡нтенсившстю рекомбшацшних процессе (для ве ~10'7 с), буде дор^внювати нулю. Окр!м того, не погоджуеться з Ц1ею моделлю 1 спектральна характеристика аномально! фотопров1дност1.

Основою для побудови остр1вково! модел1 аномально! фотопров!диост1 були так! експерименталып факти:

1.Аномальна фотопров1дшсть виникае в пл1вках аморфного селену Т1льки шсля витримки !х деякий час у парах ртуть

2.Аномальна фотопров!дшсть уявляе собою поверхову фотопровшшсть, причому шар, в1дпов1дальний за це явище, розташований не б|льш, чнм 0.1 мкм в1д поверхш.

3.К1льк1Сть ртут!, яка необхшна для винекнення аномально! фотопров!дност1, - 5 10"8 г/смг, що дор^внюе приблизив однш десяти"! в1д мономолекулярного шару ртуть

Перел1чеж факти дозволили зробити висновок, що на поверхш селену утворюсться остр1вкова структура, яка являе собою "крапл1" ртут1 (або селешду ртут1), як> розташоваш у глибинах м1крорельефу поверхш селеново! пл1вки. 1х розм!р та в^ддаль м1ж ними визначаються рельефом поверхш селену I

стушнню актнвацп. H¡ "краплГ' (остр1вки) виконують функцм макроскоп!чних иентр!в захоплення та утримання носив заряду (У-nenipÍB феноменолопчно'1 Teopií аномально! фотопров!д-hoctí). Окр!м того, внасл!док ди ртут!, в селет виникають повсрхнев! píbhí (типу таммовських), поверхнев) дом!шков! зони, як1 прнймають участь у фотопров1дност!. На ui pieni зачоплюються в!льн1 електрони, внасл1док чого поверхня в!д'гмно заряджена i у приповерховому ujapi ¡снус електричне поле. Речовина остр!як!в мае велику пров!дн!Сть, тому являс для електрожв потенц!альну яму (пастка для електрошв). Енерпя зв'язку електрона з uicio пасткою (Е„) е робота виходу, яка визначаеться речовиною остр1вка. Для електрошв, як1 знаходяться в селет, octpíbok являс собою кулотвський потеншальний бар'ер. Д1Я св5тла змпиое заряд ocTpiBKÍB, за рахунок o6M¡ny гарячими нос1ями м|ж ними та селеном, що призводить до зм¡ни концентрацп i рухливост! носив в облает! проходження струму. Аналп експериментальних факт1в з точки зору uiei модел! показав, що вона здатна пояснити yei властивост! фотопров1дност| активованих ртуттю пл!вок аморфного селену.

Шостнн розд1л присвячений досл1дженням фотопров!дност1 octp¡bkobhx структур на 6a3i неупорядкованих систем (As^Sej, AsjSs, SbjSj) i moho та пол1кристал|'чннх матер!ал1в (Sb2Sej, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe).. Остр1'вкова структура на поверхт нап1впров1дник1в створювалась шляхом нанесения тонкого шару (Hg, Bi, Sn).

Досл!дження спектральних та кшетичних характеристик неупорядкованих систем Hg-Se, Hg-AsjSa, Hg-AsjSej, Hg-SbjSj

у температурному ¡нтервал! 77К-300К показали, що фотопров!д-н1сть мае складний характер: поряд з аномальною фотопровшшстю спостер!гаеться нормальна (у розумтн1 залежност! В1д штенсивностО компонента, яка харектеризуетьея пов1льнимн релаксашями шеля припинення евплового збудження. Kinькicнe ствв^дношення м!ж цими компонентами фотопров!дност1 змшюеться ¡з змжою рстпрю остр1вково! структури. Розм<р остр1вково! структури не впливае на • характер спектрального розпод!лу аномально! фотопров1дност1, але змшюе "кольорову" чутлив1сть Z. Досл1дження кшетики аномально! фотопров1дност1 дозволили визначити спектральну залежшеть часу релаксацм т,. Вим1рювання, як! були проведен! для р1зних товщин остр1вкового шару Нц, показали, що х, зб1льшуеться з ростом товщини.'

