Стаціонарні розподіли рухомих позитивно заряджених іонів у кристалі CdS, що сформовані під дією електричного поля. Можливості керованого формування складних профілів провідності та фоточутливості. Побудування теорії перехідного процесу електродифузії.
Аннотация к работе
Однак це використання натикається на такі два основні обмеження: а) нестабільність параметрів цих матеріалів, яка повязана з протіканням у обємі так званих фотохімічних реакцій; основними агентами цих реакцій є рухомі атоми; б) більшість спроб одержати матеріали CDS, CDSE та ін. р-типу провідності були невдалими, через те, що акцепторні домішки мали межу розчинності чи утворювали глибокі рівні, або відбувадась самокомпенсація; отже, одержання p-n-гомопереходів на основі цих матеріалів значно ускладнено. Показано, що в результаті електродифузії (дрейфу у електричному полі) іони розподіляються таким чином, що у прианодній області їхня концентрація зменшується. Представлені в роботі дослідження виконувались у відповідності з робочим планом ІФН НАН України за темами: №24 "Дослідження та управління рекомбінаційними процесами і явищами переносу носіїв у напівпровідниках А2В6, А3В5 та Si з метою оптимізації параметрів напівпровідникових приладів: світлодіодів, приймачів, сонячних елементів, тензодатчиків" Для цього необхідно було дослідити фізичні процеси перерозподілу рухомих іонів Cdi у CDS під дією електричного поля а також розробити експериментальні методи, які б дозволили одержати достатньо великі за розмірами області кристалів CDS, очищених від рухомих іонів внаслідок їхнього дрейфу у електричному полі. При цьому вирішувались такі конкретні задачі: Проаналізувати стаціонарні розподіли рухомих позитивно заряджених іонів у кристалі CDS, що сформовані під дією електричного поля, з точки зору одержання максимальних розмірів областей зі зменшеним вмістом рухомих донорів та максимального ступеня очищення цих областей.У першому розділі наведено огляд основних результатів робіт, присвячених вивченню та використанню процесів електродифузії іонізованих точкових дефектів, зокрема у кристалах А2В6. Описано технологію одержання кристалів, які використовували у експериментальній частині роботи: а)низькоомні кристали, одержані модифікованим методом “вільного” росту без контакту зі стінками ампули; б)високоомні кристали, одержані за тією ж технологією але з тією різницею, що під час росту у ампулі присутні спеціальні речовини (“гетери”), які частково “звязують” атоми надлишкового кадмію. Розглянуто різні моделі напівпровідника, у якому містяться: а) електрони та рухомі позитивно заряджені іони (модель1); б) електрони, рухомі позитивно заряджені іони та нерухомі негативно заряджені центри - глибокі акцептори (модель2); в) електрони, рухомі позитивно заряджені іони та нерухомі позитивно заряджені центри - більш глибокі донори (модель 3); г) електрони, рухомі позитивно заряджені іони, нерухомі позитивно та негативно заряджені центри (модель 4-загальна). Зроблено розрахунки для трьох різних випадків створення електричного поля: а) напруга, прикладена до омічних контактів; стосовно рухомих іонів контакти вважають блокуючими б) електричне поле між обкладинками конденсатора; електроди вважають блокуючими як для іонів, так і для електронів; струм не протікає; в) електричне поле контактної різниці потенціалів. На підставі розрахунків встановлено, що найефективніше очищення відбувається у матеріалі, який містить нерухомі позитивно заряджені центри при відсутніх нерухомих негативних зарядах, тому для очищення компенсованих кристалів CDS, у яких існують негативні заряди, звязані на акцепторах, процес електродифузії іонів потрібно проводити при інтенсивному освітленні кристала обємно-поглинаним світлом для перезарядки акцепторів.В результаті теоретичного та експериментального вивчення електродифузії рухомих донорів встановлено, що ефективне зменшення концентрації рухомих донорів у кристалах CDS (“очищення”) під дією електричного поля можна досягнути лише за умов наявності в обємі нерухомого позитивного заряду. Встановлено, що використання під час електродифузії донорів у високоомних кристалах освітлення прианодної області дозволяє зменшити тунельну емісію дірок з анода і, таким чином, розширити область зі зменшеною концентрацією рухомих донорів. Нестаціонарний розподіл рухомих донорів у режимі постійної величини струму через зразок (при величинах струму, що відповідають лінійному стаціонарному розподілу, п.2) можна представити у вигляді двох рухомих фронтів концентрації, які ділять кристал на три характерні області: дві крайні області - зі стаціонарним розподілом та внутрішню область - з початковим значенням концентрації.
План
Основний зміст роботи
Вывод
В результаті теоретичного та експериментального вивчення електродифузії рухомих донорів встановлено, що ефективне зменшення концентрації рухомих донорів у кристалах CDS (“очищення”) під дією електричного поля можна досягнути лише за умов наявності в обємі нерухомого позитивного заряду. У компенсованому напівпровіднику такі умови можна створити освітлюючи його світлом.
