Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 9 Точная самокомпенсация проводимости в кристалле Cd0.95Zn0.05Te : Cl в широком интервале давлений пара Cd й О.А. Матвеев, А.И. Терентьев, Н.К. Зеленина, В.Н. Гуськов, В.Е. Седов, А.А. Томасов, В.П. Карпенко Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук, 117907 Москва, Россия (Получена 7 декабря 2004 г. Принята к печати 22 декабря 2004 г.) Процесс самокомпенсации в кристаллах твердого раствора Cd0.95Zn0.05Te : Cl изучался путем отжигов монокристаллов под управляемым давлением пара Cd с последующим измерением эффекта Холла, фотолюминесценции, времени жизни и подвижности носителей заряда и памяти фототока в отожженных кристаллах. В результате отжигов были определены термические условия получения образцов с низкой проводимостью и малой концентрацией свободных носителей заряда (107-1011 см-3). Показано, что инверсия проводимости p n наблюдается в этих кристаллах при более высоких концентрациях свободных носителей заряда (n, p 109 см-3), а кривая зависимости концентрации электронов от давления кадмия более пологая, чем в кристаллах CdTe : Cl. Для объяснения полученных результатов привлечена модель самокомпенсации с участием заряженных собственных точечных дефектов акцепторов с глубоким уровнем.

Сделано предположение, что этот уровень принадлежит вакансии цинка, сохраняющей активность при высоких давлениях кадмия.

Получение полуизолирующих кристаллов полуизолирующие кристаллы n-типа проводимости [15].

Cd1-xZnxTe : Cl широко исследуется в последнее вре- Именно такие полуизолирующие кристаллы n-типа необмя [1,2]. Низкая проводимость этих кристаллов ходимы для создания приемников рентгеновского излуобъясняется эффектом самокомпенсации электрически чения в компьютерной томографии [15].

заряженных точечных дефектов. Для объяснения самоВ настоящей работе приводятся результаты исследокомпенсации в полупроводнике, легированном донорной вания образцов монокристаллов Cd0.95Zn0.05Te : Cl, отожпримесью, чаще других используются модели: генерации женных под управляемым давлением пара Cd.

противоположно заряженных собственных точечных Образцы для отжига вырезали из слитка дефектов [3Ц8] и релаксации кристаллической решетки Cd0.95Zn0.05Te : Cl, выращенного методом горизонтальс образованием DX-центров [9Ц11]. Высокая степень ной направленной кристаллизации под управляемым самокомпенсации в кристалле достигается медленным PCd [15]. Условия выращивания (перегрев расплава, охлаждением его после выращивания, когда происходит отклонение состава расплава от стехиометрического, взаимодействие заряженных точечных дефектов [3,4,12].

скорость роста) были теми же самыми, как и Процесс самокомпенсации CdTe : Cl мы изучали, осудля CdTe : Cl [16]. Концентрация хлора в слитке ществляя отжиг образцов монокристаллов под управляопределялась загрузкой CdCl2 в расплав (2 10-18 см-3) емым давлением пара Cd (PCd) с последующим измеи была такой же, как и для CdTe : Cl. Исходные рением эффекта Холла [13,14]. В результате отжигов образцы Cd0.95Zn0.05Te : Cl до отжига имели дырочную были определены термические условия получения обпроводимость, концентрация дырок p = 108-109 см-3.

разцов с низкой проводимостью ( 10-10 Ом-1 см-1) Отжиг образцов проводили по методике, подробно и малой концентрацией свободных носителей заряда описанной для кристаллов CdTe : Cl в работе [13].

(107-108 см-3). Был установлен характер инверсии типа Образцы отжигали в трехзонной печи в кварцевой проводимости p-n от PCd при низких концентрациях ампуле. Температура отжига составляла tcr = 900C, носителей заряда (107-108 см-3). На основании этих температура засыпки tp = 905C, температура мерезультатов были определены условия управления проталлического кадмия tCd определялась необходимой цессом самокомпенсации при отжиге слитка CdTe : Cl величиной парциального давления паров кадмия в после его выращивания.

