Введение к работе
Актуальность работы. Исследование роли поверхности и приповерхностной области в формировании оптических и фотоэлектрических свойств полупроводниковых кристаллов представляет собой важную проблему актуальную , в частности, для многих направлений современной микроэлектроники и оптоэлектро-ники особенно в связи с переходом к субмикронным размерам полупроводниковых элементов. Это приводит к определяющей роли приповерхностных слоев в формировании их общих характеристик.
Электрические поля и собственные дефекты в приповерхностной области оказывают существенное влияние на общие свойства полупроводниковых кристаллов , а следовательно приборов , конструируемых на их основе. В связи с этим , представляет практический интерес развитие методов исследования зарядно - дефектного состояния приповерхностной области , а так же неразру-шающих способов контроля реальной кристаллической поверхности .
Большие возможности в этом отношении представляет изучение низкотемпературных экситонных спектров фотоотражения ( ЭСФО ) и фотопроводимости ( ФП ) в области экситонных состояний кристалла. Кроме того , метод ФП позволяет качественно исследовать процессы проходящие не только в экситонной области спектра , но и в области примесного поглощения света , где коэффициент поглощения света относительно невелик.
Исследования выполнены на кристаллах CdS , которые являются модельным объектом для изучения экситонных состояний и находят широкое техническое применение как фотоприёмники и твердотельные лазеры.
К настоящему времени уже накоплен достаточно большой объём экспериментальных данных о влияшш поверхности кристалла на экситонные спектры оіражения , а также её воздействие на распределение ФП лежащее в области края фундаментального поглощения. Однако вопрос взаимодействия экситонов с поверхностными электрическими полями изучен в исследуемых кристаллах относительно слабо. Всё это и определяет актуальность проводимых исследований.
Цель работы. Экспериментальное изучение механизмов воздействия поля поверхностных состояний кристалла на экситонные спектры фотоотражения и определение связи вида спектра с типом тонкой структуры фотопроводимости.
Основные положения работы . выносимые на защиту,
-
Условия формирования двух качественно разных типов ЭСФО в кристаллах CdS ( А и В типы) определяющиеся фотоперезарядкой поверхностных состояний ( ПС ) и различным штарковским сдвигом экситонных уровней. Теоретический расчет ЭСФО А и В типа.
-
Существование сигнала ФО для обоих типов ЭСФО при фотомодуляции светом из области прозрачности кристалла от 1 до 2.4 эВ. Инверсия типа ЭСФО при изменении энергии фотомодулящш и интенсивности света.
-
Энергетическая схема уровней ПС для кристаллов CdS А и В типов , объясняющая возникновение сигнала ФО при фотомодуляции.
-
Связь между видом ЭСФО ( А или В ) и тшюм тонкой структуры ( ТС ) спектров ФП ( I и Н группы ТС ) этих же кристаллов ( прямая корреляция между ФП и коэффициентом поглощения - I группа ТС , и обратная корреляция между ФП и коэффициентом поглощения - II группа).
-
Обратимая трансформация типа ТС спектров ФП ( I или Нгруппа ) во внешнем электрическом поле.
-
Свойства и природа дополнительных максимумов ( ДМ ) фототока в кристаллах CdS ( ДМ! ~ 2.4 эВ ( ~ 515 нм ), Т = 300 К ; ДМ2 ~ 2.36 эВ ( ~ 525 нм ), Т = 300 К)
Научная новизна В работе исследована природа ЭСФО двух групп (А и В ) кристаллов CdS.
-
Впервые показано , что существование двух типов кристаллов ( А и В ) связано со штарковским сдвигом ( положительным или отрицательным ) экситонных уровней в электрическом поле ПС.
-
Впервые обнаружено изменение типа ЭСФО под влиянием интенсивности света и энергии модулирующего излучения ( МИ ).
-
Впервые обнаружена быстрые и медленные реласационные процессы в ЭСФО , обусловленное полями ПС.
-
Впервые предложена схема энергетических уровней ПС для кристаллов А и В типа , определяющая изменение электрического поля под действием МИ в интервале энергий от 1 до 2.6 эВ.
-
Впервые установлена детальная корреляция между типом ЭСФО ( А или В ) и видом ТС спектров ФП.
В работе исследована ТС спектров ФП связанная с диссоциацией экситонов в приповерхностной области полупроводника.
6. Впервые установлено , что внешнее электрическое поле , а также воздействие интенсивной засветки собственным светом изменяют вид корреляции спектров ФП с коэффициентом поглощения , а также изучена природа дополнительных максимумов , связанных с фотонейтрализацией ионизованных акцепторных состояний.
Достоверность получешпдх результатов подтверждается их воспроизводимостью при исследовании большого количества образцов , применением современных , хорошо разработанных экспериментальных методов и теоретических представлений для интерпретации полученных данных , а также совпадением некоторых полученных результатов с ранее известными в литературе.
Практическая значимость работы определяется получением новой информации о формировании экситонньгх спектров отражения и ФП в приповерхностной области полупроводников, Они представляют интерес для теории экситонов , теории физики поверхности и могут быть использованы для создания новых оп-тоэлектренных приборов.
Аппобация результатов работы. Результаты проведённых исследований были представлены в 2 - х докладах на международной конференции " Экситоны в конденсированных средах " , посвященной 100 - летию со дня рождения Е.Ф. Гросса ( С.-Петербург, 14-18 сентября 1997 г.), а также на I студенческой конференции " Физика полупроводников и полупроводниковая наноэлектроника " (С.-Петербург, 25 ноября 1997 г. ).
Структура и оГуъём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения , четырёх глав и заключения. Материал изложен на 120 страницах машинописного текста и включает 48 рисунков. Список литературы состоит из 124 наименований.
