Энергетический спектр радиационных дефектов в сплавах Pb1-xSnxSe, облученных электронами Ковалев, Борис Борисович

Введение к работе

Актуальность темы исследования- Исследование энергетического спектра и природы радиационных дефектов в полупроводниках является одной из важнейших задач современной Физики твердого тела, подобно собственным структурным дефектам и примесям, структурные дефекты, возникающие при облучении быстрыми частицами, в значительной степени модифицируют энергетический спектр полупроводника и позволяют эффективно управлять электрофизическими, оптическими и Фотоэлектрическими свойствами исходных кристаллов. Кроме того, эблучение быстрыми частицами может приводить к образованию новых типов дефектов (точечные дефекты, комплексы, кластеры) не типичных іля равновесного состояния кристалла и позволяет получать іатериалн с новыми Физическими свойствами, которых невозможно юстичь другими способами.

К проблеме энергетического спектра радиационных дефектов «посредственно примыкает другая важная для Физики полупроводников іроблема - проблема глубоких и резонансных уровней в юлупроводниках- Лело в том, что типичные радиационные дефекты в юлупроводниках характеризуются сильно локализованным потенциалом гзаимодеиствия. Поэтому метод эффективной массы оказывается «применимым и для расчета энергетического спектра дефектов, ;трого говоря, необходимо знать законы дисперсии для электронов различных энергетических зон в пределах всей зоны Бриллюэна.

в настоящее время наиболее изученными с точки зрения эадиационных воздействия полупроводниками являются кремний и 'ерманий, а также ряд полупроводников групп а³в⁵ и а²в&. 'зкошелевые полупроводники и, в частности, полупроводники группы Ив⁶ исследованы гораздо хуже и природа радиационных дефектов в >тих материалах пока не ясна.

К началу выполнения настоящей работы из всех полупроводников "Руппы А⁴В⁶ достаточно подробно и систематически исследовались іишь сплавы Pbi-_xSn_xSe n-типа. облученные быстрыми электронами. ;ыло установлено, что электронное облучение ПРИВОДИТ к іозникновению в энергетическом спектре сплавов зоны радиационных [еФектов Ef положение которой относительно краев разрешенных зон > L зависит от состава сплава. В этих материалах были обнаружены ієрєходьі типа металл-диэлектрик, индуцированные электронным іблучением и гидростатическим сжатием, и определены основные

параметры зоны локализованных состояний, индуцированног электронным облучением (скорость генерации радиационных дєФєктое t/c№, энергетическое положение E_t и ширина зоны О) .

Однако эти результаты были получены лишь для двуг Фиксированных составов сплавов (х.=0- 125, О. 25) и не позволяла однозначно прогнозировать поведение зоны радиационных дефектов E_t в широкой диапазоне изменения содержания олова в сплавах. Кроме того, оставались неясными вопрос о зависимости параметров зонь радиационных дефектов от состава сплава и концентрации радиационных дефектов, механизмы проводимости в диэлектрической Фазе облученных электронами сплавов, кинетика накопления и природа (микроскопическая структура) радиационных дефектов в сплавах Pbj-_xSn_xSe-

Цель работы. Общая задача настоящей работы состояла в исследовании влияния облучения быстрыми электронами и последующего гидростатического сжатия на электрофизические свойства нелегированных сплавов Pb[-_xSn_xSe с прямым (E_g>0) и инверсным (E_g<0) спектрами с целью получения дополнительной информации оС энергетическом положении и структуре зоны радиационных дефектов Е этих сплавах и построения модели энергетического спектра облученных электронами сплавов во всей области существования кубической Фазы сплавов Pi>i-_xSn_xSe(0SxiO. 43)-

Конкретные задачи исследования включали в себя:

1. Исследование влияния облучения быстрыми электронами и последующего гидростатического сжатия на электрофизические свойства сплавов п- и p-Pbi-_xSn_xSe(xiO-07) с целью обнаружения резонансных уровней радиационных дефектов и изучения структурь зоны резонансных состояний, расположенной в зоне проводимости сплавов.

1. Исследование влияния облучения быстрыми электронами на электрофизические свойства сплавов Pbi-_xSn_xSe(х=0- 2. 0-34) п- и р-типа с инверсным спектром (Е_є<0) с целью определения параметрОЕ уровня радиационных дефектов и построения диаграммы движения уровня относительно краев разрешенных зон в L при изменении состава сплавов.

