Компьютерное моделирование сенситометрических характеристик формирователей сигналов изображения (стр. 3 из 6)
Гетеропереход CdS-Cu2S может находиться в двух различных состояниях. Одно из них - равновесное - обладает низкой чувствительностью к инфракрасному свету и позволяет получить невысокое значение тока Iкз. Другое состояние - неравновесное - высокочувствительно к ИК - свету и дает значительно большую величину тока короткого замыкания.
Переход из равновесного состояния в неравновесное осуществляется при действии коротковолнового света за счет описанного выше эффекта захвата и накопления неравновесных дырок на ловушках в ОПЗ CdS
Время сохранения структурой неравновесного состояния определяется величиной рекомбинационного барьера и процессом выброса дырок из ловушек, идущего наряду с накоплением. Но после прекращения действия коротковолновой подсветки выброс начинает играть решающую роль в токопереносе, так как освобождение захваченного заряда обусловливает обратные изменения параметров барьера и переход структуры из неравновесного состояния в равновесное.
Интенсивность выброса определяет величину и скорость этого изменения параметров барьера, а значит и Iкз. Поэтому представляется важным звать, как именно выброс влияет на параметре барьера после прекращения фотовозбуждения коротковолновым светом, как быстро они изменяются со временем.
Удаление дырок, захваченных на ловушки в ОПЗ CdS, возможно по следующим четырем механизмам (Рис.7):
1.термический выброс в валентную зону CdS (переход 1);
2.непосредственное туннелирование дырок с ловушечных центров валентную зону Cu2S (переход 2);
3.двухступенчатое туннелирование электрона из квазинейтральной области CdS в ОПЗ (переход 3) и последующей рекомбинации с неравновесной дыркой;
4.туннельно-прыжковая рекомбинация (переход 4)
 |
| Рис.7. Механизмы удаления захваченных на ловушки дырок из ОПЗ гетероперехода CdS-Cu2S |
Наличие последнего механизма связано с тем, что дефекты трансляционной симметрии в ОПЗ приводят к размыванию краев разрешенных зов и образованию в запрещенной зоне отличной от нуля плотности состояний N(E). По этим локальным состояниям возможен токоперенос, описываемый с позиций модели прыжковой проводимости Мотта. Часть электронов, находящихся на локализованных состояниях, может рекомбинировать с дырками, захваченными на ловушки, очевидно, что рекомбинировать могут лишь носители, находящиеся вблизи уровня Ферми, т.к. выше носителей нет. а ниже все состояния заполнены и прыжок совершить некуда. Таким образом, рекомбинировать могут только относительно подвижные носители, расположенные на энергетическом расстоянии порядка kT от уровня Ферми EF.
Вероятности осуществления указанных механизмов находятся в сильной зависимости от глубины залегания дырочных ловушек, ET, температуры образца и пространственной координаты локальных центров в ОПЗ.
Внешнее смещение оказывает на механизёмы выброса разное влияние, так, термический выброс (1) от напряжения не зависит вообще, непосредственное туннелирование (2) зависит слабо, а двухступенчатая рекомбинация я туннельно-прыжковый механизм проявляют сильную зависимость от внешнего смещения.
Кинетика выброса дырок по перечисленным механизмам при фотовозбуждении описывается уравнением:
 | (12) |
где f -функция генерации, имеющая постоянное значение;
-тепловая скорость носителей;Spt и Snt-поперечное сечение захвата дырок я электронов
Pv-эффективная плотность состояний в валентной зоне CdS;
n0-концентрация свободных электронов в квазинейтральной области CdS;
Snr-поперечное сечение захвата электронов центром рекомбинации на границе раздела;
- N(EF) -плотность состояний в окрестности уровня Ферми;
-D1(х),D2(х)-коэффициенты прозрачности барьеров, соответствующих туннелированию я двухступенчатой рекомбинации;
-эффективная тепловая скорость носителей при прыжковой проводимости.Второе слагаемое в правой части описывает термический выброс (1), третье - туннельный (2), четвертое - двухступенчатое туннелирование (3), а пятое – туннельно-прыжковую рекомбинацию (4).
