Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 7 Влияние примеси олова на кинетику фотопроводимости тонких аморфных слоев селенида мышьяка й М.С. Иову, Е.П. Коломейко, С.Д. Шутов Институт прикладной физики Академии наук Молдовы, 277028 Кишинев, Молдавия (Получена 1 июля 1996 г. Принята к печати 20 ноября 1996 г.) В термически напыленных пленках As2Se3 иAs2Se3 +0.1 ат% Sn примесь олова заметно влияет на кинетику фотопроводимости при ступенчатом оптическом возбуждении. Добавление олова гасит ФвспышкуФ на участке нарастания фототока, устраняет зависимость формы спада от интенсивности возбуждения, приводит к температурно-зависимой отсрочке начала рекомбинации. Эффект примеси связывается с усилением захвата на глубокие локализованные состояния, порождаемые введением олова.

1. Введение откачанной кварцевой ампуле с последующей выдержкой при температуре 1100 C и медленным охлаждением в Известно, что примеси оказывают слабое влияние режиме выключенной печи. Пленки As2Se3 и As2Se3Sn на электрофизические характеристики халькогенидных толщиной 1.5Ц10.0 мкм были получены дискретным терстеклообразных полупроводников (ХСП), если они ввомическим напылением в вакууме на стеклянные поддятся в процесе термического синтеза стекла. Однако ложки. Образцы имели сэндвич-конфигурацию с двумя при ФхолодномФ легировании (модифицировании), когда напыленными электродами, из которых верхний был вещество находится вне термического равновесия, некополупрозрачным. Фотопроводимость возбуждалась светорые примеси, например Ni и Fe в As2Se3, электрически том гелий-неонового лазера ЛГН-108, для прерывания активны [1]. Практический интерес представляет эффект света применялся фотозатвор со временем срабатывания примеси в термически напыленных аморфных пленках 10-3 с. Интенсивность света F0 = 1015 см-2 с-1 могла ХСП, которые характеризуются большей структурной быть уменьшена с помощью калиброванных светофильразупорядоченностью, чем массивные стекла. Так, если тров. Дополнительную подсветку ( = 31014 см-2 с-1) модифицирование селенида мышьяка присесями Bi и Sn создавали светом лампы накаливания КГМ-100, проне влияет на положение уровня Ферми [1], то в напыпущенным через фильтр-пленку из селенида мышьяка ленных аморфных пленках As2Se3Bix (x = 0.001; 0.для получения однородного оптического возбуждения и 0.1) обнаружены значительные изменения оптических в образце. Кривые релаксации фотопроводимости регисвойств и электропроводности, указывающие на кластерстрировались с постоянной времени, не превышавшей ный микрогетерогенный характер структуры этих пле0.3 с, на двухкоординатном самописце ENDIM 622 01 с нок [2]. Подобным же образом в термически напыленных помощью электрометрического усилителя У5-11.

пленках As2Se3Snx (x = 0.1-3.5ат%) фотопроводимость много выше, чем у образцов массивного стекла того же состава при сохранении низкого значения темновой 3. Экспериментальные результаты проводимости. Использование слоев As2Se3Sn в пленочны структурах зарядовой записи оптической информации Картина нестационарной фотопроводимости при вклюзначительно повышает фотоэлектрическую чувствитель- чении и выключении возбуждения в пленках As2Se3 и ность [3,4]. С помощью методики измерения времени As2Se3Sn показана на рис. 1, a и b, соответственно, для пролета в пленках As2Se3Sn недавно было установле- комнатной температуры и трех значений интенсивности но [5], что добавление олова к As2Se3 приводит к значисвета. Как видно, характер релаксации фототока заметтельному росту дрейфовой подвижности и замедлению но изменяется при введении олова. В нелегированном рекомбинации. Цель настоящего сообщения Ч показать, материале фототок на участке нарастания проходит чечто параметры процесса релаксации фотопроводимости в рез максимум до того как достигаетсы стационарное пленках As2Se3 также заметно изменяются под влиянием состояние (так называемая ФвспышкаФ), тогда, как в малой добавки олова. Кинетика фотопроводимости испленках с оловом, фототок монотонно растет до выхода следовалась при ступенчатом оптическом возбуждении, на стационарное значение. Значительные отличия видны которое наряду со спадом фотопроводимости дает возтакже и на спаде фототока после выключения света. На можность наблюдать и процесс ее нарастания.

рис. 2 спадающие участки релаксации в рассматриваемых образцах представлены в двойном логарифмическом масштабе. Если при увеличении интенсивности света харак2. Условия эксперимента тер спада в легированных образцах (кривые 1Ц3) почти Олово в количестве 1 ат% вводилось в шихту при не изменяется, то в нелегированных пленках As2Seтермическом синтезе исходного материала для напыле- (кривые 4Ц6) фототок резко уменьшается, особенно на ния. Синтез проводился путем расплавления шихты в конечной части спада (при t > 2c). Добавка олова Влияние примеси олова на кинетику фотопроводимости тонких аморфных слоев селенида мышьяка Рис. 1. Релаксация фототока при включении и выключении света в пленках (L = 10 мкм) As2Se3 (a) и As2Se3Sn (b). Кривые нормированы к максимальному значению фототока. Температура 288 K (a) и 290 K (b). Интенсивность возбуждения F, см-2 с-1:

1, 4 Ч1015; 2, 5 Ч1014; 3, 6 Ч1013.

