CC BY
14
ружающего воздуха с облачным. Алгоритм расчета формирования изотопного состава каждой фракции облачной влаги должен при этом включать кинетику процессов роста и испарения жидких и твердых облачных частиц с учетом изменения концентрации тяжелой воды в облачном воздухе.
Таким образом, разработанная модель позволяет по данным радиозондирования атмосферы рассчитать термодинамические параметры и распределение изотопов водорода по вертикали и горизонтали в градовом облаке на определенной стадии его развития. Более детальная информация о распределении изотопов в облаке, в свою очередь, дает возможность более адекватно интерпретировать результаты наземных измерений состава и структуры градин. Предварительные результаты исследований показывают, что в целом данный подход применим для расширения возможностей интерпретации наземных измерений града, в частности, их изотопного анализа.
Литература
1. ЖекамуховМ.К. Некоторые проблемы формирования структуры градин. М., 1982.
2. Berry E.X., ReinhardR.L. // J. Atmos. Sci. 1974. Vol. 31. № 7. P. 1825-1831.
3. Dansgaard W. // Tellus. 1964. Vol. 19. P. 435-463.
4. Аджиев А.Х., Куповых Г.В. Атмосферно-электрические явления на Северном Кавказе. Таганрог, 2004.
5. Ашабоков Б.А., Калажоков Х.Х. Численное моделирование градовых облаков. М., 1992.
6. Пастушков Р.С. // Тр. ЦАО. 1972. Вып. 108. С. 93-97.
7. Рабинович И.Б. Влияние изотопии на физико-химические свойства жидкостей. М., 1968.
Таганрогский государственный радиотехнический университет 2 7 сентября 2006 г.
УДК 537
ЭЛЕКТРОННО-ЛОВУШЕЧНЫЕ КВАЗИЧАСТИЦЫ
В ПОПРОВОДНИКАХ. ОБРАТИМЫЕ ФОТОТЕРМОСТИМУЛИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛОВУШЕК В СОЕДИНЕНИЯХ А11 В¥1
© 2006 г. М.А. Ризаханов, Ф.С. Габибов, Е.М. Зобов, С.Е. Труженикова, М.М. Хамидов
The results of researches of convertible photos and termostimulation of structural transformations various on a nature of electronic traps in connections ZnSe <Ag>, CdS <Cu>, CdS <Ag>, p-CdTe are submitted. They are described with use of modelling representations, which suppose, that the key role in mechanisms before-threshold of structural transformations of electronic traps in connections AIIBVI is played ETQ-particle and dipoles with ionized-operated by the electrical moment pn.
В теории твердого тела удалось сопоставить многим явлениям переноса движение слабо связанных квазичастиц. Фототермостимулированные, чис-
то термостимулированные и другие электронно-атомные преобразования в твердых телах все еще не представлены в терминах такого рода частиц.
В данной работе изложены представления об электронно-ловушечных квазичастицах (ЭЛК -частицы), с помощью которых могут быть описаны преобразования в дефектной подсистеме полупроводников, протекающие по механизму ионизационно-ускоренного перемещения электронных цен-тров1. Проанализированы особенности поведения диполей (донорно-акцепторные пары, вакансионно-примесные пары), атомы одного из полюсов которых (безразлично какой - донорный или акцепторный) могут в состоянии многократной перезарядки превращаться в ЭЛК-частицы. Приведены измеренные нами данные об обратимых фототермостимулирован-ных структурных преобразованиях электронных и дырочных ловушек в соединениях ZnSe<Ag>, CdS<Cu>, CdS<Ag>, р-СОТе. Все они, несмотря на разницу в природе полупроводников и ловушек, описаны с использованием представлений об ЭЛК-частицах.
I. ЭЛК-частицы
Рассмотрим полупроводник п-типа с электронной ловушкой донорной природы. Атомы ловушки обладают нетривиальным свойством ионизаци-онно-ускоренно перемещаться по кристаллу в такт с частотой их перезарядки. Фотовозбуждение такого рода полупроводника в температурной области многократной перезарядки ловушки может привести не только к образованию фотоэлектронного газа. Оно способно также инициировать через процесс парного взаимодействия частиц еще один тип беспорядка. Одна из частиц в паре взаимодействующих - элемент динамического беспорядка (фотоэлектрон), другая частица - элемент статического беспорядка (атом ловушки). Роль элемента беспорядка, вызванного электронно-ловушечным взаимодействием, играет ЭЛК-частица, представляющая собой ионизационно-ускоренно мигрирующий по кристаллу атом ловушки вместе с периодически захватываемым им и отрывающимся от него электроном. Образование ЭЛК-частиц следует ожидать не только при воздействии светом или иным внешним излучением, способным генерировать неравновесные носители заряда, но и при изменении температурного режима хранения полупроводников, если только смещение равновесного положения уровня Ферми сопровождается изменением доли ионизацион-но-ускоренно диффундирующих электронных центров в данном зарядовом состоянии.
