Введение к работе
Актуальность темы. Влияние поверхности на оптические и электрические свойства полупроводниковых кристаллов представляет собой важну» проблему, имеющую фундаментальний характер для многих направлений современной микроэлектроники. Работоспособность полупроводниковых лазеров, МДП-структур, фотоприеишков и многих других полупроводниковых приборов непосредственно связана с качеством поверхности и состоянием приповерхностной области кристаллов. Процессы локализации экситонов и носителей и оптические проявления таких процессов визнвавт в последнее время большей интерес в связи с развитием квантовой и оптоэлоктроники. широко использующих полупроводниковые материалы типа CdS^^Se и S1:H, на свойства которых оказывают влияние такие процессы. В то so время, до сих пор проблема приповерхностной локализации экситонов и носителей ' остается недостаточно проработанной. Совокупность теоретических представлений и экспериментальных данных, имеющихся в настоящее время, отражая сложность протекания поверхностных явлений, не позволяет во многих случаях построить их законченную модель. Поиски путей и методов управления свойствами приповерхностной области кристалла и исследования оптических явления, обусловленных характеристиками приповерхностной области продолжают оставаться весьма актуальними. Встроенное электрическое поле, возникающее в приграничной области благодаря контакту поверхности кристалла с электролитом, существенным образом влияет на свойства полупроводниковых приборов. Роль флуктуации такого поля в формировании оптических свойств приграничной области нуждается в дальнейших исследованиях. Исследование изменения оптических свойств кристаллов, возникающих из-за внесения в приповерхностную область механических напряжений такае представляет большой интерес для технологии изготовления полупроводниковых приборов.
Цели и задачи работы.
выяснение природы низкотемпературноЯ фотолюминесценции (ФЛ), спектр которой примыкает со стороны длинных волн к линиям связанных экситонов, и роли локализации экситонов и носителей в этих явлениях.
исследование воздействия контакта с затвердевшим электролитом
на оптические свойства кристаллов CdS;
разработка новых иетодов контролируемого внешнего воздействия на поверхность и приповерхностную область реальных кристаллов;
выявление связи обусловленных внешними воздействиями трансформации низкотэыпературных спектров ФЛ с изменениями состояния и структуры приповерхностной области;
комплексное исследование спектральных, температурных и кинетических характеригтик ФЛ, возникающей в приповерхностной области кристаллов CdS благодаря контакту с электролитом;
обнаружение и анализ оптических проявлений флуктуационной составляющей внутрикристаллического пола и получение на этой основе данных о механизма флуктуационной люминесценции.
Научная новизна полученных результатов:
1. Развита методика, основанная на высокой чувствительности
оптических свойств кристаллов CdS к воздействию контакта с зат
вердевший электролитом. Впервые установлено, что воздействие
электролита на оптические свойства приповерхностной области, при
водящее к появлению новой полосы низкотемпературной ФЛ в области
490-500 им (IS1,-полоса), не связано с его конкретным химическим
составом и слабо зависит от биографических особенностей образца.
2. Разработаны новые методы формирования приповерхностной
области кристаллов, базирующиеся на воздействии на состав, функ
ции, концентрацию и распределение дефектных структур в приповерх
ностной области через посредство контакта с электролитом различ
ной химической природы и физико-химических свойств.
-
Впервые проведены комплексные систематические исследования спектрально-временных характеристик низкотемпературной приповерхностной ФЛ, которая обусловлена флуктуационной составляющей электрического поля, возникающего благодаря наличию гетерограшцы CdS - электролит (ЫОН, NaOH, КОН, НДО3), жидкое стекло и S10.
-
Показано, что флуктуации потенциала в приповерхностной области приводят к локализации экситонов и носителей, участвующих в процессе излучения. Предложена модель флуктуационной ФЛ, связывающая излучение в ISj-полосе с процессами туннельной излучательной рекомбинации локализованных носителей.
Основные положения, выносимые на защиту
-
состояние поверхности и приповерхностной области кристаллов CdS может быть исследовано с помощью методики, основанной на высокой чувствительности оптических свойств кристаллов к воздействию контакта с затвердевшим электролитом.
-
Контакт кристалла с электролитом создает в приповерхностной области кристаллов CdS неоднородное электрическое поле, имеющее флуктуационную составляющую, независимо от химической природы покрытия. Универсальный характер изменений в приповерхностной области кристалла в результате контакта с электролитом подтверждает специфику возникающего поля как поля случайным образом распределенных в области контакта электрических зарядов.
-
Спектрально-временные характеристики ФЛ позволяют сделать вывод о туннельном механизме ФЛ в LSj-полосе.
-
В основу моделей ФЛ з ISj-полосе могут Оыть положены процессы локализации на флуктуациях потенциала в приповерхностной области, приводящие к локализации носитолей и окситонов.
-
Контакт кристалла с затвердевшим электролитом может вносить в приповерхностную область кристаллов CdS неоднородную пластическую деформацию, что проявляется как возгорание группы линий э области Б05-5ІО ны (lSj-шлоса).
Практическая ценность работы
-
Предложена методика направленного и контролируемого изменения свойств приповерхностной области. Данные, полученные г ходе исследования влияния электролитов различного состава, находящихся в контакте с поверхностью кристалла, на оптические характеристики приповерхностной области кристалла могут быть использованы для формирования технически важных параметров кристаллов CdS и его аналогов, на основе которых создаются твзрдотелънне лазера, фоторезистора и другие приборы микроэлектроники.
-
Проведенные исследования расширяют тлеющиеся представления о возможностях перестройки структурных несовершенств реальных кристаллов и способов управления оптическими свойствами приповерхностной области.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзном совещании "Экситоны в полупроводниках -83", Вильнюс, 1988г., XX Всесоюзном съезда по спектроскопии.
Киев, IS88r., XXII Всесоюзной конференции по физике полупроводников, Киев, 19Э0г., а также на семинарах кафедры физшси твердого тела СП6ГУ и отдела оптики твердого тела ФТИ им. Иоффе.
Публикации. Материалы диссертационной работы представлены в девяти публикациях.
Структура и обгем диссертации. Диссертация включает в себя введение, 4 главы и заключение, изложенные на 133 стр. машинописного текста, список литературы из 95 наименований, 35 рисунков.