При досл!дженнях нормально! компоненти фотопров^дносп встановлено, що час релаксаци темнового значения провЦност! також зб|льшуеться з ростом товщини остр^вкового шару. Таким чином, характер фотопров!дност1 в досл!Джеиих системах, визначасться присутшстю остр!вкового шару, який виступас у рол! макроскошчних центров захоплення (У-центр1в феноменолопчно! теорп аномально! фотопров1дност|).

Досл1Дження, проведен! на кристал1чних тонкопл1вочних системах (вЬгвез, гпв, CdS, С(18е, Сс1Те), показали, що

наявн1сть остр!вкового шару також призводить до радикальних зм|н характеру фотопров!дност!. При шмнатшй температур! в облает! власного поглинання св|'тла спостер1гаеться в1д'емна, а у доммикови! облает! виникае додатна фотопровшметь з

помльиими релаксац1ями. Зниження гемператури не призволнть до суттсво! зм|'ни спектру фотопров1дност1, але впливас на !! кшетику. Температурна залсжшсть часу ре.таксацп (т,) темново! пров1дност! нелипйна 1 значения 1п(тт) зб1лыиу( т ься з ростом 1 /Т. Спостер1гаемий характер тсмпературно! залежиост1 часу релаксаци може мати М)сце у иатвпрош линках 1 атомарними домплкооими центрами Т1льки при температурах близькнх до температури переходу до влаено! пров1дноетг 1снування под|бних залежностей при температурах малих у пор1внянш з температурою переходу до влаено! провишост! с типовим для макроскошчних центр|в з колективмим бар'сром.

Внчпрмвянмя спектрально! та температурпо! залежност1 часу релаксаци фотопров|'дносТ| на евпу I у темряв1 дозволили вирахувати параметры потенциально! функцп макроскошчних центр«в захоплення носив заряду. Досл^дження залежност1 кшстики фот0[ф0в1дн0ст1 в1д розм1р1в остр|'вково! структури св|дчать про тс, що природа спостер1гаемо! фотопров!дност1 пов'язана з наявшетю остршкового шару, який вЫграе роль макроскошчних центр1в захоплення носив заряду.

Досл1джсння, проведен! на структурно досконалих монокристалах '¿.пБе (одержаних з газово! фази), показали, що характер !х фогопров1дност! змшюеться шеля легування поверхш ¡онами 1Ч+ (спостер1гаеться . залишкова фотопровшшеть). Така обробка' м'онокристал!чного зразка призводить до утворення на його поверхш остр1вкового- шару р-типу. Зм1на характеру фотопров!дност1 пов'язана з утворенням макроскошчних бар'ер|в, як! розд!Ляють носп

заряду I IX рекомбжашя шсля припинення збудження в!дбувасться внасд|док тунельного ефекту.

У додатку наведен! питання практичного використання аномально! фотопров1дност1, розглянуто застосування дослЦжених систем як давач1в температури, кольору, дози, елеме!тв пам'ят1, оптоелектрошки та наведено розроблеш методи обчислення !х характеристик, переваги та иедолжи у пор1внянн1 з аналогами. Наведен! ориг!нальн1 особливост1 використованих методик та техшки експерименту, методи одержання нашвпров1дникових структур та зразк1в. Описан) розроблеш методи визначення параметр1в макроскошчних центров захоплення за спектральними та температурними залежностями часу релаксацп фотопров1дност1.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТ!! ТА ВИСНОВКИ.

