Введение к работе
Актуальность темы. Изучение физических явлений в полупроводниковых пленочных гетероструктурах стимулируется необходимостью детального понимания электронных процессов на контакте двух полупроводников, а также их постоянно возрастающим практическим применением в микро- и оптоэлектронике, интегральной оптике и других областях полупроводниковой техники.
До настоящего времени проведено большое количество исследований процессов, протекающих на границе раздела неорганических полупроводников. Существуют модели и теории гетеропереходов между ковалентными и ковалентно-ионными массивами и пленочными материалами с учетом энергетической структуры контактирующих материалов, поверхностных состояний на границе раздела и механизма переноса носителей заряда. Тем не менее, проблемы создания, улучшения и использования твердотельных гетероструктур продолжают находиться в центре внимания многих исследователей, и одним из путей решения этих проблем является поиск новых материалов и технологий.
В последнее время возрос интерес к гетероструктурам, одной из компонент которых является органический полупроводник. Органические-неорганические гетероструктуры наблюдаются в биокерамике живущих систем. Прекрасный пример представляет собой обработанный морской водой жемчуг. Перламутр жемчуга - переменная многослойная структура, состоящая из протеина и карбоната кальция микронных размеров.
Органические-неорганические гетеросистемы потенциально открывают новые области исследований и развития в оптоэлектронных материалах и приборах путем использования оптических функций органических молекул, высокой подвижности и физической прочности неорганических материалов, а также приконтактных функций в одной системе.
К началу настоящей работы фотоэлектрические процессы на границе раздела НП/ОП были слабо исследованы, не было критериев выбора оптимальных гетеропереходных пар для эффективного преобразования световой энергии в электрическую, не изучено влияние технологии изготовления компонентов, их параметров на характеристики ГС. Выбор компонент для гетероструктуры органический-неорганический полупроводник обусловлен, прежде всего, для органического полупроводника-присущей фталоцианину меди уникальной сочетаемости в себе широкого диапазона оптических, электрических и фотоэлектрических свойств, химической стойкости и термостабильности, достаточной технологичности, способности сублимироваться в вакууме, создавая тонкие слои; для неорганического полупроводника - арсенида галлия - многосторонне изученного материала, обладающего высокой под-
вижностью носителей заряда, физической прочностью, область чувствительности которого, совместно с фталоцианином меди позволили расширить спектральную чувствительность созданной гетерострукту-ры.
Таким образом, представляется актуальным разработка и исследование пленочных ГС арсенида галлия с фталоцианином меди.
Целью данной работы являлось: исследование электрофизических, оптоэлектрических процессов на границе раздела органического-неорганического полупроводников, а также поиск функциональных возможностей их практического применения.
Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:
- разработка методики получения гетероструктур на основе
GaAs и органического полупроводника СиРс;
выяснение механизма токопрохождения;
построение энергетической диаграммы гетероструктуры CuPc/GaAs;
- изучение влияния поляризованного света на фотоэлектриче
ские характеристики гетероструктуры.
Выбор объектов исследования определяется тем, что каждый из компонентов гетероструктуры обладает индивидуальными достоинствами, усиливает свойства границы их контакта, расширяет спектральную область фоточувствительности.
Научная новизна. На основании анализа результатов проведенных экспериментов впервые:
создан способ изготовления Уф-фотоприемника на основе гетероструктуры n-GaAs/p-CuPc;
исследованы электрофизические свойства гетероструктуры и определен механизм токопрохождения;
построена энергетическая диаграмма гетероструктуры п-GaAs/p-CuPc и установлено влияние слоя і-типа перекомпенсированного GaAs с незначительной долей акцепторов и наличие на границе этого слоя и слоя СиРс поверхностных состояний;
исследовано влияние поляризованного света на фотоэлектрические процессы, происходящие в гетероструктуре n-GaAs/p-CuPc;
Актуальность и практическая значимость работы определяется следующими аспектами:
разработанный способ изготовления УФ-фотоприемника позволил определить новый класс оптоэлектронных материалов, более дешевых ныне существующих;
необходимостью детального изучения ОП/НП гетероструктур, перспективных для создания на их основе новых оптоэлектронных устройств.
Полученные данные по исследованию электрофизических и опто-электрических свойств гетероструктуры p-CuPc/n-GaAs использованы при разработке на их основе преобразователя световой энергии в электрическую.
Полученные в настоящей работе результаты с защитой приоритета в этом направлении позволяют отнести их к разряду практически перспективных.
На защиту выносятся следующие положения:
1.Технология изготовления гетероструктуры p-CuPc/n-GaAs с широкой спектральной областью фоточувствительности.
2.Зонная диаграмма структуры p-CuPc/n-GaAs свидетельствует о сложной структуре границы раздела фталоцианина меди и арсенида галлия в связи с диффузией меди в GaAs, образование і- типа перекомпенсированного слоя GaAs и наличие на границе раздела слоя СиРс и слоя і-типа поверхностных зарядов.
З.Температурные темновые вольт-амперные характеристики гетероструктуры доказали существование квадратичного участка, который подтверждает, что в СиРстоки ограничены пространственным зарядом.
4.Экспериментальные результаты по исследованию влияния поляризованного излучения на фоточувствительность гетероструктуры p-CuPc/n-GaAs. Впервые установлено, что р-поляризованный свет вызывает увеличение фотонапряжения в области 800 нм почти в 20 раз, а фил-фактора в 1,8 раз.
5.Способ получения УФ-фотопреобразователя с широкой спектральной фоточувствительностью (пат.№ 2039372).
Достоверность полученных данных подтверждается:
качественным соответствием полученных результатов, известных из литературы;
хорошей воспроизводимостью результатов при сравнении спектров однотипных образцов и разных методов анализа и определения оптоэлектрических параметров гетероструктуры.
Вклад автора. Все экспериментальные результаты получены автором. Обсуждение результатов проведено совместно с Мусихиным С.Ф. и Федоровым М.И.
Апробация работы.Основные результаты исследований док
ладывались на: Международной конференции "Инженерные проблемы
экологии",г.Вологда,1993г., научно-технической конференции
"Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов",Вологда,1993, 1У Международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы использования солнечной энергии", Москва,1997, ХХ1Х научно-технической конференции, Пенза,1997,"Высокие технологии в современном материаловедении", Санкт-Петербург, 1997, научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах", Санкт-Петербург, 1997,
111 Международной конференции "Распознавание-97", Курск,1997.
Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 16 научных трудах, в том числе трех патентах.
Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Материал изложен на 123 страницах, в том числе 33 рисунках, 13 таблицах и списка литературы, включающего 114 наименований.