2.2.3 Фотостимулированные преобразования в полупроводниках aiibvi

Влияние движения дислокаций на темновую проводимость и фотопроводимость. Рассматривая явления, связанные с движением заряженных дислокаций в соединениях A^IIB^VI, можно отметить влияние движения дислокаций на темновую проводимость и фотопроводимость представленную в работах [5-7]. Согласно данным полученным в ходе работ [6, 7], оказалось, что при движении дислокаций темновая проводимость возрастает, а фотопроводимость падает (рисунок 2.4) . Также было установлено, что эти эффекты находятся примерно в прямой пропорциональной зависимости от скорости дислокаций и уменьшаются по мере накопления пластической деформации.

Рисунок 2.4 - Диаграмма деформации и ток проводимости I_пр(t) (а); фототок I_ф(t) образца ZnSе (б): t₁,t₂ – выключение и включение деформирующей машины; скорость деформирования 10 мкм_*мин^-1

В соответствии с предполагаемой в [6,7] моделью, увеличение темновой проводимости вызвано ионизацией глубоких примесных уровней в электрических полях, набегающих на них дислокаций. При этом выброшенные с таких уровней электроны попадают в зону проводимости и увеличивают электропроводимость. Энергетическая диаграмма с изображением движения заряженных частиц представлена на рисунке 2.5. При этом утверждается, что концентрация ионизованных в таком процессе примесей (10⁷–10⁹ см^-3) составляет лишь небольшую часть от их полной концентрации (10¹⁴–10¹⁶ см^-3), данные значения являются крайне малыми для обнаружения их экспериментально.

Рисунок 2.5 - Изгиб энергетических зон вблизи дислокаций

Влияние движения дислокаций на фотопроводимость, проявляющееся в уменьшении времени жизни неравновесных носителей, пока что не имеет однозначной интерпретации. Предполагается, что оно может быть связано с выбиванием дырок с центров медленной рекомбинации и с последующим их захватом на центры быстрой рекомбинации. Однако увеличение темпа рекомбинации при движении дислокаций может происходить и при транспортировке дислокациями захваченных неравновесных носителей к центрам рекомбинации.

Увеличение фоточувствительности и интенсивности люминесценции.

В кристаллах, в результате освещения в интервале от комнатных до более низких температур, происходит значительное увеличение фоточувствительности, сопровождающееся возрастанием интенсивности полосы люминесценции ( λ_max = 1.03 - 1.06 мкм в CdS). Эта люминесценция, как было было предложено в работе [8], связана с излучательным захватом электронов на основные акцепторные центры фоточувствительности в CdS ( так называемые r-центры). Детальное исследование этих процессов показало, что оба они обусловлены возникновением в кристалле, в результате протекания физико-химических реакций, большого числа акцепторных r-центров фоточувствительности того же типа, которые обуславливают фоточувствительность обычных кристаллов CdS.

Для рассматриваемых процессов ФХР характерны следующие два обстоятельства:

а) одновременно с возникновением новых r-центров в кристаллах всегда образуются в той же концентрации мелкие доноры (E_c - 0.05 эВ), связанные, по-видимому, с междуузельным Сd_i⁺ . Они отчетливо проявляются в спектрах термостимулированной проводимости при низких температурах (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - Кривые термостимулированного тока до (кривая 1) и после (кривая 2) протекания ФХР

Возрастание пика при 40К обусловлено ростом концентрации соответствующих центров прилипания, возрастание пика при 100К вызвано очувствлением кристалла при постоянстве концентрации центров прилипания;

б) для образования обоих типов центров необходимо присутствие свободных дырок. Они могут быть созданы не только собственным светом или биполярной инжекцией носителей из электродов, но и применением специальной инфракрасной подсветки, возбуждающей в валентной зоне дырки, ранее созданные светом и закрепившиеся на глубоких центрах в кристалле.

Первый факт указывает на происходящий при ФХР распад донорно-акцепторных пар [(r-центр)^- - Сd_i⁺] созданных термообработкой на независимые (r-центр)^- и Сd_i⁺.

Второй факт объясняет этот процесс. Рассматриваемый комплекс, оба компонента которого удерживаются кулоновскими силами, может захватить при температурах протекания ФХР только дырку, поскольку акцепторный центр достаточно глубокий ( Ev + 1,0 эВ), а донорный – слишком мелкий (Ec – 0,05 эВ).

Отрицательный фотоемкостной эффект.

В пленках Cd_1-xZn_xS и CdS_1-xSe_x впервые обнаружены отрицательный фотоемкостный эффект и отрицательные медленно релаксирующие фотоэффекты, обусловленные переводом электронов, находящихся в наноразмерном приповерхностном слое, с мелких энергетических уровней центров прилипания на более глубокие с меньшей поляризуемостью и с наличием в этих материалах наноразмерных кластеров, играющих роль резервуара для неосновных носителей заряда, приводящих к замедлению релаксации фотоэффектов.

В работе [9] предполагается, что появление положительного фотоемкостного эффекта, наблюдаемого в пленках с высокой фоточувствительностью, связано с изменением зарядовых состояний электрически активных примесей, ответственных за фоточувствительность в данной области спектра.

Наличие технологически неконтролируемых примесей, собственных дефектов решетки и различного типа комплексов приводит к образованию в полупроводниковых соединениях A^IIB^VI центров с глубокими уровнями. Вакансия катиона является основным комплексообразующим дефектом и может находиться в различных зарядовых состояниях.

Переход типа мелкий-глубокий уровень, по-видимому, связан с наличием собственных дефектов решетки и различного типа их комплексов с примесью хлора и кислорода, концентрация и спектр которых контролируются технологическими условиями осаждения и термической обработки.

Поскольку при этом отрицательная фотоемкость наблюдается в коротковолновой области спектра, она может быть обусловлена перебросом электронов в приповерхностной области с мелких уровней на глубокие с меньшей поляризуемостью.