каждом эксперименте. Засыпка изготавливалась из того При отжиге образцов и выращивании слитка CdTe : Cl же кристалла, что и отжигаемый образец и позволяла мы воспроизводимо получали полуизолирующие крисохранять состав образца в процессе отжига.

сталлы p-типа проводимости. Значительно реже удаНа отожженных при заданных парциальных давлениях валось получать полуизолирующие кристаллы n-типа, паров кадмия образцах Cd0.95Zn0.05Te : Cl из измерений часто они были неоднородными по физическим харакэдс Холла определена концентрация свободных носитетеристикам. Однако уже в первых опытах выращивания лей заряда. Зависимость концентраций дырок (электроCd1-xZnxTe : Cl (x = 0.0002-0.1) уверенно получались нов) p (n) от PCd для этих образцов показана на рис. 1, a E-mail: Oleg.Matveev@mail.ioffe.ru (точки 2, 2 ).

Точная самокомпенсация проводимости в кристалле Cd0.95Zn0.05Te : Cl в широком интервале... отличие от CdTe : Cl, создает намного более благоприятные условия для управления электрическими свойствами кристалла в процессе его приготовления с помощью вариаций парциального давления паров кадмия.

Низкая концентрация свободных носителей заряда в кристаллах Cd1-xZnxTe : Cl, p(n) =107-108 см-3, объясняется процессом самокомпенсации заряженных точечных дефектов. Согласно одной из моделей самокомпенсации [9Ц11], вследствие сильной релаксации кристаллической решетки вблизи атома хлора происходит образование DX--центра, создающего глубокий уровень ниже минимума зоны проводимости. Это объясняет получение полуизолирующих кристаллов Cd1-xZnxTe : Cl n-типа проводимости. Однако остаются необъясненными:

1) зависимость концентрации электронов от PCd, так как релаксация решетки, согласно данной модели, зависит только от состава твердого раствора (концентрации Zn) и природы легирующего элемента (Cl);

2) образование DX--центров в Cd1-xZnx Te : Cl становится энергетически выгодным только при содержании цинка x 0.2 [10] (заметим, что образование DX--центров в кристаллах Cd1-xZnxTe : Cl для x < 0.наблюдали в [9,11]).

Согласно другой модели [3Ц8] самокомпенсация объясняется генерацией собственных точечных дефекРис. 1. Зависимости концентрации свободных носителей тов Ч вакансий металла (VZn, VCd), которые являзаряда (a) и фотолюминесцентных характеристик (b) образются акцепторами, и ассоциацией заряженных доноцов от давления пара кадмия при отжиге. a: 1 Ч p-CdTe, ров и акцепторов в центры, дающие глубокие уровни 1 Ч n-CdTe, 2 Ч p-Cd0.95Zn0.05Te, 2 Ч n-Cd0.95Zn0.05Te.

в запрещенной зоне. Согласно этой концепции при b: 3 Ч относительная интегральная интенсивность полосы низких PCd кристалл содержит высокую концентрафотолюминесценции 1 эВ (I/I0), 4 Ч положение максимума цию VCd Ч акцепторов и, следовательно, имеет выполосы 1 эВ (hm), 5 Ч общая интегральная интенсивность сокую концентрацию свободных носителей Ч дырок, фотолюминесценции (I0).

что и видим на рис. 1, a для кристаллов CdTe : Cl и Cd0.95Zn0.05Te : Cl. Увеличение давления пара кадмия над кристаллом приводит к уменьшению содержания в Здесь также приведены результаты аналогичных изменем VCd. Кривая зависимости p от PCd для образцов рений для CdTe : Cl (точки 1, 1 ). При малых значениях CdTe показывает соответствующее этому уменьшение PCd кристаллы CdTe : Cl и Cd0.95Zn0.05Te : Cl имеют p-тип концентрации дырок. В образцах Cd0.95Zn0.05Te : Cl нам проводимости. При средних величинах PCd наблюдается не удалось выявить четкую зависимость p от PCd.

инверсия типа проводимости p n.

Высокая концентрация дырок и отсутствие отчетливой При высоком парциальном давлении кадмия кризависимости концентрации дырок от PCd свидетельствусталлы становятся n-типа проводимости. Отметим, что ют о сохранении высокого значения концентрации VCd.

