Введение к работе
Актуальность работы. Согласно существующим теоретическим представлениям энергетический спектр и другие свойства дислокаций должны зависеть от структуры ядер дислокаций. С этой точки зрения наибольший интерес для исследования представляют дислокации в кристаллических структурах сфалерита и вюрцита, в которых крис-таллизуются бинарные полупроводники'групп A^BR и А,в' В этих структурах возможно существование дислокаций,Сметик сходный характер механических напряжений вблизи линии дислокации, но разли-чающихся атомным составом ядра. Например, в структуре вюрцита, в которой кристаллизуется сульфид кадмия, возможны Паевые полярные дислокации базисной плоскости скольжения, ядра которых состоят из атомов одного сорта - металла или металлоида, и краевые призматические дислокации, содержащие перемежающиеся атомы обоих
Спектр глубоких состояний, возникающий при введении дисло-каций в полупроводники, неоднократно исследовался для всех известных полупроводников. При этом исследовался групповой эффект от дислокаций различных типов. Однозначная связь между глубокими уровнями и конкретными типами дислокаций до сих пор не установ-лена. Это обусловлено тем, что при любом способе введения дисло-каций образуете, совокупность различных типов дислокаций и нельзя с уверенностью утверждать, какие из них дают основной вклад в наблюдаемый сигнал. Возможный вклад винтовых дислокаций в образование спектра глубоких уровней (например, за счет притяну-тых к ним точечных дефектов) фактически не рассматривался
Сульфид кадмия в силу особенностей кристаллической структуры вюрцита (перпендикулярности основных плоскостей скольжения и возможности образования как полярных, так и нёполярных краевых дислокаций), широкой запрещенной зоны является модельным объектом ДЛЯ исследования электронных свойств дислокаций различных типов. К настоящему времени в литературе накоплен значительный обгем данных по движению дислокаций в полученных методами избирательного травления, гтосвечивающей электронной микроскопии. Фото-люминесценции. В то же время имеющиеся данные по образующимся при введении дислокаций глубоким центрам противоречивы и не полны.
Целью настоящей работы является экспериментальное исследование влияния дислокаций различных типов и сопутствующих им точечных
дефектов на спектр глубоких состояний в низкоомном сульфиде кадмия. Задача решалась путем применения комплекса методов емкостной спектроскопии области пространственного заряда, усовершенствованных путем автоматизации экспериментальной установки и применения численных методов обработки данных. В работе использовались дан-ные метода катодолюминесценцни сканирующей электронной микроскопии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработаны и реализованы принципы построения универсальной автоматизированной установки для исследования глубоких центров в полупроводниках емкостными методами и последующей обработки экспериментальных данных с учетом специфики задачи исследования дислокационных ГЦ в широкозонных полупроводниках;
предложен метод сравнительного анализа различных корреляционных процедур в методах релаксационной спектроскопии глубоких центров в полупроводниках; проведено сравнение известных процедур, выработаны рекомендации по их применению;
на основе данных исследования структуры дислокаций в CdS построена модель структуры дислокаций вблизи места укола нндентора и предложен метод выделения в спектрах ГЦ вклада дислокаций различных типов;
- экспериментально установлены закономерности изменения вида
спектров ГЦ при вариации соотношения длин дислокаций различного
типа под исследуемым контактом; высказаны предположения п связи
отдельных ГЦ с определенными типами дислокаций;
Предложен и продемонстрирован на примере CdS метод сопоставле-ния параметров ГЦ, полученных разными авторами на разных образцах с учетом возможных систематических ошибок процедуры обработки спектров DLTS, состоящиX из близлежацих перекрывающихся максимумов;
Исследованы параметры центра Мб, сопровождающего винтовые дислокации в CdS; показано, что центр имеет малую равновесную глубину залегания, большое различие в энергиях термического и оптического опустооенмя, термоахтивированный процесс захвата;
На зациту выносятся следуй основные положения и результаты:
-
Метод выделения в спектрах ГЦ вклада дислокаций различных типов в полупроводниках са структурой вюрцита.
-
Результаты исследования параметров глубокого центра И5 (200 К)
в пластически деформированных образцах CdS.
-
Метод и результаты анализа корреляционных процедур для релах-свциояной спектросхопии глубоких центров в полупроводниках.
-
Принципы создания автоиатизированной установки для проведения емкостных измерений и обработки экспериментальных данных.
Достоверность полученных результатов подтверждается их воспроизводимостью при исследовании большого числа образцов, применением современных экспериментальных методов исследования глубоких центров, современных теоретических представлений для иитер-претвцни экспериментальных данных, согласием данных эксперимента с расчетными, подученными на основании имеющихся моделей.
Практическая значимость . работы определяется полуучеием новой информации о природе и свойствах отдельных глубоких центров, а также в развитии методики их исследования. Предложенный метод разделения дислокаций различного типа может быть использо-ван для дальнейшего исследования свойств винтовых и краевых дис-локаций в CdS, в том числе другими методами, а также применен к другим полупроводникам с кристаллической структурой вюрцита или сфалерита. Полученные в работе данные могут быть использованы для интерпретации ряда явленій в бинарных полупроводниках и для совершенствования технологии получения полупроводниковых приборов
Апробация результатов работы. Результаты проведенных исследований обсуждались на восьмой международной школе-семинаре по дефектам в кристаллах (Польша, 1988), всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ташкент, 1989), на двенадцатой всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1930), на первой национальной Российской конференции по дефектам в попупроводниках (С.-Петербург. 1992), на международной конференции по протяженным дефектам в олупро одниках (Хольцхау, ФРГ, 1992). на п той российской конференции по оптическим, радио-вол овым епловым методам и средств контроля качества материалов, изделий и окружающей среды (Ульяновск, 1993).
Структура и об-ьем диссертации. Диссертация содержит 219 страниц и состоит из введения, пести глав, заключения и списка цитируемой литературы. Основной материал диссертации изложен на 135 страницах машинописного текста и проиллюстрирован 53 рисунками и 5 таблицами. Список литературы состоит из 240 наимено-ваний.