Рассмотрим кинетику выброса дырок в отсутствии фотовозбуждения, то есть случай спадающей релаксации. Пусть при t=0 (в момент выключения коротковолнового света) концентрация на ловушках такова, что условие:
 | (13) |
выполняется. В этом случае рекомбинационными потерями на границе можно пренебречь и ток, генерированный длинноволновым светом в Cu2S, будет максимален. После выключения света при t=0 в уравнении (12) функция генерации f оказывается равной нулю. В то же время начальное условие записывается в виде
 | (14) |
Безусловно, при всех значениях xpt(x)≤Nt. Таким образом, уравнение (12) перепишется в виде:
  | (15) |
Данное уравнение определяет зависимость концентрации носителей захваченных на дырочные ловушки в ОПЗ гетероперехода CdS-Cu2S от времени, прошедшего после выключения возбуждающего света.
Решение кинетического уравнения для неравновесных дырок с концентрацией pt, захваченных не ловушки в ОПЗ CdS, учитывающего все пути ликвидации накопленного заряда, определяет процесс спада тока короткого замыкания, т.к. кинетика находится в прямой зависимости от кинетики захваченного заряда.
§ 5. Технология изготовления гетеропары CdS-Cu2S.
Получение тонкопленочного CdS.
Основные методы изготовления гетероперехода в были разработаны при конструировании фотоэлементов. Впервые фотоэлемент с поликристаллическим слоем был изготовлен Карлсоном в 1956 г. В настоящее время для получения слоя применяют осаждение из паровой фазы, метод пульверизации, катодное распыление и спекание [10].
Осаждение из паровой фазы.
Чаще всего термическое испарение в вакууме проводится в открытых системах, в которых тигель и подложка устанавливаются в одном и том же объеме, ограниченном вакуумной камерой. Температура подложки, в процессе испарения, оказывает определяющее влияние на свойства осажденного материала. Оптимальное значение температуры составляет 180-200oС.
Тигель для испаряемого вещества обычно изготовляют из кварца. Испарение чистого CdS проводят при температуре тигля, приблизительно равной 1000oС; испаряемый материал можно загружать в тигель в виде порошка или гранул.
Несовершенство метода испарения в открытом вакууме заключается в загрязнении пленки, что связано с наличием примесей в системе для испарения, а также в необходимости проведения дополнительной рекристаллизации.
Катодное распыление.
В данном случае слои образуются катодным распылением в атмосфере инертного газа. Для этого можно использовать кадмиевый катод и такие газы как H2S/Ar или S/Ar. Ионы меди, образующиеся в результате диссоциации во время разряда, взаимодействуют с атомами кадмия на поверхности подложки.
Преимущество этого метода состоит в том, что химический состав получаемой пленки аналогичен составу катода.
Химическое осаждение методом пульверизации.
Метод пульверизации состоит в том, что на нагретую подложку разбрызгивается раствор, содержащий химические элементы, необходимые для получения CdS. Этот метод хорошо подходит для промышленного производства пленок CdS , благодаря его простоте и низкой стоимости. Метод пульверизации позволяет избежать значительных потерь порошка CdS , характерных для термического испарения. Подробное описание этого технологического процесса рассмотрен ниже, поскольку этот метод использовался для получения гетероперехода формирователя сигналов изображения.
Метод спекания.
Пленки CdS тонкого типа обычно изготовляют из смеси порошка CdS и CdCI2. Смесь наносят на подложку и затем нагревают до температуры 500-600oС. В процессе нагрева при температуре 568oС CdS начинает растворяется в расплаве CdCl2, который начинает испаряться при 400oС; таким образом наблюдается рекристаллизация. В процессе спекания, сплавление частиц и рекристаллизация происходят при относительно низкой температуре, и образующиеся пленки имеют структуру, близкую к монокристаллической.
Получение слоя сульфида меди.
Известно несколько способов получения слоев: взрывное и квазистанционарное термическое напыление, химическое осаждение из простых многокомпонентных растворов, реакции в твердой фазе, а также электролитическое нанесение.
Перед созданием слоя Cu2S полезна предварительная обработка поверхности CdS . При травлении в кислотах (например, в НСl) удаляются поверхностные примеси и увеличивается площадь границ зерен.
В настоящее время очень широко используется процесс окунания при получении слоя Cu2S . При окунаний происходит топотаксиальная реакция замещения одного иона кадмия двумя ионами меди в соответствии с формулой:
CdS + 2СuX → Cu2S + CdX2