Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича

Фізичний факультет

Кафедра фізики напівпровідників та наноструктур

ДИПЛОМНА РОБОТА

…………………………..

Спеціальність 7.070101: «Мікро- та наноелектронні прилади і пристрої»

Завідувач кафедри Науковий керівник Студент 516 групи

Савчук А. Й. Ткачук П. М. Плаксійчук О. М.

Чернівці 2012

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………….......…………

РОЗДІЛ І. Фізичні властивості телуриду кадмію

1.1. Зонна структураCdTe……………………………………………….11

1.2. Точкові дефекти у сполуках А^II В^VI………………………...…….....13

1.3. Вплив точкових дефектів на електричні властивості…….

1.4. Фотолюмінесценція монокристалів CdTe

РОЗДІЛ II. Експериментальна частина.

Фізичні властивості напівізолюючих монокристалів СdTe:Cl…….

2.1. Технологія вирощування кристалів …………………….

2.2. Методи легування телуриду кадмію……………….....................

2.3. Методики досліджень…….

2.3.1. Дослідження фотолюмінесценції…………

2.3.2. Визначення елементного складу методом рентгенівського

міколаналізу.

2.4. Результати досліджень та їх обговорення…………………………

ВИСНОВКИ……………………………………………………….………47

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ………………………….…48

ДОДАТОК…………………………………………

Вступ розділ і. Фізичні властивості телуриду кадмію

1.1. Зонна структура CdTe

Телурид кадмію є прямозонним напівпровідником, екстремуми енергетичних зон якого розміщені в центрі зони Бріллюена (к=0). Мінімум зони провідності розміщений в точці Г₆. Енергія прямого переходу електронів із валентної зони (ВЗ) в зону провідності (ЗП) відповідає ширині забороненої зони ΔЕ [16,17].

Найбільш важливе розщеплення - це розщеплення шестикратно виродженого (трьохкратно без врахування двох спінових станів) стану Г₁₅ у чотирьохкратно вироджений стан Г₈ і двократно вироджений стан Г₇. Валентна зона складається з трьох підзон: зони легких дірок v_i, зони важких дірок v₂ і зони v₃, відщепленої в результаті спінорбітальної взаємодії. Ефективні маси важких, легких дірок і дірок третьої ВЗ та електронів ЗП (в масах вільного електрона) відповідно, для СdТе такі: 1.38, 0.103, 0.28 і 0.1 (Рис. 1.6.).

Рис. 1. Зонна структура CdTe

1.2. Точкові дефекти у сполуках аii вvi

Точкові (атомні ) дефекти у великій мірі визначають оптичні та електричні властивості сполук А^IIВ^VI , а саме: спектри люмінесценції та поглинання, провідність, ефекти захоплення нерівноважних носіїв заряду. Точкові дефекти (ТД) поділяються на власні і домішкові.

У загальному випадку у сполуці А^IIB^VI можуть існувати такі типи власних дефектів [5]:

1. Вакансії в підгратках металу і металоїду (дефекти Шотткі)-V_A i V_B.

2. Міжвузлові атоми А_i i B_i, а також пари, які складаються з міжвуз­лового атома А_і та вакансії V_A для підгратки металу і B_i та V_B для підгратки металоїду (дефекти Френкеля).

3. Антиструктурні дефекти типу А_В і В_А, коли атом металу займає вузол у підгратці металоїду і навпаки. Згідно із [16], імовірність та­ких утворень невелика, враховуючи домінуючий вклад іонного зв’язку в сполуках А^IIB^VI.

4. Комплекси точкових дефектів – асоціації кількох простих дефектів. Енергетич­но­ асоціації більш вигідні, ніж ізольовані точкові дефекти, проте їх енергії зв’язку зазвичай незначні, і при високих температурах комплекси розпадаються.

Точкові дефекти можуть мати різні зарядові стани. При видаленні із крис­тала А_В нейтрального атома металоїду, утворюється електрично нейтральна вакансія V_B, яка може іонізуватися одно- або двократно відповідно до реакцій

V_B  V + e +_D1 (1.1)

і

V  V + e +_D2 , (1.2)

де _D1 і _D2 – енергії одно- і двократної іонізації донора (_D1 _D2).

Нейтральна вакансія металоїду зв’язує два електрони, які ма­ють енергії вищі, ніж електрони валентної зони. У зв’язку з цим ва­кансія металоїду утворює донорний дефект. Вакансія металу утво­рює нейтральний дефект, котрий може захопити один чи два елек­трони, утворюючи одну чи дві вільні дірки у відповідності до реа­к­цій

V_А  V +h +_а1 (1.3)

і

V  V + h+_а2 , (1.4)

де _а1 і _а2 – енергії одно- і двократної іонізації такого акцепторного центра.

Отже, вакансія металу повинна мати акцепторні властивості. Між­вузловий атом металу А_i є донором, а міжвузловий атом металоїду В_і – акцептором з огляду на значну електровід’ємність.

Дефекти заміщення можуть бути класифіковані у відповідності до пози­ції атомів заміщення у Періодичній системі порівняно з основним атомом решіт­ки. Атоми заміщення, котрі знаходяться в тій самій групі Періодичної систе­ми, що й основні атоми решітки (z = 0, z - кількість валентних електро­нів), відносяться до ізова­лент­них (ізоелектронних) домішок. Домішки гете­ровалентного заміщення з z0 можуть бути акцепторами (z<0) i донорами (z>0).

Найбільш простими дефектами, зумовленими сторонньою домішкою, є мілкі донори та акцептори. Такі модельні об’єкти утворюються внаслідок введення у кристалічну гратку домішки заміщення. Домішка має один зайвий (недобраний) електрон, котрий стає слабозв’язаним через дві причини: вплив поляризації кристалічної гратки з діелектричною сталою  та зменшення ефективної маси електрона m у кристалі. За таких умов поблизу екстремумів дозволених зон формується водневоподібний спектр станів, а саме: нижче мінімуму дна с-зони і вище максимуму v-зони відповідно до виразу:

E_n=- (1.5)

n=1,2,…

При зміні типу домішки може відбуватися зсув енергетич­них станів, і як наслідок, застосування загальноприйнятої моделі мілкого центра стає некоректним.

Найближчими до воднеподіб­них є домішки, які мають однакове, порівняно з атомами гратки, число глибоких електронних оболонок. Зауважимо, що невідпо­відність числа оболонок домішки та заміщуваного атома призво­дить до деформації кристалічної решітки в околі домішкового атома.

У залежності від типу деформації гратки можливі різні ефек­ти, що виражаються перебудовою енергетичного спектра локальних рівнів, зміною ефективного заряду домішки, виникненням локаль­них коливань кристалічної гратки.

Спричинена кулонівською взаємодією донорно-акцепторна асоціація точкових дефектів призводить до формування більш складних центрів, які у свою чергу утворюють глибокі рівні. Прик­ладом таких центрів складної конфігурації можуть бути так звані А-центри, які є характерними для широкозонних сполук А^IIB^VI, зокрема для монокристалів сульфіду цинку .

А-центр представляє собою асоціацію двозарядної вакансії цин­ку і домішки III групи Al, розташованої у найближчому катіонному вузлі. Для монокристалів кубічної симетрії вакансія цинку і донорна домішка зв’язуються зі спільним іоном сірки. Дір­ка, яка захоплюється на А-центр, внаслідок позитивного ефектив­ного заряду іонізованої домішки елемента III групи буде відштов­хуватися у напрямку іона сірки, який позначе­ний як S^*. Іон S^* є найбільш віддаленим від донора.