инверсия типа проводимости для кристаллов CdTe : Cl Высокая [VCd] является следствием недостаточно высонаблюдается в очень узком интервале значений PCd и кого PCd над кристаллом Cd0.95Zn0.05Te : Cl при отжиге.

при малых концентрациях, p(n) =107-108 см-3.

(Действительно, при одинаковой температуре для стеВ кристаллах Cd0.95Zn0.05Te : Cl инверсия типа провохиометрического состава Cd0.95Zn0.05Te требуется пардимости p n наблюдается при более высоких концен- циальное давление PCd выше, чем для CdTe [17]).

трациях, p(n) 109 см-3. Кривая зависимости n от PCd При более высоких PCd концентрация донорных цендля кристаллов CdTe : Cl характеризуется очень крутым тров [Cdi] +[ClTe] превышает концентрацию [VCd]. Такой наклоном: увеличение значения с 107 до 1015 см-характер изменения концентраций заряженных дефекпроисходит при увеличении парциального давления тов находится в согласии с рис. 1, a, где наблюдаем кадмия PCd всего в 2 раза. В случае кристаллов инверсию типа проводимости p n для CdTe : Cl и Cd0.95Zn0.05Te : Cl Ч кривая более пологая: при увели- Cd0.95Zn0.05Te : Cl. Для CdTe : Cl инверсия p n носит чении PCd в 10 раз концентрация n увеличивается с 107 резкий характер (близкий к скачку). Такое изменение до 1011 см-3 (при этом материал остается практически концентрации носителей объясняется ДскачкомУ уровня полуизолирующим!). Такой характер зависимости кон- Ферми с глубокого акцепторного уровня на мелкий центрации n от PCd для кристаллов Cd0.95Zn0.05Te : Cl, в донорный (Cdi, ClTe).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1036 О.А. Матвеев, А.И. Терентьев, Н.К. Зеленина, В.Н. Гуськов, В.Е. Седов, А.А. Томасов...

ными методами, сильно отличаются друг от друга и от результатов, полученных расчетными методами (рис. 2).

2) Не изучено пока содержание заряженных точечных дефектов (VZn, Zni) в Cd0.95Zn0.05Te.

3) Не установлена растворимость хлора в Cd0.95Zn0.05Te.

Мы сделали попытку оценить максимальную растворимость заряженных собственных донорных дефектов, используя недавно полученные данные по общей растворимости дефектов в Cd0.95Zn0.05Te [17], CdTe [19] и данные для заряженных собственных точечных дефектов в CdTe [3,20] (последние различаются незначительно Ч рис. 2, кривые 1, 2). Предполагаем, что соотношение общего количества собственных точечных дефектов и Рис. 2. Максимальная растворимость кадмия в CdTe (1 Ч [3], заряженных дефектов в Cd0.95Zn0.05Te является таким 2 Ч [20], 3 Ч [18], 4 Ч [19]), кадмия и цинка в Cd0.95Zn0.05Te же, как в CdTe, (5 Ч [17]) на разрезе T -x (температураЦсостав) диаграммы + + [Cd+] +[VTe] [Cd+] +[Zn+] +[VTe] состояния системы CdЦZnЦTe.

i i i =.

[Cdi] +[VTe] [Cdi] +[Zni] +[VTe] CdTe Cd0.95Zn0.05Te (1) Скорость возрастания концентрации электронов n при Данное предположение основывается на том, что энерувеличении PCd для кристаллов Cd0.95Zn0.05Te : Cl значи- гии кристаллической решетки CdTe и Cd0.95Zn0.05Te тельно меньше, чем для CdTe : Cl. Это может означать различаются незначительно [21] и образцы при слабую зависимость увеличения концентраций донорных отжиге находятся в одинаковых условиях P-T точечных дефектов [Cdi], [VTe] от PCd. Ограничение (давление-температура). Предполагаем также, что дорастворимости этих собственных точечных дефектов минирующее влияние на изменение концентраций заряв Cd1-xZnx Te можно видеть на диаграмме состояния женных дефектов (на положение уровня Ферми и консистемы Cd-Zn-Te (рис. 2). Граница максимальной кон- центрацию свободных носителей) оказывает давление центрации кадмия в кристалле Cd0.95Zn0.05Te (кривая 5) пара кадмия. Данные по концентрациям дефектов для указывает на уменьшение растворимости Cdi, VTe по 900C взяты из рис. 2. Получаем для Cd0.95Zn0.05Te + сравнению с CdTe (кривые 3, 4). Эти кривые отражают [Cd+] +[Zn+] +[VTe] 5 1016 см-3, и при высоком PCd i i такой же должна быть концентрация электронов в зоне общую концентрацию точечных дефектов. Кроме того, проводимости. Однако этого не наблюдается (рис. 1, a).

