РОЗДІЛ 2. Вплив малопотужного ІЛО на електрофізичні
властивості і характеристики бар’єрних структур
метал – напівпровідник на основі нелегованого телуриду кадмію
2.1. Аналіз дефектно-домішкової підсистеми телуриду кадмію
та можливостей її корекції лазерним опроміненням
З відомих широкозонних халькогенідних напівпровідників типу А2В6 одним із
найбільш перспективних матеріалів залишається вже тривалий час телурид кадмію.
Завдяки своїм фізико-хімічним властивостям його використання в різних галузях
науки, техніки, медицини та інших є надзвичайно широким і різноманітним.
Зокрема, великі значення атомних мас Cd і Тe (48 і 52 а.о.м.), електричного
опору (r~108ё1011 ОмЧсм) та рухливостей носіїв заряду (mn~1000 см2/ВЧс, mp~100
см2/ВЧс) дозволяють створювати високочутливі CdTe-детектори іонізуючого
випромінювання (a, b, g, X), а велике значення ширини забороненої зони
(Еg=1,458 eB при Т=300 К) дає можливість таким приладам працювати без
охолодження вже при кімнатних і, навіть, вищих температурах. Слабка залежність
ширини забороненої зони від температури (Eg=(1,605–4,9Ч10-4ЧТ) еВ), дозволяє
ви-користовувати телурид кадмію в досить широкому діапазоні температур [4,
22].
З іншого боку – низькоомний CdTe є перспективним матеріалом для створення на
його основі високопродуктивних сонячних елементів (з теоретичною межею
коефіцієнта корисної дії ~30 % [50, 51]). Широка область прозорості (~1ё30 мкм)
та малий показник заломлення (n»2,67 при l=10,6 мкм) телуриду кадмію дозволяють
використовувати його для виготовлення електро-оптичних модуляторів для фазової
та амплітудної модуляції випромінювання потужних СО2-лазерів та
інтерференційних фільтрів в області l=14ё25 мкм для розділення порядків
дифракції в спектрометричних приладах [22].
Відомо що, нелегований телурид кадмію володіє досить низькою концентрацією
власних носіїв заряду, і тому основну роль в кінетичних явищах в матеріалі
відіграють носії, що утворилися внаслідок іонізації різного роду точкових
дефектів та їх комплексів. З усіх можливих власних точкових дефектів
енергетичні рівні у забороненій зоні утворюють [22]: міжвузловий атом Cdі,
котрий є мілким донором з енергією іонізації рівня Eі(Cdi)=(Ec–0,002) eB,
вакансія VTe2+ з енергією іонізації Еі(VTe2+)=(Ev+0,2) eB, а також вакансії
VCd– та VCd2–, які можуть утворювати як мілкі акцепторні рівні у забороненій
зоні, так і глибокі. Що ж стосується енергії іонізації енергетичних рівнів
вказаних останніх двох типів дефектів, то тут дані різних літературних джерел
дещо відрізняються. Вакансія VCd– має енергію іонізації Еі(VCd–)=(Ev+0,05ё0,4)
eB [22] (з інших джерел [52]: Еі(VCd–)=(Ev+0,062) eB), а –
Еі(VCd2–)=(Ev+0,6ё0,9) eB [22, 53-55]). За даними [22] енергетичний рівень VCd–
знаходиться у валентній зоні, а енергія іонізації – Еі(VCd2–) =(Ev+0,47) eB.
При певних умовах можуть утворюватися антиструктурні дефекти ТеСd2+, з якими в
забороненій зоні телуриду кадмію пов’язують глибокі донорні рівні
Еі(ТеСd2+)=(Ес–0,6) еВ [55]. За іншими даними – Еі(ТеСd2+)= (Ес–(0,58ё1,02)) еВ
[52]. Енергетичні рівні решти власних точкових дефектів знаходяться у валентній
зоні.
Крім того, у забороненій зоні CdTe виявлено досить багато локальних рівнів,
пов’язаних з неконтрольованими домішками (як правило І групи: Li, Na, Cu, Ag
[56]), концентрація яких, в кращому випадку, становить ~1016см-3 [22]; виявлено
також велику кількість локальних рівнів, інтерпретація яких є досить складною і
неоднозначною [57-70]. Енергії іонізації деяких глибоких і мілких домішок в
CdTe приведено в таблиці 2.1.
Це все приводить до того, що створювати напівпровідникові прилади з
відтворюваними електрофізичними параметрами на базі нелегованого телуриду
кадмію досить важко. Частково ці проблеми вирішуються шляхом термічного
відпалу, а також легуванням компенсуючими домішками, наприклад – Cl [52-54].
Тому пошук методів модифікації та покращення електрофізичних характеристик
бар’єрних контактів до телуриду кадмію, в тому числі й дією лазерного
випромінювання, є актуальним на даний час. Про це свідчить значна кількість
публікацій з тематики лазерної дії на кристали халькогенідних напівпровідників
групи А2В6 та їх тверді розчини, що з’явились в науковій літературі останнім
часом [71-89]. Зокрема повідомлялось про використання лазерного випромінювання
для легування кристалів домішками [71-74], а також для покращення їх
електрофізичних характеристик шляхом проведення рекристалізації поверхневих
шарів імпульсним лазерним випромінюванням наносекундної тривалості [75-83].
Багато робіт присвячено дослідженням модифікації електрофізичних характеристик
опромінених приповерхневих шарів напівпровідникового зразка, зумовлених дією
ІЛО на домішково-дефектну підсистему матеріалу [76-81].
Таблиця 2.1
Енергії іонізації деяких глибоких і мілких домішок в CdTe
Донорні домішки
Акцепторні домішки
Домішка
Енергія іонізації, меВ
Література
Домішка
Енергія іонізації, меВ
Література
Ga
10,37
[22]
Li
58,0
[22]
In
10,56
[22]
Na
58,0
[22]
Cl
10,86
[22]
Cu
146,0
[22]
Al
10,53
[22]
Ag
107,0
[22]
10,28
[22]
Au
263,0
[22]
Sn
600ё900
[58]
56,0
[22]
720ё800
[60]
68,2
[22]
V2+
940
[57]
As
92,0
[22]
Складні акцепторні центри
Ge
600ё650
[58]
VCd-2ClTe
45,0
[22]
Pb
390ё430
[58]
VCd-ClTe
120,0; 140,0
[22, 52]
Sb
280
[59]
Так, наприклад, в телуриді кадмію, спричинене лазерним випромінюванням
інтенсивне дефектоутворення в приконтактній області бар’єрної структури
метал-CdTe, зумовлює збільшення в забороненій області телуриду кадмію кількості
глиб
- Киев+380960830922