Содержание к диссертации
Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ П.1 Оптические и фотоэлектрические свойства прямозонных полупроводников в области края
фундаментального поглощения Стр. 9
П.2 Приповерхностные радиационные дефекты
и оптические спектры экситонов в полупроводниках Стр.25
П.З Влияние поверхностно-чувствительных воздействий
на фотоэлектрические спектры полупроводниковых кристаллов Стр. 35
П.4 Примесные максимумы фотопроводимости Стр. 42
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Стр. 45
Глава 2 МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
П. 1 Экспериментальные установки
П. 1.1 Экспериментальная установка измерения оптических спектров Стр.48
П. 1.2 Экспериментальная установка для измерения спектров ФП Стр.51
П.2 Особенности использованных методик
П.2.1 Электронная бомбардировка. Стр. 53
П.2.2 Эффект поля. Стр.65
П.2.3 Лазерное облучение Стр. 61
Глава 3 ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ БОМБАРДИРОВКИ И ОТЖИГА
НА ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ КРИСТАЛЛОВ CdS И CdS
п. 3.1.1 Влияние ЭБ на оптические экситонные спектры
кристаллов CdSe и CdS (экспериментальные результаты) Стр. 71
п. 3.1.2. Радиационная стойкость и спектры связанных экситонов
кристаллов CdS и CdSe (Обсуждение результатов) Стр. 82
п. 3.2.1 Люминесценция связанных экситонов в кристаллах CdS и CdSe, подвергнутых высокодозовому облучению электронами.
(экспериментальные результаты) Стр. 89
п. 3.2.2. Природа коротковолнового хвоста линии связанных экситонов, индуцированных
электронной бомбардировкой (обсуждение результатов) Стр. 91
Основные результаты и выводы Стр. 93
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СПЕКТРЫ
ФОТОПРОВОДИМОСТИ КРИСТАЛЛОВ CdS Стр. 95
п. 4.1 Влияние поперечного электрического поля на спектры ФП
кристаллов CdS. Стр.96
п. 4.2 Влияние ЭБ на спектры ФП кристаллов CdS
(экспериментальные результаты) Стр. 104
п. 4.3 Механизмы влияния ЭБ на ТС спектров краевой ФП
кристаллов CdS (обсуждение результатов) Стр.113
Основные результаты и выводы Стр. 126
Глава 5 ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ВОДЕ НА ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ
КРИСТАЛЛОВ CdS Стр. 128
П. 5.1.1 Влияние лазерного облучения в воде на спектры
фотолюминесценции кристаллов CdS
(экспериментальные результаты) Стр. 129
п. 5.1.2. Влияние лазерного облучения в воде
на спектры фотопроводимости кристаллов CdS
(экспериментальные результаты) Стр.133
п. 5.2. Обсуждение экспериментальных результатов
п. 5.2Л. Флуктуационная люминесценция кристаллов CdS Стр.142
п. 5.2.2 Роль мелких собственно-дефектных центров
в формировании спектров фотопроводимости CdS Стр. 151
Основные результаты и выводы Стр. 153
Заключение Стр. 156
Литература Стр. 159
і
Введение к работе
Изучение влияния поверхности и приповерхностной области на оптические и фотоэлектрические свойства полупроводниковых кристаллов представляет собой актуальную проблему. Актуальность этой проблемы связана, в первую очередь, с потребностями современной микро- и оптоэлектроники. Она связана также с необходимостью дальнейшего развития новых перспективных методов исследования поверхности и границ раздела в полупроводниках и полупроводниковых гомо- и гетероструктурах, играющих исключительно важную роль в современной науке и технике.
Особое место среди этих методов занимает оптическая и фотоэлектрическая экситонная спектроскопия поверхности и приповерхностной области полупроводника. Высокая чувствительность и неразрушагощий характер метода, его информативность и экспрессность делают этот метод уникальным для научных и практических целей. Вместе с тем, широкое применение метода экситонной спектроскопии в научных и практических целях сдерживается все еще недостаточной разработкой фундаментальных вопросов о механизмах взаимодействия экситонов с поверхностью и приповерхностной областью полупроводника, а также вопросов, связанных с формированием особенностей в экситонных спектрах, обусловленных этими механизмами.
Все вышесказанное определяет актуальность настоящей диссертационной работы, посвященной исследованию влияния поверхностно-чувствительных воздействий на оптические спектры и спектры фотопроводимости (ФП) полупроводниковых кристаллов CdS и CdSe в области края поглощения. Основные положения, выносимые на защиту
Генерация и преобразование дефектов в кристаллах CdS и CdSe при ЭБ низкоэнергетическими электронами и последующем термическом отжиге определяются исходным набором дефектов.
Процесс радиационного дефектообразования в кристаллах CdS и CdSe можно контролировать по спектрам связанных экситонов.
