Катодолюминесценция твердых растворов на основе (SiC)1-x(AlN)x
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
наведенной электронным лучом проводимости, получаемую путем регистрации изменения тока через образец.
Картину морфологии, получаемую путем регистрации электронным коллектором отраженных и вторичных электронов.
Если установка имеет рентгеновский анализатор, из характеристик спектра рентгеновского излучения можно определить химический состав облучаемой области.
Когда бомбардирующий электрон проникает в полупроводник, он осуществляет ионизацию большого числа электронно-дырочных пар. В этом процессе падающий электрон теряет свою кинетическую энергию и в конце концов останавливается. Длина пробега или глубина проникновения представляет небольшой интерес. Этот параметр может быть определен как такое расстояние в полупроводнике, на котором интенсивность первичного электронного пучка падает до нуля. Эксперименты на целом ряде веществ показали, что зависимость глубины проникновения d от энергии первичных электронов Ep описывается выражением
где а - константа.
В результате ионизации создается сферическое облако электронно-дырочных пар, эффективный радиус этого облака называется - радиусом возбуждения. Часть первичных и вторичных электронов рассеивается назад по направлению к пушке, которые вносят свой вклад в потери мощности возбуждения, остальная часть расходуется на возбуждение электронно-дырочных пар. Энергии Е0, необходимая для генерации одной электронно-дырочной пары, лучше всего описывается полуэмпирической формулой
где слагаемое Е1 пропорционально целому числу оптических фононов, теряемых в этом процессе (0,5 < Е1 < 1,0 эВ). Первое слагаемое в этом выражении состоит из ширины запрещенной зоны Eg и остаточной компоненты кинетической энергии, равной 9/5 Eg.
Зная энергию ионизации и распределение потерь энергии, можно определить скорость генерации пар. Таким образом, концентрация электронно-дырочных пар Np приближенно описывается выражением:
где J - плотность тока в электронном пучке, [J/(1,6 * 10-19) - число электронов, падающих на 1 см2 полупроводника в 1 с ]; Ep/ E0 - число пар; генерируемых одним падающим электроном; t - время жизни электронно-дырочной пары; d - эффективная глубина проникновения первичных электронов. Поскольку в результате рекомбинации электронно-дырочной пары излучается фотон с энергией hn Еg, максимальная эффективность преобразования энергии, ожидаемая в случае катодолюминесценции, есть
.
Энергия, которая не выходит в виде излучения, превращается в тепло. В случае SiC и твердых растворов h может быть около 22 %. Поэтому при очень больших мощностях возбуждения необходимо применить короткие импульсы возбуждения.
Карбид кремния используется в оптоэлектронике для создания различных элементов и устройств, где существенны люминесцентные свойства применяемого материала.Особенности излучательных рекомбинационных процессов в примесном карбиде кремния исследованы достаточно хорошо. В SiC имеется эффективная полоса дефектной люминесценции, так называемая люминесценция типа Д, (ДЛ) [2],которая идет через сложный точечный комплекс и стимулировалась только облучением образцов частицами высокой энергии с последующим обжигом при Т= 1300К. Полоса эффективной высокотемпературной люминесценции, связанной с введением в SiC бора ( БВТИ- борная высокотемпературная люминесценция), так же как и более коротковолновые практически важные полосы люминесценции на донорно-акцепторных парах азот- алюминий, в которые собственные дефекты не входят, подробно обсуждены в [3].
Авторами работы [4] исследовано распределение эффективности ФЛ диффузионных слоев SiC, легированных бором. Распределение эффективности по глубине диффузионного слоя изучалось путем перемещения светового зонда по поверхности косого шлифа. В этом случае эффективность фотолюминесценции по глубине диффузионного слоя h(х) на глубине от поверхности кристалла может быть определена по формуле:
h(x)=
где I(у1), I(у1) - интенсивности ФЛ, измеренные при двух фиксированных положениях светового зонда; у=у1+у2 - шаг перемещения светового зонда; I0 - интенсивность светового зонда; S - площадь светового зонда; q - угол косого шлифа; a - коэффициент поглощения.
Для данных кристаллов люминесцентно-активной является в основном n - область, причем, распределение эффективности ФЛ по глубине имеет вид кривой с максимумом, находящимся на значительном удалении от p-n- перехода. Результаты измерений распределения эффективности для одного из образцов представлены на рис. 1. Эффективность люминесценции определяется отношением tо / tи, где t б и tи - соответственно излучательное и безызлучательное время жизни носителей заряда. Уменьшение на хвосте диффузионного распределения естественно связать с уменьшением концентрации излучательных центров и, как следствие, возрастанием tи.
Рис. 1 - Распределение интенсивности ФЛ по глубине кристалла
Излучательная рекомбинация в карбиде кремния, обусловленная такими примесями как азот, алюминий, бор, галлий, бериллий и скандий обеспечивает широкие полосы люминесценции, лежащие в интервале энергии 1,4 -2,9 эВ. На рис.2 представлены спектры люминесценции кристаллов карбида кремния, легированных различными примесями. Эффективная люминесценция карбида кремния при комнатной температуре достигается при легировании кристаллов такими примесями, как бор, бериллий, скандий, алюминий, азот. Спектры люминесценции представляют собой ш