ЭЛК-частицы имеют «мерцающую» структуру и при их донорной основы могут быть обозначены как (Б+^е-)°. В полупроводниках р-типа с акцепторами, способными ионизационно-ускоренно перемещаться, могут образоваться ЭЛК-частицы типа (А-^р+)°.
Ионизационно-ускоренное перемещение - комбинированный электронно-атомный процесс, складывающийся из актов многократной пере-
1 Результаты работы обсуждались на VI Российской конференции по полупроводникам [1].
44
зарядки атомов ловушки и их термически облегченных перескоков в соседние узлы. Ускорение перемещения может быть вызвано снижением при перезарядке высоты диффузных барьеров для атомов до уровня активации их низкотемпературной миграции. В качестве другой причины может быть названа мгновенная передача атомам через колебательную подсистему энергии, выделяемой в электронной подсистеме кристалла при переходе свободных носителей заряда в связанное состояние [2].
Ансамблю ЭЛК-частиц при достаточно высокой их плотности могут быть присущи признаки созидательного хаоса. Взаимодействие ЭЛК-частиц либо друг с другом, либо с частицами иной природы, в ходе которого происходит рост степени корреляции между их электронными и атомными компонентами, способно играть роль механизма релаксации полупроводника в метастабильное состояние с новыми электронными центрами. В качестве одного из простейших продуктов преобразований в дефектной системе, компонентами которых являются ЭЛК-частицы, могут быть названы распределенные по межатомному расстоянию гп донор-донорные молекулы.
II. Обратимые фототермостимулированные структурные преобразования электронных и дырочных ловушек в ZnSe<Ag>, Са8<Си>,
Соединения АПВУ1 относятся к модельным полупроводникам для исследования структурных преобразований электронных центров. В зависимости от технологических факторов фототермохимическую активность в них непредсказуемо могут проявлять различные по природе электронные центры [3-7]. К таким центрам из всех наблюдаемых в ZnSe<Ag> и CdS<Cu> относятся быстрые фотоэлектрически активные электронные ловушки, в CdS<Ag> - медленные фотоэлектрически неактивные электронные ловушки.
1. Методика исследований Различие в кинетических свойствах позволяет осуществить раздельное детектирование и исследование быстрых и медленных электронных ловушек методами фото- и термоактивационной спектроскопии. Медленные ловушки в CdS<Ag> фотоэлектрически неактивны, и они непосредственно могут быть исследованы термоактивационными методами типа термо-стимулированные токи (ТСТ). Непригодность этих методов для прямого обнаружения быстрых фотоэлектрически активных ловушек объясняется тем, что они в таких полупроводниках, как ZnSe<Ag>, CdS<Cu> со сложным спектром ловушек, образуют фон процессов многократного захвата, на котором протекают неравновесные процессы.
Фототермостимулированные структурные преобразования быстрых ловушек в ZnSe<Ag>, CdS<Cu> исследованы методом сравнительного анализа спектров индуцированной примесной фотопроводимости (ИПФ). Аналогичные преобразования медленных ловушек в CdS<Ag> изучены
методом сравнительного анализа спектров ТСТ. Одни из спектров ИПФ или ТСТ, допускаемые к сравнению, измерялись в термодезактивирован-ных нагреванием до 350 К и охлаждением до 90 К в темноте кристаллах с исходно наблюдаемыми электронными ловушками. Вторые же записывались в тех же кристаллах, но в фототермоактивированном состоянии с новыми электронными ловушками. Фототермоактивация осуществлялась либо точечным (режим I), либо непрерывным (режим II) воздействием на кристаллы зонно-зонным светом в температурной области их фототермохимической активности (120-300 К). Общим для всех измерений было фотовозбуждение кристаллов в точке 90 К, в которой преобразования ловушек «заморожены».
Термостимулированные структурные преобразования дырочных ловушек в р-С^Ге исследованы методом сравнительного анализа кривых релаксации изотермической электропроводности, измеренных также в одних и тех же образцах, но пребывающих в различных температурных режимах хранения.