2. Применение метода спектроскопии с помощью давления для исследования структуры резонансной зоны радиационных дефектов, расположенной в валентной зоне сплава Pbj-_xSn_xSe(x=0-34),

- з -Облученного электронами.

4. Исследование кинетики изменения концентрации электронов в облученных электронами сплавах Pbi-_xSn_xSe(x^O.2, 0.25) в окрестности перехода металл-диэлектрик, индуцированного электронным облучением, и определение основных параметров зоны радиационных дефектов в этих сплавах.

научная новизна и положения, выносимые на зашиту- В настоящей заботе впервые исследовано влияние облучения быстрыми электронами (Т_Обл^в300 К, Е=б МэВ. Фі7. 1-Ю¹⁷ см"²) и последующего 'идростатического сжатия (РМ8 кбар) на электрофизические свойства іелегированних сплавов Pbi__xSn_xSe(0!x!0.07, х=0-2. 0.34) п- и р-?ипа.

В результате проведенных исследований в работе впервые:

1. Предложена модель энергетического спектра облученных
ілектронами сплавов Pbi-_xSn_xSe во всея области существования
:убическоя Фазы (хЮ. 43). предполагающая возникновение при
іблучении зоны радиационных дефектов E_t, положение которой
ітносительно терма Lg~ зависит от состава сплава и не зависит от
іавления - Et»L6"⁺(87-250-x) мэВ.

2. В рамках предложенной модели путем сравнения
ікспериментальннх зависимостей концентрации носителей заряда от
:отока облучения и давления с теоретическими определены основные
:араметры зоны радиационных дефектов (скорость генерации
'алиационных дефектов при облучении бН^/лФ, энергетическое
оложение середины зоны E_t и ширина зоны о) в сплавах Pbj-_xSn_xSe
х = 0. 07, 0. 2, 0. 34).

3- Обнаружено уменьшение скорости генерации радиационных
еФектов при глубоком электронном облучении сплавов n-Pbi-_xSn_xSe
х=0.2, 0-25). предложена и обоснована модель, согласно которой
сновным механизмом деФектообраэования в исследованных сплавах
вляется образование комплексов первичных радиационных дефектов со
труктурными дефектами, характерными для исходных кристаллов.

4- в сплавах Pbi-_xSn_x3e(x=0, 0-03), облученных электронами,
бнаружен глубокий уровень радиационных дефектов E_ti>
асположенный вблизи потолка валентной зоны L^*- Построены
нергетические диаграммы движения уровня относительно краев
азрешенных зон в L при изменении состава сплава (xSO-Об) и под
авлением и показано, что облучение электронами приводит к

возникновению в энергетическом спектре сплавов двух глубоких уровней E_t и E_t\, связанных, по-видимому, с различными типами радиационных дефектов в Pbi__xSn_KSe.

практическая ценность диссертационной работы заключается в

1. Полученные в настоящей работе экспериментальные данные по
влиянию облучения быстрыми частицами на электрофизические свойства
сплавов Pbj-_xSn_xSe, а также модели энергетического спектра
облученных сплавов, предложенные в работе, могут быть использованы
для эффективного управления параметрами исследованных материалов и
приборных структур на их основе, а также могут позволить
прогнозировать пределы работоспособности приборных структур на
основе полупроводников А*В^б в условиях проникающей радиации-

2. В работе продемонстрированы возможности понижения
концентрации свободных носителей заряда и перевода в
ДИЭЛеКТРИЧеСКОе СОСТОЯНИе СПЛаВОВ Pbi__xSn_xSe(Oix*0. 03, х = 0.2) с
помощью облучения быстрыми частицами, эти результаты могут быть
использованы при изготовлении согласованных по параметру решетки
изолирующих подложек для эпитаксиальных пленок и приборных
структур на их основе, при изготовлении ФОТОПРИЄННИКОВ ИК
диапазона с повышенной радиационной стойкостью.

Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались"на II Всесоюзном семинаре "Примеси и дефекты в уэкозонных полупроводниках" (Павлодар, 1989 г- ), IV Международной конференции "Высокие давления в Физике полупроводников" (Порто Каррас, Греция, 1990 г.), VIII Международной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, 1990 г. ), Семинаре "Примеси, дефекты и деградационные явления в полупроводниковых материалах и приборах" (Ленинград, 1991 г.), XIV научном семинаре "Влияние высоких давлений на вещество" (Бердянск, 1991 г.). Ill всесоюзной научно-технической конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников" (Черновцы, 1991 г.), I международной конференции по материаловедению халькогенидных и алмаэоподобных полупроводников (Черновцы, Украина, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ- Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из