ограничение растворимости VTe в кристалле приведет Следовательно, либо сделано неправильное предполок ограничению растворимости основной легирующей жение (1), либо концентрации точечных дефектов, взядонорной примеси, замещающей теллур, Ч ClTe. Таким тые нами для 900C, не соответствуют концентрациобразом, на основании данных по растворимости VTe в ям дефектов в полуизолирующем кристалле при комCd0.95Zn0.05Te и CdTe можно предположить меньшую натной температуре, при которой проводили измерерастворимость хлора в твердом растворе по сравнению ния эдс Холла. Если оставить в силе предположес бинарным соединением. В образцах Cd0.95Zn0.05Te : Cl ние (1) и использовать его для оценки концентрадо отжига хлор содержится в заряженном состоянии в концентрации [Cl+ ] 1017 см-3 (необходимой для по- ции дефектов при низких температурах ( 500C), коTe гда ДзастываетУ равновесие дефектов при охлаждении лучения полуизолирующего материала с p 108 см-3).

кристалла, то получим еще более высокое значение В процессе отжига при 900C концентрация дефектов + Cl+ может уменьшиться за счет ухода хлора во вклю- [Cd+] +[Zn+] +[VTe], так как, согласно [17], раствориi i Te мость металла в Cd0.95Zn0.05Te при низких температурах чения в кристалле или газообразную фазу вследствие даже выше, чем в CdTe. Однако отметим, что, рассматретроградного характера растворимости этих дефектов в кристалле. При уменьшении содержания Cl+ и Cd+ ривая зависимость от PCd отношения Te i уменьшается концентрация центров, создающих мелкие + [Cd+] +[Zn+] +[VTe] i i, уровни энергии в запрещенной зоне, и переход уровня [Cdi] +[Zni] +[VTe] Cd0.95Zn0.05Te Ферми от глубоких состояний к мелким будет более плавным. Эти рассуждения позволяют качественно объ- мы формально включили в него [Zn+] и ожидаем инi яснить различие зависимостей концентрации электронов версии проводимости за счет изменения соотношения - -от PCd для Cd0.95Zn0.05Te и CdTe (рис. 1, a). ([VCd] +[VCd ])/[Cd+] при изменении PCd. Концентрация i Количественной оценке препятствуют следующие об- точечных дефектов с участием цинка в образце контростоятельства. лируется составом и температурой засыпки, находящей1) Экспериментально данные по растворимости то- ся в ампуле, а эти параметры для засыпки и образчечных дефектов, полученные разными авторами и раз- ца одинаковы. Концентрация дырок p = 108-109 см-3, Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Точная самокомпенсация проводимости в кристалле Cd0.95Zn0.05Te : Cl в широком интервале... Значения произведения подвижности на время жизни для электронов и дырок, память фототока в образцах, отожженных при различных PCd До отжига После отжига память память ( )e, см2/В ( )h, см2/В №отжига PCd, 104 Па ( )e, см2/В ( )h, см2/В фототока, % фототока, % 063 1.8 5 10-5 4.5 10-5 3. 064 0.8 4 10-5 < 2 10-7 0. 067 2.5 5 10-5 < 8 10-7 0. 2 10-4 (1-3) 10-5 9-3.5 10-5 < 2 10- 6 10- 070 5 2.5 10-7 < 5 10-7 0. Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам