Введение к работе
Актуальность темы. Подобно тону, как электроны выступают в роли элементарных носителей заряда, и их движения обусловливают электрический ток, дислокации служат элементарными носителями пластической деформации кристаллического тела, и их движение вызывает необратимое изменение его формы. Рожденные пародоксом теоретической прочности кристалла, дислокации оказали существенное влияние на развитие и углубление представлений о механизмах формирования практически всех физических свойств твердых тел и в частности полупроводников.
В последние года открыты ряд эффектов, свидетельствующих о том, что даже при малой концентрации краевой дислокации в полупроводниковых кристаллах существенно влияют на их электрофизические свойства. Это делает весьма актуальным исследовать различные свойства и в том числе кинетические свойства дислоцированных полупроводников. Исследование электрофизических свойств дислоцированных полупроводников интересно и с общефизической точки зрения. Здесь наблюдаются квазиодноименные локализации, наблюдаются эффекты неима-юшегося анолога в недислоцированных полупроводниках и ряд других явлений, заслуживающих специального внимания.
Заметим, что создавая определенные типы дислокационных структур в кристалле, можно в принципе сознательно изменить его электрофизические характеристики и получать материалы с заданными свойствами. Поэтому исследование свойств полупроводников с дислокациями позволяет более осознанно выбрать режимы вырашивания и воздействия на кристаллы для практического использования особенностей свойств дислокационного происхождения, либо борьба с нежелательными последствиями наличия дислокаций в кристаллах.
М.ль_Еі^2Ш. Исследование влияния заряженных краевых дислокаций на кинетические свойства полупроводников, а так же изучение электрофизических свойств отдельных дислокаций и дислокационной системы.
При этом ставились теоретические рассмотрения следующих задач:
-
Исследование имевшейся особенности в температурной зависимости электропроводности в полупроводниках с ориентированным набором заряженных краевых дислокаций, а так же электропроводность границы бикристалла от разориентации дислокации.
-
Исследование электростатической характеристики потенциальных барьеров с седловыми точками, которая образует параллельно ориентированные заряженные дислокации в виде рада при различных физических ситуациях. . .
-
Изучение кинетики захвата и ионизации носителей тока (как основных, так и неосновных) в полупроводниках о заряженными краевыми дислокациями при наличи внешних электрического и магнитного полей, а также при наличии внешнего, электромагнитного поля с учетом реальной структуры кристаллов. Дать объяснение диодного действия отдельной заряженной дислокаций, явлению токовой неустойчивости в кристаллах «-St и л-fe ,а также аномально протяженного линейного участка вольт-амперной характеристики (ВДХ) в этих кристаллах.
-
Построение теории емкостной спектроскопии, определявшие положении дислокационных уровней в полупроводниковых кристаллах, а также обрабатывать результаты экспериментов по fbLTS (Ъ)еер L&veB Tesnpei Speeizosccpy)- „
5. Построение теории движущейся дислокации в полупроводниковых
соединениях А В . На основе предложенной модели исследование некото
рых аспектов явления деформационной лшинисценции, распределение за-
%
-5-рядов в кристалле, а также токи увлечения электронов дислокациями в этих полупроводниках.
-
Рассмотрение переходных процессов в полупроводниковых кристаллах с заряженными краевыми дислокациями.
-
Изучение динамической характеристики в системе расщепленных заряженных дислокаций.
-
Исследование влияния одномерной вигнеровокой кристализации электронов в дислокационной линии на коэффициент заполнения дислокации.
Согласно поставленной задаче к зашите вьцщигадтоя., еле дувшие, ос
новные _научные положения; J
-
Наличие в температурной зависимости электропроводности полупроводника с ориентированным набором заряженных дислокаций является следствием одновременного действия электростатического, и упругого полей заряженных краевых дислокаций.
-
Изменение электропроводности границы полупроводникового би-кристалла, чувствительно к изменению расстояния между дислокациями.
-
Наличие седловых точек на потенциальном барьере, т.е. существование дрейфогого барьера определяет основные свойотва БАХ,' а существование рекомбинационного барьера определяет вольт-фараднуп характеристику (ВФХ) полупроводников с заряженными краевыми дислокациями.
-
Причиной наличия аномально протяженного участка в ВАХ полупроводников с заряженными краевыми дислокациями обусловлена доминирующим действием процессов ионизации электронов над процессами пх захвата (эффект Пула-Френкеля) в сильных внешних электрических полях.
-
Сечение захвата носителей тока и их коэффициент термической ионизации из дислокационных центров при различных физических ситуациях очень чувствительны ко внешним электрическим и квантующим магнитным полям и температуре.
-
Диодное действие отдельной заряженной дислокации обуславливается наличием цилиндрической Шотки барьера вокруг заряженной дислокации.
-
Процессы движения и взаимодействия дислокации с точечными центрами, определяют пространственное распределение заряда вокруг дислокации, объясняют некоторые характерные особенности явления деформационной лгаминисценции и токи увлечения электронов дислокациями в кристалических соединениях А В .
-
Как электростатическое, так и упругое взаимодействия между растепленными дислокациями определяют основные свойства этой системы.
9. Вигнеровская кристализация является одной из причин формиро
вания заряда краевой дислокации в полупроводниковых кристаллах.
Нау_чная_новизна:
-
Предложена модель потенциального барьера, которая объясняет аномальную температурную зависимость полупроводников с ориентированными заряженными дислокациями.
