2.4. Результати досліджень та їх обговорення

Розглянемо результати дослідження низькотемпературної фотолюмінесценції CdTe:Cl. Нагадаємо, що ми досліджували зразки №3 та №4 (див. розділ 2.3.1).

На Рис. 13 та Рис. 14 зображено графіки фотолюмінесценції цих зразків при температурі 4.2 К.

Розглянемо детальніше спектр фотолюмінесценції зразка №4 (Рис.13). Як бачимо, на даному графіку присутні 4 піки. Перші 3 піки зі сторони нижчих енергій пояснюються випромінюванням при анігіляції екситонів, зв’язаних на нейтральних акцепторах. Згідно [9] перші 2 піки пояснюються утворенням комплексів V_Cd-Cl_Te (1.586 еВ) та V_Cd-2Cl_Te (1.590 еВ). Авторами [9] було досліджено, що інтенсивність даних ліній зі зростанням температури сильно зменшується і при Т=30 К ці лінії практично відсутні.

Лінія, яка відповідає енергії 1.591 еВ, згідно [13] пояснюється випромінюванням екситонів, зв’язаних на акцепторному комплексі типу V_Cd-2D_i. Донором, найймовірніше, виступає атом кадмію. З досліджень, проведених у роботі [9], можна зробити висновок, що пік D⁰X (1.593 еВ) викликаний випромінюванням екситонів, зв’язаних на нейтральному донорі – ізольованому хлорі. Дослідження фотолюмінесценції після відпалу у атмосфері Cd показали зростання

Рис. 13. Спектр низькотемпературної (Т=4.2К) ФЛ зразка №4.

Рис. 14. Спектр низькотемпературної (Т=4.2К) ФЛ зразка №3

цього піка, що пояснюється зростанням концентрації ізольованого нескомпенсованого хлору.

Співставляючи цьому спектру фотолюмінесценції спектр зразка №3 (Рис. 14) помічаємо відсутність піка А⁰X з енергією 1.590 еВ. У роботі [9] це пояснюється тим, що комплекси V_Cd-2Cl_Te, які відповідають за даний механізм випромінювання, менш стійкі, ніж комплекси V_Cd-Cl_Te, внаслідок чого ймовірність утворення перший є значно меншою. Тобто, можна припустити, що внаслідок певних різниць температури при вирощуванні комплекси V_Cd-2Cl_Te у області С монокристалу не сформувались.

Отже, як результат, можна сказати, що у монокристалах CdTe:Cl присутні наступні точкові дефекти, які формують розподіл енергетичних рівнів у забороненій зоні:

• комплекс V_Cd-2Cl_Te (енергія випромінювання 1.590 еВ) з енергією іонізації 45 меВ;

• комплекс V_Cd-Cl_Te (1.586 еВ), його енергія іонізації 120 меВ;

• міжвузлові ізольовані атоми Cl;

• комплекс V_Cd-2D_i.

Задля виявлення можливих неконтрольованих домішок та встановлення стехіометрії у вирощених монокристалах було проведене дослідження елементного складу монокристалічних злитків CdTe використанням растрового електронного мікроскопа РЕМ-103-01 методом рентгеноспектрального мікроаналізу (EDAX). Визначення концентрації при цьому здійснювалося не менше ніж у п’яти точках на поверхні зразка з подальшим усередненням результатів.

На Рис. 16 та Рис. 17 зображено фрагмент рентгенівського спектру чистого нелегованого CdTe p-типу провідності та високоомного CdTe:Cl, N_Cl=5*10¹⁸. З цих графіків якісно бачимо, що як у першому, так і в другому випадку в кристалах не фіксується вміст інших елементів, окрім заданих, що свідчить про високу якість вирощених монокристалів.

Також було проведено кількісний аналіз вмісту Cd, Te (та Cl для легованого зразка). Масові концентрації, атомні концентрації та стехіометричні співвідношення Сd та Te для власного та легованого монокристалів CdTe подані у таблицях 2 та 3.

Рис. 15. Характеристичний рентгенівський спектр нелегованого CdTe

Рис. 16. Характеристичний рентгенівський спектр монокристалічного CdTe:Cl

Таблиця 2. Масова і атомна концетрації елементів та їх співвідношення у нелегованому СdTe

мас. % Cd	мас. % Te	ат. % Cd	ат. % Te	CCd/CTe
53,55	46,45	56,68	43,31	1,31

Таблиця 3. Масова і атомна концетрації елементів та їх співвідношення монокристалі СdTe:Cl

мас. % Cd	мас. % Te	мас. % Cl	ат. % Cd	ат. % Te	ат. % Cl	CCd/CTe
53,22	46,40	0,39	56,56	43,44	1,30	1,30

Як видно з даних таблиць, обидва зразки вирощені з надлишком Cd, на основі чого можна говорити, що дані кристали мають n-тип провідності, оскільки надлишок кадмію викликає точкові дефекти – його атоми у міжвузлі та вакансії Te. І перший, і другий дефекти при іонізації віддають електрони, виступаючи донорами.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Физические основы работы детекторов ядерных излучений // Основы экспериментальных методов ядерной физики. – М.: Атомиздат, 1977. – С. 110-246.

2. Абызов А.С., Ажажа В.М. , Давыдов Л.Н. Выбор полупроводникового материала для детекторов гамма-излучения // Технология и конструирование в електронной аппаратуре – 2004. – №3. –С.3-6.

3. Агринская Н.В., Аркадьева Е.Н., Матвеев О.А. Краевая лю­минесцен­ция и мелкие доноры в кристаллах CdTe// ФТП.- 1971,5, №5.-С. 863-868.

4. Андроник И.К. и др. Сб. Новые полупроводниковые соединения и их свойства, Кишинев,1974.

5. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников / Ансельм А.И. – М. : Наука, 1978. – 615 с.

6. Гавриленко В.И., Грехов А.М., Корбутяк Д.В., Литовчен­ко В.Г. Оптические свойства полупроводников: [cправочник для науч. работников, инженеров.] / . – К. : Наукова думка, 1987. – 607 c.

7. Георгобиани А.Н. Широкозонные полупроводники А2В6 и перспективы их применения / А.Н. Георгобиани // УФН. – 1974. – Т. 113 (1). – С. 129 - 155.

8. Зайдель А.Н. Техника и практика спектроскопии / Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. – М. : Наука, 1976.– С. 109.

9. Корбутяк Д.В. Телурид кадмію: домішково-дефектні стани та детекторні властивості/ Д.В. Корбутяк, С.В. Мельничук.- К.: Іван Федоров, 2000. -198 с.

10. Савельев И.В. Курс общей физики / Савельев И.В. – М. : Наука, 1987. – 320 с. (т. 3).

11. Савицкий А.В. Электрические свой­ства экстрагированного теллурида кадмия / Савицкий А.В., Ткачук В.И., Ткачук П.Н. // ФТП. – 1992. – T. 26, №5. – С. 952-955.

12. Сердюк В.В. Люминесценция полупроводников / Сердюк В.В., Ваксман Ю.Ф. – К. : Одесса: Выща школа, 1988. – 200 c.

13. Ткачук П.М. Х-центри у напівпровідникових сполуках А^II B^VI / ТкачукП.М.,ТкачукВ.І.,Савчук А.Й.. К. Чернівці “Рута” 2008. -256 с.

14. Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников / Фистуль В.И. – М. : Высшая школа, 1984. – 352 c.

15. Излучательная рекомбинация в полупроводниках: [cб. статей / науч. ред. Покровского. Я.Е.]. – М. : Наука, 1972. – 304 c.

16. Физика и химия соединений А^IIB^VI/ Пер. с англ. Под ред. С.А. Медведева. -М.:Мир,1970.-624с.

17. Zanio K.R.Cadmium Telluride//Semiconduction and semimetals. New York, San Francisco, London: Acad. Press.–v.13.- 1978.– p.256.

18. De Nobell, Philips Repts, 14.-1959.- p.430,p.661-399,440-492.

19. A. Owens, A. Peacock. Compound semiconductor radiation detectors // Nucl. Instrum. Methods – 2004. – V. 531. - P.18-37.

20. Ф. Крегер. Химия несовершенных кристаллов. М: Мир, 654 с. 1969.

21. S. S. Chern, H. R. Vysyanath, F. A. Kroger. The defect structure of CdTe: Hall data // J. Sol. Stat. Chem., 14(1), pp. 33-43, 1975.

22. И. А. Случинская. Основы материаловедения и технологии полупроводников – Москва 2002.