Примесная краевая фотопроводимость полупроводников (стр. 3 из 4)

Приложение к полупроводнику электрического поля, создающего слой обеднения вблизи поверхности, приводит, по мере его увеличения, к обратимой трансформации ТС от типа 1 к типу 2 (рис. 6, кривые 1—3). На промежуточной стадии такой трансформации спектральная кривая ФП приобретает гладкий вид (кривая 2). При значениях потенциала на полевом электроде, соответствующих слою обогащения у поверхности, тип ТС сохраняется (кривая 4).

К обратимой трансформации ТС от типа 1 к типу 2 приводит также предварительная засветка кристалла собственным светом^[1].

В ряде кристаллов наблюдается обратимая трансформация ТС от типа 2 к типу 1 при интенсивной инфракрасной (ИК) подсветке. Имелись образцы, в которых переход от типа 2 к типу 1 ТС происходил при увеличении тянущего поля (рис. 7). Отметим немаловажную для дальнейшего деталь, а именно: инверсия типа ТС с увеличением тянущего поля наблюдалась в образцах с линейными размерами ~ 1 mm.

Основные качественные черты изменения спектров ФП в собственной и примесной областях спектра заключаются в следующем.

В случае перехода типа 1 ТС в тип 2 фоточувствительность в собственной области спектра сильно уменьшается при относительно слабом ее изменении в примесной области максимумов ДM₁ и ДM₂. В результате спектры ФП приобретают характерный для кристаллов с типом 2 ТС вид кривой с доминирующим длинноволновым максимумом в примесной области спектра (рис. 6, кривые 1–3) [37].

В случае инверсии типа ТС при ИК-подсветке происходит общее гашение фоточувствительности, существенно превалирующее в спектральной области дополнительных максимумов ДM₁ и ДM₂. В случае инверсии типа ТС с ростом тянущего поля фоточувствительность в области ДM₁ и ДM₂ практически не меняется, а в собственной области спектра значительно возрастает (рис. 7). В обоих случаях фоточувствительность в области максимумов ДM₁ и ДM₂ относительно собственной области уменьшается, а общий вид спектральных кривых ФП приобретает черты, характерные для кристаллов с типом 1 ТС.

Трансформация спектров ФП по мере увеличения слоя обеднения у поверхности (рис. 6, кривые 1-3) объясняется уменьшением τ_s за счет увеличения скорости рекомбинации в области пространственного заряда по мере перехода от слабого обогащающего к истощающему приповерхностному изгибу зон [35]. Аналогично можно объяснить влияние предварительной засветки собственным светом на спектры ФП, поскольку в результате освещения возможна перезарядка поверхностных состояний за счет заполнения их электронами. Образование слоя обеднения у поверхности кристаллов CdS с типом 1 ТС, обусловленное ”прилипанием” фотоэлектронов на поверхностные состояния, обнаружено в [38] методе спектроскопии фотоотражения в области экситонных резонансов[2].

Характер действия ИК-подсветки на ТС спектров ФП указывает на изменение под ее влиянием соотношения τ_s < τ_v на обратное. В то же время значительное уменьшение фототока в собственной области спектра при ИК-подсветке указывает на соответствующее уменьшение τ_s. Поэтому соотношение τ_s > τ_v может реализоваться при ИК-подсветке лишь в случае преимущественного уменьшения при этом τ_v. Это фактически и наблюдается в эксперименте в виде превалирующего ИК-гашения фототока в примесной области максимумов ДM₁ и ДM₂.

Селективный характер ИК-гашения ФП, с одной стороны, объясняет трансформацию ТС при ИК-подсветке, а с другой стороны указывает на объемное происхождение ДM₁ и ДM₂ (на это указывает также отмеченная выше их слабая чувствительность к изгибу зон у поверхности).

ИК-гашение ДM₁ и ДM₂ связано, на наш взгляд, с ионизацией ИК-излучением очувствляющих r-центров, с которыми непосредственно взаимодействуют соответствующие этим максимумам центры. Возможно, что r-центры входят в состав последних. Не исключено также, что центры, формирующие ДM₁ и ДM₂, являются двукратно ионизованными собственными акцепторными дефектами, изолированными (ДM₂) [36] или возмущенными другими заряженными центрами (ДM₁).