Здп!Снено комплекс досл1джень явиша аномально! фотопров!дност! та спектрально! пам'ят1 у нап!впров1дникових системах. Основш результата можна сформулювати таким чином:

I. Проведен! дослцтження кшетики фотопров!дност1 ид ¡во к селену у температурному штервал! 77К-300К при рпних ступенях активацн ртуттю. Показано, що температура та стушнь активацп змшюе сшвв!дношення м1ж компонентами фотопровщностг. нормальною та аномальною, але не впливае на характер спектрально! залежност1 часу релаксацп аномально! фотопров!дност!. Нормальна компонента фотопров1дност! складасться з вщ'емно! ( залишково!. Ступшь активацп змнпое характер спектрально! характеристики ф0Т0пр0В1ДН0СТ|, при цьому у забороненш зон! селену виникас

домш!кова зона, ширина яко! зб^лыиуеться при зростанш концентраци ртутг

2. Досл1джен1 ефекти спектрально! пам'ят! електрофпичних параметр1в аномально-фотопров1дного селену, при цьому ппершс експерименталыю виявлеш явиша тсрмостимульованого зростання темново! фотопров!дност1 та спектрально! пам'ят! значения тсрмо-електро-руцпйно! сили, я к! обумовлен! змшою концентраци носив заряду.

3. Остановлено, то явище аномально! фотопров!дност! обумовлено змшою п!д д!ею св1тла, як концентраци, так I рухливост! носив заряду та наявшстю на поверхш нагпвпровмника осгр!вково! структури, яка виступае в рол|' иептр!п захоплення та утримання нершмоважних носив заряду.

4.Розвинута феноменолог!чна теор)я фотопровшюст! натвпровишнюв з макроскоп!чними центрами захоплення носив. Показано, то характер фотопровЫност! визначаеться параметрами потеншально! функци макроскошчних центр1в захоплення носив.

5. Виявлено вигляд потеншально! функц!! макроскошчних центр!» захоплення 1100118 та розроблсш методи визначення ¡1 параметр!в за спектральними та темнературннми залежностямн часу релаксаци фотопров!дност!.

6. Теоретично визначсш облает! параметр1в потенц!ально1 функц!! макроскоп!чних цснтр|'в захоплення носив, як1 спроможн! в1дпов1дати за аномальну, залишкову, В1д'емну фотопров!дност1.

7. Запропоновано нов! мехашзми виГемноУ > залитково! фотопров!лностей, яю базуються на наявносп у нап1впров(дниках макроскошчних цен тр1в захоплення нер!вноважних поспи заряду, та сформульовано !'х основн! законом1рност1.

8. Детально проанал!зован! ¡снуючГ модел! та теорп аномально! фотопров1дност! ! запропонована остр!вкова модель, яка пояснюе ус! властивост! фотопровшюст! аморфних пл1вок селену в температурному штервал! 77К - 300К.

9. Проведен! деталып досл!дження фотопров!дност! остр1вкових структур на баз1 халькогешдних неупорядкованих систем (А^вез, Ав^э, вЬгвз) 1 кристал1чних матер1ал!в (8Ь28е3, ЖпБ, гпве, Сс18, Сё8е, СйТе). Виявлено, що характер фотопровщност! визнаиасться розмфом остр!вково1 структури.

10. Розроблена технолопя виготовлення аномально-фотопров!дних систем на баз! р!зиоман!тних нагив-про[йдниковнх матер1ал!в.

ОСНОВН1 ПУБЛ1КАЦ11 ЗА МАТЕР1АЛАМИ ДИСЕРТАЦ11

1.Клименко В.В., Шульга В.И., Гаргер К.С. Фотопроводимость монокристаллов селеиида цинка, легированных ионами азота // Украинский физический журнал, 1981, 26, №3, С.403-406.

2.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В.Температурная зависимость стационарного уровня аномальной фотопроводимости // Физика твердого тела, 1970, 12, С.2467 - 2470.

3.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Гаргер К.С., Клименко В В. Роль ртути в процессе возникновения аномальной фотопроводимости // Доклады АН СССР, 1968, 183, №1, С.71 - 74.

4.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клнменко В.В.Температурная зависимость спектрального распределения аномальной фотопроводимости Н Доклады АН СССР, 1970, 193, №4,С.797-799.

5. Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В. Кинетика восстановления темновой проводимости в пленках селена // Физика твердого тела, 1970, 12, С.3341 - 3344.