Приповерхностное электрическое поле может определять тип ТС спектров ФП полупроводника.
ТС низкотемпературных спектров ФП является высокочувствительным инструментом исследования зарядово-дефектного состояния приповерхностного слоя полупроводниковых кристаллов типа CdS.
Облучение кристалла CdS в воде собственным светом приводит к «легированию» приповерхностного слоя дефектами структуры и формированию приповерхностного флуктуационного потенциала.
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 178 страницах машинописного текста, из них 37 рисунков и 20- списка литературы из 155 наименований.
Во введение обоснована актуальность темы диссертации, кратко изложено содержание работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе излагаются основные сведения о свободных, связанных, локализованных экситонах. Дан обзор экспериментальных работ по влиянию поверхностно-чувствительных воздействий на оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников. Рассмотрена роль состояния приповерхностной области в формировании экситонных спектров полупроводниковых кристаллов. Сформулирована постановка задачи.
Во второй главе изложена техника и методика эксперимента. Рассмотрены примененные методы поверхностно-чувствительных воздействий: электронная бомбардировка (ЭБ) низкоэнергетическими (3,5-4 кэВ) электронами, лазерное облучение в воде. Подробно обсуждены вопросы допорогового образования дефектов и электронно-стимулированной десорбции.
Описано устройство криостата для ЭБ образцов и низкотемпературных оптических исследований. Приведено описание специальной конденсаторной ячейки оригинальной конструкции, позволяющей реализовать метод эффекта поля. Приведены блок-схемы экспериментальных установок для регистрации оптических и фотоэлектрических спектров исследуемых образцов.
Главы 3-5 содержат оригинальные результаты.
В третьей главе представлены результаты исследования экситонных спектров фотолюминесценции (ФЛ), отражения и пропускания CdS и CdSe в зависимости от дефектного состава кристаллов, подвергнутых ЭБ. Установлено, что характер радиационных изменений, возникших под действием ЭБ и последующего отжига, зависит от исходного состава дефектов в этих кристаллах.
Контроль за радиационными дефектами проводился по спектрам излучения и поглощения экситонно-примесных комплексов.
В четвертой главе представлены результаты исследования влияния поперечного электрического поля (ПЭП) и ЭБ электронами низких энергий (4 кэВ) на фоточувствительность (ФЧ) и структуру спектров низкотемпературной (Т=77К) ФП кристаллов CdS в спектральной области края собственного поглощения полупроводника.
В первом параграфе изложены результаты спектров ФП кристаллов CdS в зависимости от величины и знака внешнего ПЭП, позволяющего обратимо и контролируемо изменять изгиб энергетических зон у поверхности полупроводника (метод эффекта поля). Исследовались кристаллы, в спектрах ФП которых на частотах возбуждения экситонов наблюдались максимумы или минимумы фототока - кристаллы 1-ой и 2-ой групп, характеризуемые ТС и спектрами ФП 1-го и 2-го типов, соответственно^]. В кристаллах обеих групп обнаружены характерные количественные и качественные изменения спектров ФП под влиянием ПЭП.
В основе механизма влияния ПЭП на ФЧ и форму ТС в спектре ФП полупроводника лежит зависимость эффективной скорости поверхностной рекомбинации, а, следовательно, и времени жизни неравновесных носителей заряда в приповерхностном слое от величины и знака приповерхностного изгиба зон.
Во втором параграфе главы представлены результаты исследования влияния ЭБ электронами энергий 4 кэВ на низкотемпературные (Т=77 К) спектры ФП кристаллов CdS 1-ой и 2-ой групп.
ЭБ кристаллов CdS приводит к радикальным, количественным и качественным изменениям их спектров краевой ФП, а также к немонотонному увеличению темновой проводимости <тт и росту времени фотоответа Tph- Индуцируемые ЭБ спектральные изменения заключаются в неоднородных по спектру изменениях ФЧ, которые приводят к характерной трансформации ТС спектра с ростом дозы ЭБ.
Пятая глава посвящена исследованию влияния облучения излучением Не-Cd лазера в присутствии воды на спектры низкотемпературной ФП и ФЛ кристаллов CdS. Установлено, что в результате такого воздействия а) появляется новая полоса в спектрах ФЛ при Т=4.2К в области 485-510нм (LSi-полоса); б)трансформируется ТС спектров ФП; в) возникает дополнительный спектральный максимум фототока ДМ2.
Проведено комплексное исследование LS] - полосы ФЛ с измерением спектральных, поляризационных и кинетических характеристик полосы излучения, ее температурной зависимости, зависимости полосы от интенсивности возбуждения и времени задержки между возбуждением и регистрацией, а также от внешнего ПЭП. Детальный анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод, что в её формировании могут участвовать переходы между «хвостами» разрешенных зон, а также между донорными и акцепторными центрами приповерхностной области. В заключении перечислены основные результаты и выводы работы.