ФвыключаетФ воздействие интенсивности генерации на и легированных пленок сближаются. Таким образом, скорость спада и придает кинетике спада степенной ха- повышение температуры образца устраняет задержку рактер во всем исследованном интервале времен (рис. 3). релаксации, обусловленную введением примеси олова.

Напротив, в нелегированных пленках темп релаксации, Аналогичный эффект имеет и постоянная подсветка вначале более высокий, постепенно замедляется, при- (рис. 5), действующая и после снятия основного возбуближаясь по величине к значениям, характерным для ждения.

образцов с оловом, и к такому же характеру изменения с ростом времени. Из рис. 3 видно также, что мгновенное 4. Обсуждение результатов значение параметра времени спада в образцах с оловом всегда больше, чем в нелегированных образцах.

Эффект изменения температуры (рис. 4) противопо- Релаксация фотопроводимости в аморфном As2Seнаходит удовлетворительную интерпретацию в рамка ложен влиянию интенсивности света на кинетику спада модели многократного захвата на глубокие ловушки, фототока. Рост температуры значительно увеличивает квазинепрерывно распределенные по энергии в запрескорость спада в пленках с оловом (кривые 1Ц3) и щенной зоне по подвижности стеклообразного полупросравнительно слабо влияет на спад в нелегированных образцах (кривые 4Ц6). При достаточно высокой тем- водника [6Ц8]. Использование этой модели позволяет пературе (T = 350 K) скорости спада нелегированных понять и другие специфические для ХСП неравновесРис. 2. Релаксация фототока при выключении света в образцах Рис. 3. Изменение мгновенного времени релаксации As2Se3Sn (1Ц3) и As2Se3 (4Ц6) при различной интенсивности inst = -iph/(diph/dt) со временем спада фототока в образцах возбуждения F, см-2 с-1: 1, 4 Ч1015; 2, 5 Ч1014; 3, 6 Ч1013. As2Se3Sn (1Ц3) и As2Se3 (4Ц6) при различной интенсивности Температура 290 K (1Ц3) и 288 K (4Ц6). возбуждения F, см-2 с-1: 1,4 Ч1015, 2, 5 Ч1014, 3, 6 Ч1013.

Температура 290 K (1Ц3) и 288 K (4Ц6).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 838 М.С. Иову, Е.П. Коломейко, С.Д. Шутов Рис. 4. Релаксация фототока на участке спада в образцах Рис. 5. Релаксация фототока на участке спада в образAs2Se3Sn (1Ц3) и As2Se3 (4Ц6) при различных температурах цах As2Se3Sn при различных уровнях постоянной подсветки T, K: 1 Ч 290, 2 Ч 313, 3 Ч 345, 4 Ч 288, 5 Ч 304, 6 Ч341., см-2 с-1. 1 Ч3 1014, 2 Ч3 1012, 3 Ч2.7 1011, Интенсивность возбуждения F = 1015 см-2 с-1. 4 Ч9 1010, 5 Ч 0. Температура 290 K.

ные процессы, такие как дисперсионный транспорт и Вспышка возникает при условии сильной рекомбинации индуцированное оптическое поглощение. Анализ этих (БР), если скорость рекомбинации превышает скорость процессов приводит к экспоненциальной форме расзахвата даже тогда, когда заполнение ловушек не достигпределения плотности локализованных состояний по нуто. Это подтверждается исчезновением вспышки при энергии вида g(E) = (Nt/kT0) exp(-E/kT0), где Nt Ч понижении интенсивности возбуждения как следствие полная плотность локализованных состояний и T0 Ч перехода от бимолекулярного механизма рекомбинаций параметр распределения. Для As2Se3 в интервале энер- к мономолекулярному (МР). Отсутствие вспышки на гий E = 0.2-0.6 эВ выше края проводящих состояний нарастании фототока в образцах с оловом указывает на kT0 = 0.05 эВ и Nt 1.4 1018 см-3 [8]. Поэтому мы усиление захвата, так как генерация носителей фототока примем эту модель в качестве основы для обсуждения при тех же интенсивностях возбуждения сбалансирована результатов по релаксации фотопроводимости, считая, захватом, а не рекомбинацией.

