Энергетические спектры и неравновесные состояния в твердых растворах на основе теллурида свинца

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ НА ОСНОВЕ ТЕЛЛУРИДА СВИНЦА

1. Общий анализ проблематики исследований по заданному направлению

2. Совокупность исследований МСХС, проведенных при поддержке РФФИ Стабилизация положения уровня Ферми

Долговременные релаксационные процессы

Кинетика фотопроводимости

Явления в сильных электрических полях

Оптическое поглощение

Спектры фотопроводимости

Магнитные свойства

Термостимулированные токи

Электротермические неустойчивости

Диодные структуры

Теоретические модели

Прикладные аспекты

Заключительные замечания

3. Проблематика проектов РФФИ

Литература

КИНЕТИКА ФОТОПРОВОДИМОСТИ

Для высокофоточувствительных МСХС очень трудно последовательно разделить исследования кинетики ФП, спектров ФП и оптических свойств. Как будет видно из последующего изложения, они оказываются тесно взаимосвязанными и в значительной степени обусловливаются фоновой подсветкой.

Рис.12. Кинетика фотопроводимости ??(t) при ступенчатой ИК-подсветке миниатюрной лампой накаливания эпитаксиальной пленки Pb1-x-ySnxGeyTe(In) при T = 4.2 К, полученная в условиях последовательного включения и выключения (моменты времени показаны стрелками) источника ИК-излучения; цифры у стрелок – напряжение на источнике в В.

Кроме того, возбуждение может оказываться сильным, в том смысле, что квазиуровень Ферми сравнивается с величиной барьера между примесными и зонными состояниями носителей заряда. Релаксации ФП не являются экспоненциальными. Этот факт, для примера, иллюстрирует рис. 12, где представлена кинетика нарастания и спада ФП для одной из пленок при ступенчатом изменении ИК-подсветки. При сильном возбуждении времена релаксаций уменьшаются на несколько порядков.

Самоорганизация системы может проявляться в возможной корреляции перестройки примесных центров при их перезарядке полями деформаций решетки.

Рис.13. Кинетика импульсной фотопроводимости пленок МСХС на основе Pb1-x-ySnxGeyTe(In) (см. текст).

Отметим, что задержанная ФП («темновые» и «световые» кривые температурных зависимостей проводимости образцов) обычно регистрируется в процессе продолжительных измерений в стационарных условиях. Одним из методических достижений настоящих работ является переход к импульсным измерениям. В реферируемых работах варьировались: длина волны и спектральные характеристики подсветки, интенсивность излучения источника, время импульса излучения и период повторения этих импульсов. Применялись и комбинированные воздействия с использованием двух источников.

Кинетика нарастания и спада ФП регистрировалась с использованием цифрового запоминающего осциллографа с минимальной выборкой 50 нс. В зависимости от состояния образцов, регистрация сигнала осуществлялась или в режиме измерения проводимости, или в режиме измерения сопротивления. Получен достаточно массивный пакет данных для различных систем МСХС. Выборочные результаты приведены на рис. 13, 14а и 14б.

Рис.14. а, б – Кинетика импульсной фотопроводимости для монокристаллов PbTe(Ga) (см. текст);

Основные закономерности можно представить следующим образом (что очевидно следует из приведенных рисунков). При относительно малой интегральной интенсивности подсветки наблюдается участок задержки нарастания ФП. Через определенный временной интервал этот участок сменяется интенсивным нарастанием ФП. При этом кинетика импульсной ФП не совпадает со стационарной: при кратковременной подсветке сильными импульсами задержанная ФП вообще не наблюдается (времена релаксации не превышают 10-3 с). Это в большей мере относится к сплавам, легированным галлием. В МСХС с примесью индия эти эффекты практически не проявляются. При дальнейшем облучении периодически повторяющимися импульсами проводимость выходит на некоторое стационарное значение, длительное время релаксирующее к первоначальному состоянию при низких температурах, что и принято называть задержанной ФП.

Качественные особенности релаксационной картины в монокристаллических образцах были воспроизведены при исследовании полуизолирующих эпитаксиальных пленок n-PbTe(Ga), толщина которых варьировалась в пределах от 0.2 до 2 мкм [67, 68]. Характерными чертами кинетики релаксации ФП является постепенное нарастание сигнала ФП после включения теплового источника, быстрый спад сигнала до некоторого промежуточного значения после выключения подсветки и практически столь же быстрый рост ФП до первоначально достигнутого значения при повторном включении теплового источника. Задержанная ФП при подсветке светодиодом наблюдалась только в том случае, если длительность импульса светодиода превышала 10-2 с. Подобная кинетика может наблюдаться в том случае, если неравновесные электроны могут быть захвачены на как минимум два типа центров с разными рекомбинационными барьерами. Быстрый процесс определяется центрами с меньшим барьером (метастабильные примесные состояния), ДРП обусловлены центрами с более высоким барьером (основное состояние примеси) [67]. Неэкспоненциальный характер неравновесных процессов может быть обусловлен тем, что изменение концентрации неравновесных носителей заряда сопровождается изменением концентраций примесных центров в определенных зарядовых состояниях.

Рис.15. Изменение мгновенного времени релаксации неравновесных носителей заряда *(t) в течение релаксационного процесса для пленок n-PbTe(Ga) различной толщины (d=2 мкм– кривая 1; d=0.2 мкм– кривая 2). [88].