Нетривиальным представляется нам эффект влияния тянущего поля на ТС. Трансформация ТС, как и в случае ИК-подсветки, указывает на обращение неравенства τ_s < τ_v с ростом тянущего поля. Однако в данном случае такое обращение связано с ростом τ_s при одновременном уменьшении τ_v, что следует из сверхлинейного роста фототока с ростом тянущего поля в собственной области и сублинейного — в примесной области (рис. 7). Подобные изменения τ_s и τ_v с ростом тянущего поля могут быть связаны с инжекцией дырок из контакта (анода) в сильных полях, легко достижимых в образцах CdS с малыми размерами [39]. Инжекция дырок может привести к сокращению τ_v за счет захвата инжектированных дырок r-центрами и увеличения темпа рекомбинации в объеме свободных электронов с дырками, захваченными на мелкие акцепторные центры. Рост τ_s с увеличением тянущего поля может быть вызван уменьшением истощающего изгиба зон вблизи поверхности в результате захвата части инжектированных дырок приповерхностным дырочным ”карманом”.

Постановка задачи

В работе была поставлена задача экспериментального исследования изменений спектрального распределения фотопроводимости кристаллов

в краевой области спектра с изменением температуры в интервале 77–300 .

Глава №2. Экспериментальная установка и методика эксперимента.

§1. Экспериментальная установка.

Рис. 8. Блок – схема экспериментальной установки для измерения спектров фотопроводимости

На рис. 8. 1) – источник питания; 2) – светоизмерительная лампа накаливания ленточного типа (СИ10 – 300У); 3) - объективы; 4) – светофильтр (СЗС – 24); 5) – монохроматор МДР – 3; 6) – поляризатор; 7) – оптический криостат с исследуемым образцом CdS и термопарой; 8) – вольтметр постоянного тока В2-36; 9) – источник питания типа Б5 – 50; 10) – электрометрический усилитель типа У5-9; 11) – согласующий блок; 12) – самопишущий потенциометр КСП – 4.

Оптическая система установки состоит из источника света (2), объективов (3), светофильтра (4), монохроматора (5), поляризатора (6) и исследуемого образца (7). Электрическая система включает в себя источник питания (9), образец (7), усилитель (10) и самописец (12).

В качестве источника возбуждения в данной установке применяется светоизмерительная лампа СИ10 – 300У (2), с ленточным (вольфрамовым) телом накала и с увиолевым окошком, которое предназначено для пропускания широкого спектра излучения. Максимальная мощность лампы 300 Вт. Изменение яркости свечения лампы (2) осуществляется с помощью источника питания (1). Для поглощения инфракрасного света из спектра излучения лампы (2) на оптической скамье, поле объектива (3) устанавливается адсорбционный светофильтр СЗС – 24, область пропускания которого лежит в пределах от 300 до 700 нм. Для выделения монохроматического излучения и его развертки по спектру применяется монохроматор МДР – 3, диспергирующим элементом которого является дифракционная решетка (600 шт/мм, обратная линейная дисперсия 20 Å/мм). Для поляризации монохроматического излучения в установке используется поляризатор (6), плоскость поляризации которого может изменятся относительно оптической оси кристалла С. Исследуемый образец устанавливается в ячейку, которая помещается в оптический криостат с жидким азотом. Источник питания (9) предназначен для приложения тянущего напряжения к исследуемому полупроводнику через омические электроды. Возникающий в цепи фототок, регистрируется электрометрическим усилителем (10). Через согласующий блок (11), представляющий собой цепь сопротивлений с различными номиналами, далее сигнал регистрируется самопишущим потенциометром (12). Регистрация данных эксперимента производится на диаграммной ленте самописца (12).

Измерение температуры производилось термопарой, установленной на одном уровне с образцом в 1 – 2 мм от него. Измерение термоЭДС осуществлялось вольтметром (8). При изменении температуры от 77 до 300 К значения термоЭДС находились в интервале - 6,5 – 0 мВ.

§2. Методика проведения эксперимента

Измерение спектров краевой фотопроводимости кристаллов CdS производилось в режиме стационарного возбуждения в температурном интервале 77 – 300 К. Спектральный интервал, в пределах которого исследовалась фотопроводимость кристаллов, находилась в области 470 – 530 нм, т. к. край поглощения исследуемого кристалла при исследуемых температурах находится в пределах указанной области. Для наблюдения тонкой структуры важным фактором является спектральный интервал Δλ монохроматического излучения. Вследствие этого ширина входной и выходной щели монохроматора устанавливалась не шире 0,4 мм, что соответствует спектральному разрешению не хуже 8 Å/мм. Скорость развертки монохроматора составляла величину 8 нм/мин.

При измерении фотопроводимости спектры регистрировались как при движении в коротковолновую, так и в длинноволновую стороны. Для разрешения всех оптических переходов поляризация возбуждающего фотопроводимость излучения устанавливалась в состояние

, где С – оптическая ось кристалла.