2. Обратимые фототермостимулированные структурные преобразования быстрых электронных ловушек в ZnSe<Ag> и CdS<Cu>
Спектры ИПФ в исходных (термодезактивированных) кристаллах ZnSe<Ag> и CdS<Cu> весьма просты: каждый из них, взятый в отдельно -сти, состоит из одной дискретной полосы (рис. 1, 2, кривые а).
В таблице, наряду с энергиями фотонов И vmах в максимуме полос ИПФ, приведены значения термической энергии ионизации ЕЕ., сечения St и частоты захвата электронов V,. на быстрые ловушки Ес - 0,21 эВ, Ес - 0,24 эВ, первоначально наблюдаемые в ZnSe<Ag> и CdS<Cu> соответственно. Об их принадлежности к быстрым ловушкам указывают достаточно большие значения St, V, (таблица) и ожидаемая [8] при данном типе ловушек линейная зависимость ИПФ от уровня фоновой подсветки зонно-зонным светом.
Примеси I группы в позициях замещения атомов катиона соединений АПВУ1 - глубокие акцепторы [7]. Естественно предположить, что быстрые электронные ловушки в кристаллах ZnSe и CdS с примесями Ag, Си связаны с междоузельными донорами Agг<), Си0 (аналоги Н), которые в неравновесно заполненном состоянии (перед девозбуждением) имеют не-спаренный электрон в 5Б1- и 4Б1-состояниях. На это обстоятельство указывает также согласие полосы поглощения света одноэлектронным центром в Б-состоянии [9]
а ~ ^ - Иукр ){И2 V2 Й2 + 2т* (V - Vкр )4]}-1 (2)
с полосами поглощения ИК-света в виде ИПФ (ср. на рис. 1 сплошную и пунктирную кривые а).
0,3 0,4 н еУ
Рис. 1. Кривые а—Ж спектры ИПФ, измеренные при 90 К в кристалле ZnSe<Ag> в термодезактивированном (кривая а) и фототермоактивированном в соответствии с режимом II состояниях. Спектры записаны в режиме последовательного (кривые а, Ь) и комбинированного фотовозбуждения зонно-зонным и примесным светом. Пунктирная линия — теоретическая кривая (2). Вблизи полос ИПФ приведены химические формулы соответствующих электронных ловушек
Примечание. Кривые а', Ь' - температурные зависимости интенсивности полосы ИПФ ^тах = 0,31 эВ в термодезактивированном ZnSe<Ag> (кривая а') и скорости уменьшения амплитуды данной полосы в ходе фототермоактивации ZnSe<Ag>. ZnSe выращен из газовой фазы и легирован примесями Ag при отжиге (900 К, 1 ч) в порошке ZnSe + Ag2NO3. Уровень Ферми в ZnSe<Ag> расположен ниже основных состояний А^о, Ag2n) -центров.
В таблице приведены также радиусы орбиты электрона г0 и сечения St центров Ес - 0,21 эВ, Ес - 0,24 эВ, вычисленные с использованием формул г0 = 2х-1/4, St = п(2х-1)2/4, размеров области локализации электрона на ло-
-1-1
[10], разности И утах - Нукр =
вушке 2х 1 =
П2m*(hVnax - V )
= 0,06 эВ (рис. 1, пунктирная кривая), эффективных масс электронов т = 0,17т (ZnSe) и 0,2 т (СdS) [11]. Иукр - красная граница ИПФ. Из таблицы видно, что теория [10] корректно предсказывает не только экспериментальные сечения St, но и радиусы орбит, взятые как г0 = в-ах (таблица). Диэлектрическая проницаемость ZnSe в = 9,12; CdS в = 9,3 [12], радиус первой боровской орбиты ах = 0,529 А.
М, eV М, eV
Рис. 2. Кривые а-с: нормированные спектры ИПФ при 90 К в термодезактивированном (кривая а) и фототермоактивированном в соответствии с режимом I (Т = 250 К) кристалле СсЕ<Си>. Время фототермоактивации I, с: а - 0 (охлаждение в темноте), Ь - 3, с - 60.
Кристаллы СсЕ<Си> выращены методом статической сублимации. Концентрация Си в рабочих загрузках составляла 1018, 5-Ю18 см -3 Кривые а'-с': стабильные спектры ИПФ в монокристаллической пленке CdS<Cu>. Они измерены в режиме последовательного (кривая а') и комбинированного возбуждения зонно-зонным и примесным светом. Вблизи полос ИПФ приведены химические формулы соответствующих ловушек. Полосы на фототермохимических спектрах ИПФ (кривые Ь, с) обозначены для простоты одними числами п.
Зависимость ИПФ от уровня фоновой подстветки
Донор hvmax, эВ (±0,01) Et, эВ (±0,01) St, см2 (х10±1) vt, с 1 (120-270 К) Г0, А
эспер. теорет. теорет. го = sa1
Л 0 Ag о 0,31 0,21 10-14 3-10-14 103 107 4,9 4,8
~ 0 Си i 0,33 0,24 2-10-14 4,5 4,9
Фототермообразование распределенных по rn молекул Ag(П), Cui,n).
Выбор температуры фотовозбуждения ZnSe<Ag>, CdS<Cu> зонно-зонным светом Texp ниже 140 К, где имеет место однократный захват электронов на Agi, Cur ловушки (рис. 1, вставка, кривая а'), не приводит к заметным изменениям в спектрах ИПФ. Перенос точки Texp в область многократной перезарядки этих ловушек (Техр >140 К), существенный для рождения квазичастиц (Ag + ^+е-)0, (Cu + ^+е-)0, сопровождается уменьшением интенсивности Agi, Cu-полос более чем на порядок и появлением в спектрах ИПФ группы новых полос. Спектры ИПФ, записанные при 90 К в фототермоактивированном ZnSe<Ag> в зависимости от уровня фонового возбуждения зонно-зонным светом, представлены на рис. 1 (кривые b-d).
Нормированные спектры ИПФ, демонстрирующие их эволюцию в ходе фототермоактивации CdS<Cu>, показаны на рис. 2 (кривые а-с).
На рис. 2 для сравнения представлены стабильные квазилинейчатые спектры ИПФ (кривые а'-с'), исследованные ранее [13] в пленках CdS<Cu> с более высоким, чем в кристаллах CdS<Cu>, уровнем Ферми. Они состоят из Си-полосы, наблюдаемой в единственном числе на спектрах термодезактивированных кристаллов CdS<Cu> (рис. 2, кривая а). Кроме того, на спектрах ИПФ в коротковолновой части наблюдаются шесть полос иной природы. Они связаны [13] с распределенными по гп
молекулами Си2п) (аналоги Н2) из атомов в одноименных тетраэдрических
междоузлиях порядка п = 1 - 5. Молекулы Си2п) образуются в ходе низкотемпературной (500-600 К) конденсации пленок CdS<Cu> и ионизируют-
ся термооптическим путем: основное состояние 2+
возбужден-
ное состояние 2+
терм.
-> зона проводимости (рис. 3, примечание). Ква-
зилинейчатые Cu(2n) -спектры (рис. 2, кривые а'-с') - первое прямое экспе-
риментальное доказательство генерации в донорных молекул с различными rn.
полупроводниках донор-
0,7
;0'5 я
п
0,4
0,3
/ ■-• у у /.'/■' ЛУ / У^. Ег Cu° Л-43' Г
_1_
20 40
60
О 9
г2, А2
80 100
Рис. 3. Зависимости энергии к утах в точках максимума полос ИПФ фототермохимического происхождения в ZnSe<Ag> и СсЕ<Си> от квадрата расстояния гп между одноименными тетраэдрическими междоузлиями, в которых расположены атомы молекул Ар(п и Си(п)
Примечание. Схема энергетических уровней изолированного донора Си 0 и молекул СИП .
Стрелками показаны оптические и термооптические электронные переходы, имеющие место при ионизации центров Си°, СИ^^. Энергия возбужденного 1 -состояния в отличие от основного 1 -состояния слабо зависит от размера молекул [14].
Стабильные (рис. 2, кривые а'-с') и насыщенные по интенсивности фототермохимические (кривая с) спектры ИПФ в CdS<Cu> обнаруживают, несмотря на разницу в механизме образования соответствующих электронных ловушек (в процессе роста или в процессе фототермоактивации), общие признаки, достаточные для заключения о том, что не только первые, но и вторые спектры связаны с молекулами Си2п). Так, если исключить полосу порядка п = 1, замаскированную в спектрах фототермохимического происхождения из-за наложения более высокоэнергетической полосы иной природы (рис. 2, кривая с), то на спектрах ИПФ обоих типов наблюдается одно и то же число полос. Спектральное положение полос одного порядка совпадает. Спектры ИПФ в ZnSe<Ag> представлены тем же числом полос п = 1 - 5 (рис. 1, кривые в^). Лишь полоса п = 4', характерная для CdS<Cu> со структурой вюрцита, отсутствует в спектрах ZnSe<Ag> с модификацией цинковой обманки.