что она верна для пленок As2Se3, и имея целью выяснить, Согласно расчетам [9,10], момент t, когда в кинетике что изменяется при введении примеси олова. фототока рекомбинация начинает преобладать над захваКак уже отмечалось, наиболее заметной особенностью том, пропорционален полной плотности локализованных участка нарастания фототока в As2Se3 (рис. 1) является состояний Nt:

наблюдаемый при определенных условиях необычный t = 0(Nt/Nc)(R/0)1/ (1) ФвспышечныйФ характер релаксации, которого нет в образцах с оловом. Вспышечная кинетика фотопрово(здесь 0 Ч время жизни дырок по отношению к задимости в ХСП неоднократно привлекала внимание и хвату на все локализованные состояния, Nc Ч плотчасто связывалась с эффектами перераспределения заряность делокализованных состояний, R Ч время жизни дов вблизи электродов. Однако в работах [8Ц10] было неравновесных дырок по отношению к рекомбинации).

показано, что вспышка в нарастании естественно вытеКак видно из рис. 1, при добавлении олова этот момент кает из модели многократного захвата при достаточно времени сдвигается в строну больших времен в 2Ц8 раз высоких уровнях генерации, когда определяющим ста(в нарастании).

новится бимолекулярный механизм рекомбинации (БР).

Анализ спада фотопроводимости из стационарного Причиной появления вспышки является зависящая от состояния после выключения света в модели многократвремени нестационарная рекомбинация, интенсивность ного захвата приводит к степенной зависимости нестакоторой изменяется с концентрацией захваченных не- ционарного фототока от времени, состоящей из трех равновесных дырок. Эти предсказания модели были участков, на которых скорость спада последовательно подтверждены экспериментально на пленках селенида возрастает [10]. На начальном участке спада плотмышьяка [9,10]. На нарастающей части релаксации ность делокализованных носителей убывает благодаря фототок после включения возбуждения определяется захвату на локализованные состояния и iph t-(1-).

захватом на экспоненциально распределенные по энер- На промежуточном участке спада, который наблюдаетгии локализованные состояния и монотонно растет по ся при достаточно больших интенсивностях генерации, степенному закону iph t, где так называемый преобладает бимолекулярная рекомбинация и фототок дисперсионный параметр ( < 1), зависящий от тем- iph t-1. На конечном участке спада доминирует пературы T и характеристики T0 квазинепрерывного мономолекулярный механизм рекомбинации и спад ускораспределения локализованных состояний: = T/T0. ряется: lph t-(1+). Момент перехода от начального Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Влияние примеси олова на кинетику фотопроводимости тонких аморфных слоев селенида мышьяка участка к промежуточному отвечает началу бимолеку- Дополнительное свидетельство в пользу отсрочки релярной рекомбинации, т. е. его наступление сильно зави- комбинации в образцах As2Se3Sn следует из эффекта сит от интенсивности генерации и сравнительно слабо постоянной подсветки (рис. 5). Подсветка приводит к меняется с температурой (определяется температурной увеличению скорости спада, тем большему, чем интензависимостью дрейфовой подвижности [8]). Напротив, сивнее подсветка, за счет ускорения фотоионизации и ремомент перехода к конечному участку (МР) не зависит комбинации локализованных неравновесных носителей от интенсивности света, активационным образом зависит тока.

от температуры и также описывается формулой (1).

Заметим, что увеличение роли захвата в характериОтмеченные особенности видны в кинетике спада фостиках дрейфовой подвижности в нестационарных услототока (рис. 2Ц4), причем, как и в кинетике нарастания, виях дисперсионного транспорта отмечалось ранее для добавление олова приводит к замедлению релаксации пленок сульфида мышьяка, легированных оловом до во всех случаях (кроме наиболее высокой температуры 0.03 ат% [11].

опыта 345 K, рис. 4, кривая 3). Скорость релаксации Что касается возможной природы состояний, поров нелегированных образцах во всем исследованном инждаемых оловом при добавлении к As2Se3, то можно тервале времен выше (рис. 3). Это означает, что в указать на исследования олова в виде примеси в As2Seнелегированных пленках As2Se3 в эксперименте видны методом мессбауэровской спектроскопии [12]. В стекле более ранние стадии релаксации, чем в образцах с As2Se3 олово четырехвалентно (Sn4+), причем все четыоловом. В отличие от образцов с оловом форма спада ре валентных электрона олова участвуют в химической для нелегированных образцов достаточно сильно зависвязи с атомами матрицы и не проявляются в электричесит от интенсивности генерации (рис. 2, кривые 1Ц3).

ских свойствах. Однако в неотожженных пленках часть Это указывает на то, что причиной ускорения спада в атомов олова может находиться в виде двухвалентного интервале 1 10 с является переход к преобладанию олова (Sn2+). Тогда в образовании химической связи рекомбинации над захватом (при больших интенсивноучаствуют только электроны олова 5p, а электроны стях Ч БР, при малых Ч МР). Это подтверждается 5s могут играть роль глубоких доноров. Другая возповедением фототока на участке нарастания (рис. 1, a), можность заключаетс в перезарядке примесных центров когда вспышка пропадает при уменьшении интенсивноолова Sn4+ Sn2+ под действием света с захватом сти генерации. По излому на кривой 4 (рис. 2) можно электронов на центры олова.

оценить, что момент начала интенсивной рекомбинации соответствует 1с (для интенсивности F0 и T = 290 K).

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам