Термостимулированная проводимость в монокристаллах TlIn0.97Dy0.03Se2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Термостимулированная проводимость в монокристаллах TlIn0.97Dy0.03Se2

Нуруллаев Ю.Г.

Гахраманов Н.Ф.

Гараев Э.С.

Аннотация

полупроводниковый редкоземельный халькогенид монокристалл

Интенсивное развитие полупроводниковой электроники стимулирует подробное изучение новых свойств уже известных веществ, а также поиск и исследование новых полупроводниковых материалов, отвечающих современным требованиям.

В последнее десятилетие в научной литературе, посвященной физике и химии полупроводников, большое место отводится веществам с участием редкоземельных элементов (РЗЭ). Такой большой интерес вызван, прежде всего, тем, что РЗЭ входят в состав огромного числа соединений, обладающих необычными физико-химическими свойствами. Кроме того, в этих соединениях идет достройка внутренних 4f - орбиталей, что делает их чрезвычайно интересными объектами для изучения характера химического взаимодействия в зависимости от электронного строения изолированного атома. Среди обширного класса соединений с участием РЗЭ особое место занимают двойные, тройные и более сложные халькогениды. В связи с этим большой научный интерес представляют новые соединения халькогенидов на основе индия и РЗЭ, в частности тройные соединение типа TlInSe2.

Ключевые слова: термостимулированная проводимость, локальные уровни, термостимулированный ток, уровней прилипания, центры захвата, ловушка.

Abstract

Thermostimulated conductivity in single crystals TlIn0.97Dy0.03Se2

Nurullaev Yu.G., Gahramanov N.F., Garaev E.S.

The intensive development of semiconductor electronics stimulates a detailed study of new properties of already known substances, as well as the search and study of new semiconductor materials that meet modern requirements.

In the last decade, in the scientific literature devoted to the physics and chemistry of semiconductors, a large place is given to substances with the participation of rare earth elements (REE). Such great interest is caused, first of all, by the fact that rare earth elements are part of a huge number of compounds with unusual physicochemical properties. In addition, in these compounds, internal 4f - orbitals are completed, which makes them extremely interesting objects for studying the nature of chemical interaction depending on the electronic structure of an isolated atom. Among the vast class of compounds involving rare earth elements, double, triple, and more complex chalcogenides occupy a special place. In this regard, new chalcogenide compounds based on indium and REE, in particular, ternary compounds of the TlInSe2 type, are of great scientific interest.

Keywords: thermostimulated conductivity, local levels, thermostimulated current, sticking levels, capture centers, trap.

Основная часть

Термоактивационные явления так же, как термостимулированная проводимость, широко используются при исследовании локальных уровней в полупроводниках, дающие возможность выявить сложный спектр уровней прилипания и определить их параметры. В настоящей работе приводятся результаты исследования локальных уровней прилипания методами термостимулированной проводимости в монокристаллах TlInSe₂[1, 2].

В полупроводниках термостимулированная проводимость наблюдается как проводимость, превышающая равновесную. Если тепловая проводимость велика, она может существенно исказить кривую термостимулированного тока. Поэтому для успешного применения метода ТСТ, изучаемый фотопроводник должен быть достаточно высокоомным. Исследуемые монокристаллы TUn_a95Dy₀₀₅Se₂удовлетворяют этому требованию, их темновая проводимость намного меньше термостимулированной. Это дает возможность наблюдать ТСТ в чистом виде. ТСТ измерялся после установления квазиравновесного состояния. Кривые снимались при одинаковых внешних условиях. Было проверено влияние внешних факторов на кривые ТСП для исследуемых образцов. Из литературы [3, 4] известно что, в запрещенной зоне исследуемых кристаллов имеются центры рекомбинации (rи sцентры), которые при равновесии могут быть частично или полностью заполнены электронами или дырками и центры захвата (^-центры), которые являются свободными от электронов.

При освещении кристаллов при низких температурах, ловушки заполняются электронами, тогда как дырки захватываются центрами рекомбинации. После окончания освещения и некоторой выдержки образца в темноте, образец включался в схему регистрации тока и нагревался в темноте с постоянной скоростью. В процессе нагревания происходит освобождение неравновесных носителей заряда, захваченных центрами во время возбуждения, что приводит к увеличению проводимости образца. С ростом температуры вероятность освобождения неравновесных носителей заряда увеличивается. Однако, скорость освобождения носителей пропорциональна произведению вероятности их освобождения на концентрацию носителей тока, находящихся на уровнях прилипания (центры захвата). Поэтому увеличение скорости освобождения с ростом температуры будет происходить до тех пор, пока концентрация носителей тока на центрах захвата несущественно отличается от их первоначальной концентрации при исходной температуре нагревания. По мере увеличения температуры концентрация уменьшается быстрее, чем растет вероятность освобождения, что в свою очередь приводит к уменьшению скорости появления носителей тока в соответствующей разрешенной зоне, а значит и к уменьшению регистрируемого тока.

Таким образом, зависимость тока от температуры имеет максимум, по положению которого можно определить глубину залегания ловушек. На рис. 1. приведены кривые ТСП при двух скоростях нагрева. Эти кривые были сняты при полях, где закон Ома выполнялся. Видно, что спектр ТСП охватывает очень широкий диапазон температур 80-200 К. Из зависимости видно два пика максимумы которых равны: 130, 150 К. Из рис. видно, что увеличение скорости нагрева приводит к усилению пика кривой ТСП и смешению максимума в сторону высоких температур. Известно, что в максимуме ТСП, заполнение ловушек составляет примерно половину от начального. Скорость выброса носителей зависит только от температуры, поэтому, для опустошения числа требуется температура нагрева тем более высокая, чем быстрее производится нагрев. Поэтому рост термостимулированного тока по величине будет сопровождаться смещением в высокотемпературную область.

Исследовано, также зависимость кривые ТСП при различных интенсивностях освещения образца в слабых электрических полях. На кривых ТСП выявляются два широких пика. С увеличением интенсивности освещения происходит усиление пиков ТСП и смешение их в сторону низких температур. Увеличение времени выдержки возбужденного образца в темноте приводит к выявлению более глубоких уровней [5].

Анализируя экспериментальные результаты необходимо отметить, что в запрещенной зоне исследуемых материалов имеются центры рекомбинации, которые при равновесии могут быть частично или полностью заполнены электронами и дырками и центры захвата, которые являются свободными от дырок. При освещении кристалла при низких температурах ловушки заполняется электронами, тогда как дырки захватывается центрами рекомбинации. Когда кристалл освещается, электроны переходят с центров рекомбинации в зону проводимости с дальнейшим захватом ^-центрами, а центры рекомбинации заполняются дырками [6].

Исследование влияния внешних факторов позволило не только получить новую информацию об уровнях прилипания, но и расширить диапазон знаний о процессах, протекающих в запрещенной зоне полупроводника. При увеличении времени освещения наблюдается усиление максимума кривой ТСП и насыщение его при определенном значении времени освещения. Уменьшение пика ТСП при дальнейшем увеличении времени освещения, связано с уменьшением времени жизни носителей заряда в зоне, в результате их перераспределения между центрами захвата и рекомбинации. Максимальное значение термостимулированного тока и температура максимума зависит от интенсивности света.

На рис. 2 представлены кривые термической расчистки монокристалла TlIn₀,₉₅Dy₀,₀₅Se2 для пика ТСП 130 К. Видно, что при последовательных циклах нагрева (кривые 1-4), наклон прямой соответствующей начальному росту тока ТСП увеличивается (от 0,05 до 0,25 эВ). В последующих циклах (кривые 4-7) наклон прямых уменьшается от 0,25 до 0,15 эВ. Из теории ТСП известно, что если в последующих циклах энергии активации увеличивается, то уровни прилипания квазинепрерывно распределены по энергиям, а в случае уменьшения энергии активации уровни прилипания являются дискретными. Учитывая вышесказанное, на основе исследования ТСП можно заключить, что в запрещенной зоне монокристалловимеются два уровня ловушек, экспоненциально распределенные уровни прилипания.

Рис. 2. Кривые термической расчистки монокристалла ТПп09!Ру0,0!$е2 для пика ТСП130 К

полупроводниковый редкоземельный халькогенид монокристалл

Таким образом, в результате исследования методом ТСП в монокристаллах Тип_0:950 уо,₀Ј^е₂ выявлено наличие быстрых уровней прилипания. Методом, описанным в работе [7], определены глубины залегания уровней, концентрация и сечение захвата ловушек.

Список литературы /References