Показано, що при малих значеннях зовнішньої напруги на омічних контактах (порядку декількох KT/e) у стаціонарних умовах рухомі донори розподіляються за лінійним законом.
Встановлено, що використання під час електродифузії донорів у високоомних кристалах освітлення прианодної області дозволяє зменшити тунельну емісію дірок з анода і, таким чином, розширити область зі зменшеною концентрацією рухомих донорів. Так, у кристалі довжиною 2 см в результаті електродифузії при освітленні прианодної області одержано очищену область розміром 0.5 см.
Нестаціонарний розподіл рухомих донорів у режимі постійної величини струму через зразок (при величинах струму, що відповідають лінійному стаціонарному розподілу, п.2) можна представити у вигляді двох рухомих фронтів концентрації, які ділять кристал на три характерні області: дві крайні області - зі стаціонарним розподілом та внутрішню область - з початковим значенням концентрації.
Розроблено методику визначення коефіцієнта дифузії, яка полягає у вимірюванні напруги на омічних контактах як функції часу у режимі постійного струму. Значення коефіцієнта дифузії визначають як параметр апроксимації експериментальних даних аналітичним виразом, одержаним при теоретичному розгляді перехідного процесу. Запропонований метод є відносно простим і не вимагає руйнування речовини кристалу під час вимірювання.
Визначено коефіцієнт дифузії міжвузлових іонів кадмію у нелегованих кристалах CDS, який складає . Величина енергії активації дифузії 0.4 ЕВ добре узгоджується з даними, одержаними за допомогою дослідження кінетики фотохімічних реакцій.
Список литературы
1. Шейнкман М.К., Корсунская Н.Е. Фотохимические реакции в полупроводниках типа А2В6 // Физика соединений А2В6 /Под редакцией Георгобиани А.Н., Шейнкмана М.К.- М.: Наука, 1986.
2. Маркевич И.В. Подвижные дефекты как фактор нестабильности параметров полупроводников А2В6 : дис. д. ф.-м. наук: 01.04.10. К., 1996. - 292 с.
3. Zamouche A., Heser T., Mesli A. Investigation of fast diffusing impurities in silicon by a transient ion drift method //Appl.Phys.Lett.. - 1995. - Vol. 66, № 5. - P. 631 - 636.
Каширіна Н.І., Кислюк В.В., Шейнкман М.К. Просторовий розподіл рухомих іонів у напівпровіднику під дією електричного поля //УФЖ - 1999.- Т.44, №7. - C. 856 - 862.
Кислюк В.В., Корсунская Н.Е., Маркевич И.В., Пекарь Г.С., Сингаевский А.Ф., Шейнкман М.К. Формирование профиля фоточувствительности в объемных монокристаллах CDS под действием внешнего электрического поля //ФТП - 1996. - Т.30, №10. - С. 1884 - 1886.
Bobrenko Yu.N., Kislyuk V.V., Kolezhuk K.V., Komashchenko V.N., Pavelets S.Yu., Shengeliya T.E. II-VI thin- film polycrystalline multilayer converters for solar photovoltaics //Sol.En.Mater. & Sol.Cells. - 1994. - Vol. 33, №1. - P. 83 - 90.
Akopyan A.A., Kislyuk V.V., Pekar G.S. Determination of diffusion coefficient of impurity ions in a crystal from their drift under electric field // Proc. MRS Fall Meeting. - Boston (USA). - 1998. - p.556.
Sheinkman M.K., Kashirina N.I., Kislyuk V.V. Electric field- caused redistribution of mobile charged donors in semiconductors // Proc. of Int. semiconductor conference, 21st edition. - Sinaia (Romania). - 1998. - P.92.
Kashirina N.I., Kislyuk V.V., Sheinkman M.K. Distribution of Cd paramagnetic centers in CDS under external electric field //Joint Int. Conference on magnetic Resonance & Related Phenomena. - Berlin (Germany). - 1998. - P.1113 - 1114.
Kashirina N.I., Kislyuk V.V., Sheinkman M.K. Electric field-induced distribution of Cd in CDS //Proc. of int. symposium on Acoustoelectronics, frequency control and signal generation. - St. Petersburg (Russia). - 1998. - P. 74.
Akopyan A.A., Kislyuk V.V., Pekar G.S., Sheinkman M.K. Model for electrostimulated diffusion of mobile donors in semiconductors //Proc. of int. School conference "Solid state physics: fundamentals & applications" (SSPFA). - Katsively (Ukraine). - 1997. - P. R12-13.
Kislyuk V.V., Markevich I.V., Pekar G.S., Singaevsky A.F., Sheinkman M.K. Novel method for stimulating the ion drift in high-resistant bulk CDS single crystals under the external electric field //Proc. of int. autmn school-conference "Solid state physics: fundamentals & applications" (SSPFA). - Uzhgorod (Ukraine). - 1995. - P. R73-74.