Важная информация о кинетических процессах была получена при сравнительном исследовании пленок PbTe(Ga) разной толщины. Эти результаты наглядно иллюстрируют кинетические зависимости мгновенного времени релаксации, представленные на рис. 15 (кривые 1 и 2 построены для толстой и тонкой пленок, соответственно). Для тонкого образца мгновенное время релаксации быстро (за t < 10 мс) достигает значения t ~ 13 мс и затем остается практически неизменным. Кривая t(t) для толстой пленки характеризуется постоянным ростом t в течение всего релаксационного процесса; асимптотический предел этой зависимости, возможно, соответствует тому же самому значению t = 13 мс, как и в случае тонкой пленки [68].

Полученные результаты указывают, что в объемных образцах диффузия неравновесных носителей от поверхности вглубь кристалла может рассматриваться как фактор, реально влияющий на вид релаксационных кривых.

При анализе релаксационных процессов следует учитывать, что в n-PbTe(Ga) медленные процессы доминируют в условиях высокого уровня возбуждения, а сравнительно быстрые релаксации наблюдаются при слабой импульсной подсветке. Как отмечается в [67], это обстоятельство может быть обусловлено тем, что при высоких значениях концентраций неравновесных электронов количество метастабильных примесных центров мало по сравнению с количеством примесных центров в основном состоянии. Диффузия неравновесных электронов вглубь кристалла дает дополнительную возможность электронам «найти» метастабильный центр и рекомбинировать. По-видимому, процесс диффузии существенен не только в объемных монокристаллах, но и в пленках толщиной около 2 мкм. С этим может быть связано меньшее значения t(t) для пленок большей толщины. Можно полагать, что поскольку экспоненциальная кинетика переходных процессов наблюдается лишь в наиболее тонких пленках, условия однородного по объему возбуждения реализуются только в данных образцах.

Еще одним важным результатом, полученным при исследовании пленок PbTe(Ga) с разной толщиной, является обнаружение значительного увеличения параметра TС, характеризующего появление заметной ФП, при уменьшении толщины пленки. В объемных образцах TС составляет ~ 80 К, в пленках толщиной 1 мкм TС возрастает до 110 К, и в наиболее тонких пленках толщиной ~ 0.2 мкм достигает 150 К. (см. рис. 10). При этом в тонких пленках удалось наблюдать весьма протяженные линейные участки на зависимостях log(1/rillum-1/rdark) vs 1/T. Полагая, что в области достаточно высоких температур T > 50 К в каждой точке скорость рекомбинации неравновесных носителей dR » (Dn)/t равна скорости генерации, которая остается постоянной в условиях эксперимента, а характерное время медленного рекомбинационного процесса t » exp(W/kT), авторы [68] количественно оценили величину рекомбинационного барьера W ~ 26.5 мэВ.

Рис.16. Температурные зависимости удельного сопротивления ?(100/T) образцов эпитаксиальных пленой n-PbTe(Ga) с эффектом отрицательной фотопроводимости; измерения выполнены в темноте (кривые 1, 2 и 3), а также в условиях непрерывной ИК-подсветки миниатюрной лампой накаливания (кривые 1', 2' и 3').

В некоторых эпитаксиальных пленках PbTe(Ga) было обнаружено явление отрицательной ФП [69]. В этих образцах электроны в зоне проводимости существовали и в темновых условиях, так как исследованные пленки содержали избыточную по сравнению с необходимой для стабилизации УФ концентрацию галлия в донорном состоянии. На рис.16 показаны температурные зависимости сопротивления этих пленок, снятые в темноте и в условиях ИК-подсветки миниатюрной лампой накаливания. Эффект отрицательной фотопроводимости наблюдается в области низких температур и его амплитуда увеличивается в пленках с более низким темновым сопротивлением. При повышении температуры эффект меняет знак и фотопроводимость становится положительной. В действительности во всей температурной области, где наблюдается заметная фоточувствительность, характер фотопроводимости определяется суперпозицией отрицательного и положительного фотооткликов. Это отчетливо прослеживается при исследовании кинетики фотопроводимости.

Рис.17. Кинетика фотопроводимости при подсветке миниатюрной лампой накаливания для пленки n-PbTe(Ga) при различных температурах – 77 К (кривая 1) и 4.2 К (кривая 2); источник ИК-излучения был включен при t = 0 и выключен в момент времени, указанный на рисунке вертикальными стрелками.

На рис. 17 показаны кинетические кривые изменения относительного сигнала фотопроводимости при двух температурах: 4.2 и 77 К. В области гелиевых температур после включения источника подсветки наблюдается кратковременный всплеск положительного сигнала, который быстро сменяется отрицательным эффектом. Важно, что после выключения подсветки проводимость продолжает уменьшаться, т.е. наблюдается задержанная отрицательная фотопроводимость. При температуре жидкого азота обнаружен лишь положительный фотоотклик. Исследования характера фотопроводимости в режиме импульсной подсветки показали, что наряду с задержанной отрицательной фотопроводимостью проявляется и быстрый релаксационный участок. Этот результат представляется наиболее интересным, поскольку характерные времена t быстрой релаксации отрицательной ФП оказались порядка десятка мкс, что намного меньше времен, присущих системам с модуляцией зонного рельефа. Для объяснения эффекта потребовалось предположить наличие еще одного уровня в энергетическом спектре сплавов, расположенного по энергии выше дна зоны проводимости. Более подробно мы вернемся к этому вопросу в теоретическом разделе.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center