РОЗДІЛ 2
ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Базові підкладинки та їх основні властивості
Базовими підкладинками слугували монокристали халькогенідів кадмію (CdTe, CdSe
і CdS) та цинку (ZnTe і ZnSe). Вони були вирощені з розплаву під тиском
інертного газу і більшість з них не містила спеціально введених легуючих
домішок. Кристали отримані в лабораторії Інституту монокристалів НАНУ
(м. Харків), Державного оптичного інституту (м. Санкт-Петербург) та
Чернівецького національного університету ім. Ю.Федьковича (м. Чернівці). Деякі
матеріали могли легуватись певними домішками у процесі росту, або відпалюватись
у парі власних компонент. У подальшому такі зразки будуть позначатись
відповідними символами, наприклад: ZnSe
росту, а ZnSe:Zn – відпалений у насиченій парі Zn. Зауважимо, що фізичні
властивості підкладинок визначаються ансамблем власних і домішкових дефектів,
певну інформацію про які можна знайти з досліджень електричних та оптичних
характеристик [52].
Температурна залежність опору R підкладинок дозволяє визначити енергетичне
положення електрично активних центрів. Величина R зазвичай знаходиться з
вольтамперної характеристики, яка вимірюється між двома омічними контактами.
Останні до зразків з електричною провідністю створювались вплавленням наважок
In у вакуумі не гірше 10-3 Торр, а до підкладинок p-типу – хімічним осадженням
міді з водного розчину Cu2SO4. Омічні контакти до всіх досліджуваних матеріалів
(у тому числі й легованих оловом) мають лінійні та симетричні вольтамперні
характеристики у широкому діапазоні зміни напруг та температур. Зауважимо
також, що технологічні режими нанесення омічних контактів не змінюють
параметрів використовуваних матеріалів.
На рис. 2.1. наведено типові залежності R(T) для базових кристалів, які не
містять спеціальних легуючих домішок. Як видно з рисунка, побудовані у
напівлогарифмічному масштабі функції lgR–103/T являють собою прямі з різним
нахилом, зазвичай, двома. При цьому залежності R(T) добре апроксимуються
виразом типу
, (2.1)
який характерний для компенсованих напівпровідників. Тут і – енергії активації
електрично активних центрів, а параметри і визначаються рухливістю та
геометричними розмірами зразка, параметрами омічних контактів та відстанню між
ними. У зв’язку з цим у табл. 2.1. наведено лише значення енергій активацій,
які для всіх досліджуваних матеріалів відповідають власним або неконтрольованим
домішковим дефектам, оскільки кристали спеціально не легувались.
Таблиця 2.1.
Енергії активації електирчно активних центрів базових підкладинок
матеріал
n-CdTe
n-CdSe
n-CdS
p-ZnTe
n-ZnSe
, еВ
0,02
0,22
0,008
0,3
0,3
, еВ
0,037
0,45
0,012
0,65
Як видно з табл. 2.1 найбільш мілкі донорні центри містять кристали сульфіду та
телуриду кадмію, у зв’язку з чим у них слід очікувати високу електронну
провідність, що й спостерігається на досліді, рис. 2.1. Достатньо глибокі
центри у зразках CdSe, ZnSe і ZnTe спричиняють помітно більший опір. Зауважимо,
що природа виявлених електрично активних центрів у базових підкладинках буде
обговорюватись у подальшому при зіставленні їх властивостей з легованими Sn
відповідними матеріалами.
Рис. 2.1. Температурні залежності опору між двома омічними контактами для
базових кристалів
Спектри оптичного пропускання у принципі також дають інформацію про
енергетичний спектр локальних центрів, а також структуру дозволених зон. Разом
з тим використання цих характеристик для аналізу досліджуваних зразків має
певні обмеження, які викликані низкою факторів. Перший з них полягає у тому, що
концентрація власних і неконтрольованих дефектів у використовуваних матеріалах
не перевищує 1018 см-3, а це значно менше від концентрації основних атомів, яка
складає 1022-1023 см-3. У зв’язку з цим особливості у домішковій області
спектрів поглинання можуть проявлятись лише при досить низьких температурах,
зокрема, гелієвих. Використання ж для розв’язку даної задачі методів
модуляційної спектроскопії також не вирішує ситуації, оскільки експериментально
було встановлено, що сингулярності на кривих спостерігаються при 300 К лише
коли концентрація локальних центрів перевищує 1019 см-3.
Рис. 2.2. Спектри фотолюмінесценції (1) та оптичного пропускання (2) CdTe
Натомість спектри оптичного пропускання можуть бути використані для оцінки
ширини забороненої зони, оскільки всі досліджувані матеріали є прямозонними. У
зв’язку з цим при , тобто в області фундаментальних переходів, коефіцієнт
поглинання швидко досягає значень 104-105 см-1 і на високоенергетичному
”хвості“ кривих спостерігається різке зменшення амплітуди пропускання. Це
ілюструється рис. 2.2. на прикладі підкладинок телуриду кадмію, з якого видно
що точка перетину кривої з віссю абсцис близька до ширини забороненої зони
даного матеріалу. Таке ж значення отримується і зі диференціальних спектрів
оптичного поглинання, при чому відповідає максимуму на кривих разом з тим,
оскільки товщина поглинаючого шару (фактично товщина підкладинки) не менша, ніж
0,5 см, то приймаючи см-1 за законом Бугера отримаємо, що інтенсивність
пройшовшого світла зменшиться у раз. У зв’язку з цим, знайдена зі спектрів
пропускання ширина забороненої зони об’єктів досліджень буде на декілька сотих
електронвольт меншою від істинної [53-55].
Цього недоліку позбавлений метод, який базується на вимірюванні диференціальних
спектрів оптичного відбивання . Зауважимо, що вони дозволяють не лише коректно
визначити величину , але й знайти особливості дозволених зон в області
дозволених енергій фотонів, які значно перевищують основну (н
- Київ+380960830922