Катодолюминесценция твердых растворов на основе (SiC)1-x(AlN)x
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ется многослойный сфалеритный политип AlN со структурой 165 R. Этот вывод подтверждает данные Тейлора, Лэнни и Слэка, которые указали на возможность кристаллизации AlN в структуру цинковой обманки. Структура нитрида алюминия отличается от идеальной структуры вюрцита. В AlN отношение с /a = 1,600 вместо 1,633, а параметр с, определяющий расстояние Al-N вдоль тригональной оси, равен 0,375. Это означает, что центр электронной плотности в Al не совпадает с центром тетраэдра, образованного его ближайшими соседями, и при этом каждый атом смещен вдоль оси С к основанию тетраэдра на 0,005 нм. Вследствие смещения каждого атома возникает постоянный динамический момент в направлении оси С, углы между связами Al колеблются от 107,7 до 110,5 градусов, а расстояния изменяются от 0,1885 до 0,1917 нм.
Кристаллы AlN имеют форму шестигранных игл, призм. Цвет кристаллов нитрида алюминия зависит от примесей, входящих в его состав, и может быть серым, коричневым, голубым, молочно-голубым. Наиболее чистые кристаллы бесцветны. Кристаллы иногда приобретают различные оттенки голубого цвета, что является результатом присутствия в кристаллах оксикарбида алюминия (AlOC), который изоморфен с нитридом алюминия и может образовывать с ним твердые растворы. Интенсивность окраски Al возрастает с увеличением содержания оксикарбида алюминия.
1.2 Люминесцентные свойства SiC и твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x
Люминесценция - это спонтанное, избыточное над тепловым, излучение света с длительностью послесвечения большего периода световой волны.
Люминесценцию условно можно разделить на три стадии:
возбуждение или ионизация центров свечения;
пребывание центров свечения в возбужденном состоянии;
излучение света;
Возбуждение люминесценции может быть осуществлено различными способами. По способу возбуждения она может быть классифицирована следующим образом:
Фотолюминесценция (ФЛ) - возбуждение посредством квантов света;
Катодолюминесценция (КЛ) - электронное возбуждение;
Электролюминесценция (ЭЛ) - возбуждение электрическим полем; и т.д.
Стадия излучения может идти двумя путями:
как результат перехода ранее возбужденного центра свечения в основное состояние;
в результате осуществления процессов излучательной рекомбинации.
К основным характеристикам люминесценции относятся - спектры излучения, спектры возбуждения люминесценции, квантовый и энергетический выход свечения.
Спектр люминесценции - это спектральная зависимость интенсивности фотолюминесценции от длины волны или частоты излучаемого света при одной и той же энергии возбуждения. Отношение энергии полного потока люминесцентного излучения (ЕН) к количеству энергии, поглощенной в люминофоре (ЕП), называется энергетическим выходом (ЕВ) :
ЕВ = ЕН / ЕП
Отношение числа испускаемых квантов (NИ) к числу поглощенных (NП) называется квантовым выходом люминесценции (NВ).
В = NИ / NП
При исследовании люминесценции полупроводников обычно стремятся выяснить схему рекомбинационных переходов, приводящих к излучению квантов света, физико-химическую природу дефектов кристаллической решетки, на которую осуществляется излучательная рекомбинация. Эти дефекты над центрами свечения характеризуются такими параметрами как концентрация, поперечное сечение захвата электронов и дырок, энергия активации захваченных носителей. Физико-химическая природа центров свечения может быть с высокой степенью надежности установлена по средством исследования спектров люминесценции полупроводников, подвергнутых различным технологическим обработкам. При этом спектральный состав излучения будет определяться характером изменения концентрации дефектов в полупроводниках.
Для однозначного установления природы центров свечения полезно располагать исходными данными о технологических условиях выращивания или обработки исследуемых полупроводников. Указанные параметры могут быть использованы для расчета равновесной концентрации дефектов в образцах.
Возбуждение электронным пучком.
Подобно оптическому возбуждению, бомбардировка электронами позволяет изучать полупроводники, для которых технология изготовления контактов и р - n - переходов не достигла уровня, достаточного для проведения электролюминесцентных исследований. Более того, возбуждающие электроны имеют намного большую энергию, чем фотоны, и потому пригодны для возбуждения широкозонных полупроводников. Наиболее высокоэнергичные электроны, использование которых еще не приводит к образованию радиационных дефектов, имеют кинетическую энергию около 200 КэВ. Если не принимать во внимание радиационные дефекты, то катодолюминесценцию можно изучать при еще больших энергиях. Электронный пучок позволяет легко осуществлять отклонение, фокусировку, модуляцию или работу в импульсном режиме. По-видимому, наиболее сложным устройством для возбуждения полупроводников электронным пучком является сканирующий электронный микроскоп. Такая установка позволяет зондировать полупроводник пучком электронов с диаметром около 200 А0. Если осуществляется растровое или линейное сканирование электронного пучка, то результаты электронного воздействия могут регистрироваться с помощью синхронно сканирующего луча кинескопа. Изображение на экране кинескопа является картой полупроводника. Можно получить несколько типов отображений:
Картину распределения катодолюминесценции, получаемую с помощью фотоприемника.
Картину