6. Корсунский М.И..Клименко В.В..Волчек А.Д..Моисеева Н.К. .Параметры У-центров активированных пленок селена // Физика твердого тела, 1971, 13, №1, С.252 - 256.

7.Волчек Л.Д., Клименко В.В., Корсунский М.И. Спектральная зависимость величины термо-э.д.с. в пленках селена // Физика и техника полупроводников, 1971, 5, №3, С.551 - 553.

8.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко B.Ö. Спектральная зависимость квантового выхода для процесса заброса электронов в У-центры // Доклады АН СССР, 1971, 196, №3,

С.565-567.

'Л Корсунский М.И., Клименко В.В. О форме потенциального барьера У-центров аморфного селена активированного ртуттю // Доклады АН СССР, 1973, 208, Х°2, С.331 - 334.

10.Корсунский М.И., Клнменко В.В. Влияние параметров потенциальной функции У-центров на характер фотопроводимости пленок аморфного селена // Физика твердого тела, 1973, 15, №3, С.710 - 715.

1).Корсунский М.И., Ретивов H.A., Клименко В,В.Определение параметров У-центров по температурной зависимости времени жизни П Доклады АН СССР, 1972, 207, №4, С.827 - 830.

12.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Гаргер К.С., Клименко В.В. О природе нелинейности вольтамперных характеристик при

аномальной фотопроводимости аморфного селсна // Известия АН Каз.ССР, сер.физ., 1968, №4, С.71 - 74.

13.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Гаргер К.С., Клименко В.В. Фотоэлектрические свойства аморфного селена, подвергнутого действию паров ртути И "Физические основы электрофотографии", 1969, Вильнюс, С.187 - 190.

14.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Гаргер К.С., Клименко В.В. О времени релаксации аномальной фотопроводимости в селене // Известия АН Каз.ССР, сер. физ., 1969,№2,С.50 - 54.

1 5.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Гаргер К.С., Клименко В.В. Зависимость сечения выброса носителя от энергии фотонов // Известия АН Каз.ССР, сер физ., 1969, №4, С.90 - 97.

16.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В.Спектральная зависимость квантового выхода для процесса заброса носителя в долгую ловушку // Известия АН Каз.ССР,сер. физ., 1970, №6, С.45 - 50.

17.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В. Влияние температуры и степени активирования селена ртутью на параметры У-центров аморфного селена // Известия АН Каз.ССР, сер. физ., 1971, №2, С.49 - 54.

18.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В Фотопроводимость в полупроводнике, содержащем У-центры // Известия АН Каз.ССР, сер. физ.,1971, №6, С.49 - 53.

19.Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В. Зависимость квантового выхода для процесса заброса носителя в У-центры от температуры и степени активирования селена ртутью И Известия АН Каз.ССР, сер. физ., 1971, №6, С.13-19.

20.Корсунский М.И., Клименко B.B. Аномальная и отрицательная фотопроводимость активированных-ртутью пленок аморфного селена // "Вопросы общей и прикладной физики", 1472. Алма-Ата, С.1 5 - 18.

21 Корсунский М.И., Волчек А.Д., Клименко В.В. О температурной зависимости подвижности в пленках аморфного селена.// Известия АН Каз.ССР, сер. физ., 1973, №3, С.45 - 48.

22.Корсунский М.И., Клименко В.В.Отрицательная фотопроводимость активированных ртуттю пленок аморфного селена // Известия АН Каз.ССР, сер. физ., 1973, №6, С. 13 - 20.

23 Корсунский М.И., Клименко В.В., Ретивов H.A. О природе остаточной проводимости в активированных висмутом пленках аморфного селена П Известия АН Каз.ССР, сер. физ.,1976, №6, С.30 - 36.

24.Клименко В.В., Шульга В.И., Г'аргер К.С. Образование глубоких центров захвата при легировании монокристаллов селенида цинка нонами азота // "Дефекты структуры в полупроводниках", 1978, Новосибирск, С.32 - 33.

