Введение к работе
О Л ^ О .
Актуальность работы.
Разнообразие свойств бесщелевых соединений позволяет получать знания о релятивистских эффектах, спинорбитальном взаимодействии в рамках фундаментальной науки и использовать эти материалы для создания быстродействующих приборов в микро-, нало- и оптоэлектро-нике. Определение таких электронных параметров как характер законов дисперсии разрешенных зон, матричный элемент оператора кваэи-импульса Р и эффективные массы электронов т* и дырок т^,, значение энергии Ферми Ef, плотность встроенного заряда ЛГЬ, потенциал плоских зон ір/ь, собственная концентрация носителей заряда п,, концентрация легирующей примеси Naj в них становится особенно важным для повышения подвижности носителей и быстродействия приборов. При этом вызывает интерес исследование как объемных, так и поверхностных свойств этих соединений.
Для бесщелевых полупроводников CdxHg\-xTe, НдТе и HgSe мало исследованы такие параметры валентной зоны, как характер закона дисперсии тяжелых дырок и величины эффективных масс тяжелых дырок Слоистые структуры (TlBiS2)x - (TlBiSe2ji-x перспективны для создания инфракрасных фотоприемников и акустоэлектронных преобразователей. Электронные свойства поверхности полупроводниковых соединений (TlBiS2Jx - {TlBiSei)\-x к настоящему времени практически не исследованы.
Настоящая работа посвящена экспериментальным исследованиям элек
тронных характеристик перечисленных материалов, которые проводи
лись методом эффекта поля в системе полупроводник - электролит (ЭП-
ПЭ). »
* Целью диссертационной работы являлось исследование электронных
свойств узкощелевых (TlBiS2Jx - (TlBiSe2)i-x и бесщелевых CdxHg\-xTe, НдТе, HgSe полупроводников с использованием метода эффекта поля в
' системе полупроводник - электролит. Для этого предполагалось решить
следующие задачи:
1. Определить условия, при которых измеренные в эффекте поля вольт-фарадные характеристики (ВФХ) межфазной границы (МФГ) полупроводник - электролит определялись бы электронными свойствами исследуемых материалов (выбор состава электролита, диапазона поляризующих
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ І БИБЛИОТЕКА {
СП*т< О»
338? і
напряжений, характера предобработки поверхности кристаллов).
-
Получить сведения об электронных свойствах соединений {TlBiSi)x -(TlBiSe2)i-x и CdxHg\~xTe, НдТе, HgSe при комнатных температурах.
-
Разработать методику определения величины матричного элемента оператора квазиимпульса и эффективной массы электронов из экспериментальных ВФХ для бесщелевых полупроводников и проанализировать критерий ее применимости.
Научная новизна. t
В настоящей работе впервые реализован метод ЭППЭ для исследования электронных свойств бесщелевого полупроводника HgSe и узкощелевых полупроводников (TlBiS2)x — (TlBiSe2Ji-z-
Предложен и обоснован механизм формирования диэлектрического слоя на поверхности HgSe в условиях реализации метода ЭППЭ. Получено выражение для зависимости дифференциальной емкости от поверхностного потенциала вырожденной системы электронов в ОПЗ бесщелевого полупроводника. Проведена оценка точности использования методики анализа экспериментальных ВФХ в классическом приближении для описания ОПЗ бесщелевых полупроводников. По разработанной методике проведена оценка величины матричного элемента оператора квазиимпульса и эффективной массы электронов для HgSe при комнатной температуре.
Показано, что при интерпретации электронных свойств соединений (TlBiSz)z - {TlBiSe2)i-x могут быть привлечены представления теории области пространственного заряда на поверхности полупроводников. Получены значения фундаментальных электронных параметров - матричного элемента оператора квазиимпульса, эффективной массы электронов и дырок, собственной концентраци носителей, энергии Ферми для бесщелевых полупроводников CdxHg\.xTe, НдТе, HgSe и соединений (TlBiS2)x - (ТШі5ег)і-і с (0 < х < 1) при комнатной температуре. Практическая ценность работы.
1.- Предложен и обоснован механизм формирования диэлектрического слоя на поверхности бесщелевых полупроводников CdxHg\.xTe, НдТе и HgSe при их поляризации методом ЭППЭ в насыщенном растворе КС1. 2.Впервые продемонстрирована возможность создания МДП-структуры на основе HgSe, при этом достигается изменение емкости в 20 раз при
изменении поверхностного потенциала в диапазоне (—0.20 В < Vg <
+0.25 В) при комнатной температуре. Стабильность электрофизических
свойств МДП сохранялась в течение года. „
-
Разработана и реализована методика для изучения электронных свойств поверхности бесщелевого HgSe и узкощелевых (TlBiS2)x — (TlBiSe2)i-x полупроводников.
-
Получены данные о законе дисперсии зоны проводимости и зоны тяжелых дырок и значение эффективной массы электронов и тяжелых дырок для HgSe.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика определения величины матричного элемента оператора квазиимпульса бесщелевых полупроводниках и критерий ее применимости.
-
Оценка величины матричного*элемента оператора квазиимпульса и величины эффективной массы тяжелых дырок в HgSe.
-
Закон дисперсии и значение эффективных масс электронов для соединений {TlBiS2)x - {TlBiSe2)i-x (0 < х < 1).
-
Принципиальная возможность формирования МДП-структур на основе HgSe с глубиной модуляции емкости более чем на порядок при комнатной температуре.
Апробация работы.
Основные результаты, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на 5 конференциях: The 9th International Conference on Narrow Gap Semiconductors, Berlin, Germany, September 26 - October 1, 1999; the Conference "Applied Nonlinear dinamics Technologies". Thessaloni-ki, Greece, 27-30. August, 2001; Simposium "Materials in microtechnologies and Microsystems" of E-MRS, Meeting 2001, Strasbourg, France, 5-8 June, 2001; Международная научная школа - конференция "Тонкие пленки и наноструктуры." Москва, 7-10 сентября, 2004; XXXIV научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО. 2-4 февраля, 2005.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы [1, 2, 3,4].
Структура и объем диссертации.