-
Показана, что электропроводность границы полупроводникового бикристалла существенно зависит от расстояния между дислокациями и при определенных физических ситуациях носят либо активационный характер (npHe>2R , d,- расстояние между дислокациями; #л- радиус проводящих дырочных областей вокруг отдельной дислокации), либо металлический (прис^2/?).
-
Построена обшая теория ВАХ в полупроводниках о потенциальным
- 7-барьером седловыми точками, которая, как в пределе слабого, так и сильного перекрытия ридовских цилиндров отдельных заряженных дислокаций дают результаты, согласующиеся о экспериментальными данными (экранизирующая область, возникающая около заряженной краевой дислокации называется Ридовским цилиндром, а границы этой области * ридовской границей), а также позволяет дать правильную интерпере-тацига диодного эффекта, наблюдавшейся на отдельной заряженной дислокации.
-
Предложен новый спектроскопический метод определения дислокационных уровней в полупроводниковых кристаллах.
-
Показана, что одной из причин аномальнопротяженного линейного участка в ВАХ полупроводника о дислокационным барьером является доминирующее действие эффекта ионизации над эффектами захвата электронов, за счет чего коэффициент заполнения дислокации сложным образом зависит от внешнего электрического поля (дислокационный эффект Пула-Френкеля).
-
Теория каскадного захвата обобщена в случае полупроводников о заряженными дислокациями. На основе этой теории исследованы процессы кинетики захвата и ионизации носителей заряда (как основные, так и не основные) в полупроводниках с заряженными краевыми диоло-кациями во внешних электрическом и квантуюшея магнитном полях, а также при наличии электромагнитного поля. Указано, что такие явления,как токовые неустойчивости, нелинейнооти ВАХ и тід. объясняются в рамках предложенной теории.
7. Установлено, что в многодолинных полупроводниках, такие как
Si. и G-e t сечение захвата электронов я их коэффициент термической
ионизации из дислокационного состояния во внешнем квантующем магнитном поле, существенно зависит от ориентации долины относительно
магнитному полю.
-
Изучены переходные процессы в дислоцированных полупроводниках в сильных внешних напряжениях. Установлено, что релаксация коэффициента заполнения заряженных краевых дислокаций происходит по логарифмическому закону, что подтверждается экспериментально наблюдаемыми результатами.
-
Построена теория, описывавшая кинетические свойства полупроводников о движущимися заряженными дислокациями. Предложена модель движущейся дислокации, которая позволяет определить параметры ри-довского цилиндра движущейся дислокации. На основе развитой теории исследованы некоторые аспекты явления деформационной лшинисценции и токи увлечения электронов дислокациями в полупроводниковых соеди-нениях А В .
-
Показано, что в условиях энергетического равновесия расстояние между растепленными дислокациями определяется, как электростатическим, так и упругим полем дислокации. Изучены характерные колебания в системе расщепленных дислокаций.
-
Показано, что одной из причин формирования дислокационного заряда в полупроводниках является вигнеровская кристализация электронов на дислокации. Предложен экспериментальный споооб обнаружения одномерной вигнеровской кристализации электронов на дислокации.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
I. Предложенная модель потенциального барьера позволяет описывать аномалии, возникающей в температурной зависимости электропроводности полупроводников с ориентированным набором заряженных дислокаций.
-У-
-
Теория ВЛХ полупроводников с потенциальным барьером седловы-ми точками позволяет интерпретировать экспериментально полученные результаты по измерению ВАХ и ВЕС в этих полупроводниках, а также выяснить происхождение выпрямления тока, т.е. диодные действия отдельной дислокации.
-
Предложенный спектроскопический метод позволяет определить положение дислокационного уровня в запрещенной зоне полупроводника.
-
Развитая теория кинетики захвата и ионизации нооителей тока в полупроводниках с заряженными краевыми дислокациями при наличии впепших полей о учетом реальной структуры кристалла позволяет интерпретировать эксперименты по рвкомбинационным явлениям, нелинейности ВАХ и релаксационным явлениям.
-
Предложенная модель движущейся дислокации и построенная на его основе теория движущейся диолокации позволяет определить геомет рические характеристики ридовской области движущейся дислокации; изучать характер перераспределения заряда в кристалле, а также исследовать некоторые аспекты явления деформационной лшинисценции
и токи увлачешл электронов дислокациями в криоталлах.
-
Полученные результаты при изучении системы расщепленных дислокаций позволяет оценить роли электростатического и упругого взаимодействия между частичными дислокациями.
-
Изученная вигнеровская кристализация электронов на дислокационной линии является одной из причин формирования дислокационного заряда в полупроводниковых криоталлах.
АЩ2обмдая_работн. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзной конферешщи по физике полупроводников (Баку,1982 ті), на XI (Ужгород, 1983), ХШ (Еревань, 1987), ХІУ (Донецк,.1989) Всесоюзных совещаниях по теории полупроводников, на Y Международной
конференции "Свойства и структура дислокации в полупроводниках" (Москва, 1986), на конференции научных работников ВУЗов Азербайджанской Республики (Баку, 1997), Республиканской конференции по актуальным вопросам физики (Баку, 1998), на теоретическом семинаре Института физики твердого тела РАН (г.Черноголовка), на семинарах "Теория полупроводников" Института физики АН Азерб. Республики им. акад.Б.Ы.Абдуллаева, а также на семинарах докторантуры Нахгосуни-верситета им. Ю.Г.Мамедалиева.
Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано 30 работ, ссылки на некоторые из них приведены в конце диссертации.
Структура и обьем .работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений, списка литературы. Она содержит 243 страницы машинописьного текста, включая 2 таблицы, 30 рисунков и библиографию 153 наименований.