J5.Клименко В.В., Суббот Н.М., Трусеева H.A., Шейко Е.Е. Влияние условий роста на структурное совершенство монокристаллов // "Дефекты структуры в полупроводниках", 1978, Новосибирск, С.34 - 35.

!6.Клименко В В., Суббот Н.М., Трусеева H.A., Шейко Е.Е. Рост кристаллов из паровой фазы // "Синтез и рост совершенных кристаллов и пленок полупроводников", 1981, изд."Наука", Новосибирск, С,102 - 105.

27.Клименко В.В. Процессы фотоэлектрической утомляемости в полупроводниках // "Оптические свойства молекул и кристаллов", 1990,Днепропетровск, С.50 - 55.

28.Петере И.И., Клименко В.В. Особенности температурной зависимости рассеяния света. П "Оптические свойства молекул и кристаллов", 1990,Днепропетровск, С.45 - 50.

29.Моисеенко В.Н., Петере И.И., Линник В.Г., Клименко В В. Особенности рассеяния света в кристаллах // Физика твердого тела, 1990, 32, №8, С.2377 - 2380.

•30.Богатырев Ю.И., Клименко В.В., Моисеенко В.Н. Оптический датчик // Мат. конф."Сенсор-91", 1991, Ленинград, С.53.

31.Моисеенко В.Н.Богатырев Ю.И..Пастухов В.И..Клименко В.В. Оптический датчик в составе BOJIC // Приборы и системы управления, 1992, №8, С.25-26.

32.Klimenko V.V. The spectral memory in amorphous semiconductors // Abstract. 7th International School on Condensed Matter Physics "Electronic and Optoelectronic Material for the 21" Century", 1992, Varna. Bulgaria, P.48.

JJ.Klimenko V.V. On the nature of anomalous photoconductivity in semiconductors// Solid State Phisics: Fundamentals and Apllcations (SSPFA), Uzhorod, Ukrain, 1995, P.93.

34.Klimenko V.V. Anomalous photoconductivity in semiconductor systems.// "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics", Uzhorod, Ukrain, 1996, P.76.

V.V. klimenko. The phenomenon of the anomalous photoconductivity of the semiconductor systems.

Thesis on search of the scientific degree of doctor of physical and mathematical sciences. speciality 01.04. ¡0 ■ the physics of semiconductors and ¡mutators I Inmko l.viv Slate Umverstty.Lviv. ¡996.

The results of studying anomalous photoconductivity and spectral memory in semiconductor systems presented in 34 scientific work are submitted to defence. The anomalous photoconductivity nature is established to be connected with the existence of the island structure on semiconductor surface, which appears as the macroscopic centers of capture and keeping the current carriers. The theory of semiconductor, containing macroscopic capture ccntres is advanced. A new mechanism is proposed and main laws of negative and residual photoconductivity are Ibnmilaied Л kind of potential function of macroscopic charge carrier capture centres is established

Клименко B.B. Явление аномальной фотопроводимости в полупроводниковых системах.

Диссертаций на соискание ученой степени доктора фиткоматематическш: наук по специальности 01.D-I.10 - физика tiuivnnoKiHlHukoii и ()и иектрикчн. Лыимский государственный унииерситет им. И. Франко, Львов. 1096.

К защите представлены результаты исследований аномальной фотопроводимости и спектральной памяти в полупроводниковых системах, изложенные в 34 научных работах. Установлено, что природа аномальной фотопроводимости связана с существованием на поверхности полупроводников Ьстровковой структуры, которая выступает в роли макроскопических центров захвата и удержания носителей тока. Развита феноменологическая теория фотопроводимости полупроводников, содержащих макроскопические центры захвата носителей. Предложен новый механизм и сформулированы основные закономерности отрицательной и остаточной фогопроводимостсй. Установлен вид потенциальной функции макроскопических центров захвата носителей заряда.

Ключов! c-totia нашвпров1дник, фотопрошдшеть, гетероструктури, спеюральиа пам'ять, потеншальний бар'ср, макроскотчний центр, ocrpiBKOBa структура.

Г и п. сЬ ГЦ Зал. ¿46 3 -/СО.