Катодолюминесценция твердых растворов на основе (SiC)1-x(AlN)x
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
инатор; 7 - измеритель скорости счета; 8 -самописец
При очень малой мощности падающего излучения выгоднее использовать фотоумножитель для счета единичных фотоэлектронов, эмитированных со скоростью n в секунду, а не измерять величину фототока I усредненного за период Dt. Электронная лавина с зарядом q=еG, генерируемая единичным фотоэлектроном, дает на аноде с емкостью С импульсы напряжения U=eG/C, при С=1.510-11пФ, G=10 6, U=10мВ. Эти импульсы, имеющие время нарастания порядка 1нс, запускают быстрый дискриминатор, который выдает нормальный ТТЛ-импульс с амплитудой 5В на счетчик или на цифроанологовый преобразователь. Сигнал с этого дискриминатора попадает на аналоговый счетчик с изменяемой постоянной времени, измеряющий частоту появления импульсов [11].
По сравнению с обычными аналоговыми измерениями анодного тока фотоумножителей, техника счета фотонов имеет следующие преимущества:
флуктуации коэффициента усиления G фотоумножителя, которые дают вклад в шум при аналоговых измерениях, здесь не существенны, так как каждый фотоэлектрон индуцирует одинаковый нормализованный импульс на выходе дискриминатора до тех пор, пока анодный импульс превышает порог дискриминатора;
темновой ток, генерированный тепловыми электронами из различных динодов, может быть подавлен корректной установкой порога дискриминатора. Эта дискриминация особенно эффективна в фотоумножителях с большой эффективностью конверсии q на первом диноде, покрытом Ga-As-P;
ток утечки между выводами в цоколе фотоумножителя дают вклад в шумы при измерении тока, но не регистрируются дискриминатором при правильной установке порога;
высокоэнергетические b частицы, образующиеся при распаде радиоактивных изотопов в материале окошек, и частицы космических лучей приводят к редким, но не пренебрежимым выбросам электронов из катода с зарядом каждого выброса ne (n>>1). Результирующие анодные импульсы вызывают дополнительный шум анодного тока. Однако они могут быть полностью подавлены дискриминатором с окном, используемым при счете фотонов;
цифровая форма сигнала удобна для его дальнейшей обработки, импульсы после дискриминатора можно непосредственно направить в ЭВМ, которая анализирует данные и может управлять экспериментом.
Верхний предел скорости счета зависит от временного разрешения дискриминатора, которое может быть меньше 10 нс. Это позволяет считать случайно распределенные импульсы с частотой появления примерно до 10 МГц без существенных ошибок в счете. Нижний предел установлен скоростью появления темновых импульсов [12].
ГЛАВА 3. Катодолюминесценция твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x
Исследование спектров катодолюминесценции твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x позволяет оценить многие важнейшие свойства этих материалов. Особенно это касается широкозонных материалов, для которых необходимы большие энергии для возбуждения краевой и примесной люминесценции. До настоящего времени существовало небольшое количество работ, посвященных этой проблеме. В [13] представлен спектр катодолюминесценции ЭС (SiC)0,46(AlN)0,54 при 80 К. Спектр состоит из 2-х полос излучения (рис.9). Краевой максимум расположен в области 3,74 эВ, что значительно превышает краевой максимум в SiC любого политипа. Авторы полагают, что этот максимум связан с атомами азота. Более длинноволновая полоса излучения, максимум которой расположен при 3,2 эВ, вероятно, обусловлена атомами алюминия. Там же представлены спектры пропускания (SiC)1-x(AlN)x различных составов при комнатной температуре. Несовпадение края поглощения, обусловленное непрямыми переходами и максимума краевой полосы излучения объясняются тем, что спектры снимались при различных температурах и варизонным характером исследованного ЭС.
Рис. 9 - Катодолюминесценция ЭС (SiC)0,45(AlN)0,56 при 80 К
Спектры катодолюминесценции при температуре жидкого азота и энергиях возбуждения 15 кВ приведены в [14].
При 77К в спектрах катодолюминесценции ЭС (SiC)1-x(AlN)x наблюдалась интенсивная полоса l = 520 нм (~2,4эв). С увеличением х полосы катодолюминесценции плавно смещаются в коротковолновую область, на кривых возникает второй пик с l = 480 нм (~2,6эВ) и на спектрах наблюдается ультрафиолетовый "хвост", в котором обозначается еще один пик с l = 390 нм (hn ~ 3,2 эВ) (рис.10). Цвет свечения изменяется от желтого до сине-голубого.
В работе дана интерпретация наблюдаемой структуры полос. Возникновение третьего пика в ультрафиолетовой области на спектре при х=0,51 связывается с изменением структуры запрещенной зоны и связанный с этим " эффектами зонной структуры".
Рис. 10 - Спектры катодолюминесценции эпитаксиальных слоев (SiC)1-x(AlN)x при 77 К, х: 1-0,05; 2-0,43; 3-0,51
В работе [15] представлены результаты исследования катодолюминесценции в твердых растворах (SiC)1-x(AlN)x, выращенных методом жидкофазной эпитаксии. Содержание AlN, определенные из анализа Оже-спектров, в эпитаксиальных слоях, выращенных в различных технологических режимах не превышало 7%.
Спектры катодолюминесценции возбуждались потоком электронов с энергией 15 кэВ. Отмечено, что при 85 К слои имеют довольно эффективную люминесценцию, которая представляет полосу с максимумом в голубой области спектра (рис.11). По спектральному положению и полуширине эта полоса практически совпадает с полосой донорно-акцепторной рекомбинации N-Al в SiC-6H, однако, в отличие от SiC-6H спектра, полоса люминесценции эпитаксиального слоя имеет ярко выраженное крыло, простирающейся вплоть до энергии 3.6 эВ.
Ри?/p>