В соответствии с теорией молекул Н2 зависимость энергии в точках максимума молекулярных полос ИПФ от квадрата гп как в CdS<Cu>, так и в ZnSe<Ag> линейна (рис. 3). В области больших гп, где имеет место распад молекул, эта зависимость в обоих соединениях отклоняется от линейной: в CdS<Cu> она аппроксимируется энергией кутах = 0,33 эВ в максимуме Си-полосы, а в ZnSe<Ag> - энергией кутах = 0,31 эВ в максимуме А£-полосы.
Знание радиуса электронной орбиты г0 доноров Ag0, Си0 (таблица, шестой столбец) позволяет в рамках теории Н2 объяснить еще две (не анализированные ранее [12-14]) специфические особенности спектров ИПФ, что дополнительно подтверждает идею об их молекулярной природе:
- размеры Н2 составляют 0,7 А и 1,33аь Молекулы Ag2n), Си2п) порядка п = 1, 2 имеют длину г12 < 1,33 г0, при которой внутримолекулярные силы не способствуют их образованию. В результате интенсивность полос ИПФ порядка п = 1,2 намного меньше, чем интенсивность полос п = 3-5 (рис. 1, 2);
- молекулярная часть спектров ИПФ ограничена со стороны низких энергий полосой порядка п = 5 (рис. 1, кривые Ь-ё, рис. 2, кривые с, а'-с'). Молекулы порядка п > 6 не образуются по той причине, что их длина гп > 2г0.
Фотовозбуждение ZnSe<Ag>, CdS<Cu> в температурной области многократной перезарядки Agi, Си-центров (Т>140 К) стимулирует образование ЭЛК-частиц Ag¡ ^е-)°, (Си + ^е-)°. Молекулы Ag(2n), Си(2п), наблюдаемые в фототермоактивированных кристаллах ZnSe<Ag>, CdS<Cu> соответственно,- продукты, которые выпадают в осадок из газа этих частиц.
Представления о фотомолекулах Ag2 лежат в основе классической теории фотолиза серебра в AgBr как зародышевого образования «скрытого» изображения. Однако в отличие от исследованных здесь соединений фото-
термостимулированные процессы в AgBr нуждаются в экспериментальных доказательствах фотогенерации молекулярных образований.
Простая температурная зависимость интенсивности Си, или ^¿-полос ИПФ (рис. 1, примечание, кривая а') контролируется параметрами Б St соответствующих ловушек. Температурная же зависимость скорости уменьшения интенсивности этих полос (кривая Ь') в ходе фототермости-мулированных реакций определяется параметрами не только электронной стадии ионизации доноров Agl'■, Си0, но и атомной стадии их перемещения. Температурные области, энергии активации обоих названных процессов совпадают (рис. 1, примечание), что скорее всего свидетельствует о нетепловом характере миграции доноров Agг0, Си0.
Восстановление первоначальной картины распределения быстрых ловушек может быть осуществлено нагреванием в темноте фототермоакти-вированных ZnSe<Ag> и CdS<Cu> до 360 К. Термическое разрушение
фотомолекул Ag2"), Си2п) - двухстадийный процесс. На первой электронной стадии происходит потеря ими неравновесно захваченных электронов, а на второй - развод доноров Ag + и Си + под действием сил отталкивания, «разгораемых» при этом между ними.
3. Обратимые фототермостимулированные структурные преобразования медленных электронных ловушек в CdS<Ag>
Разложение структурно сложных спектров ТСТ (рис. 4, 5, кривые а) на элементарные полосы, оценка параметров Б St методами, собранными в работе [9], демонстрируют, что кристаллам CdS<Ag> в исходном (тер-модезактивированном) состоянии свойственны фотоэлектрически неактивные многоуровневые электронные ловушки ЕС - (0,1-0,6) эВ с весьма низкими для причисления их к медленным центрам сечениями St = = 10-22-10-16 см . Ловушки ЕС - (0,1-0,6) эВ наблюдаются не только в CdS, но и в CdSе, п - CdTe. Они, согласно [15-17], связаны с распределенными по гп и локализованными в области макронеоднородностей (например, дислокация) вакансионно-примесными парами (ВПП) из мелкого акцептора A~ и тождественной в халькогенидах кадмия анионной вакансии УА.
Т-сдвиг спектра ТСТ. Фотовозбуждение CdS<Ag> в температурной области ниже точки максимума наиболее низкотемпературной полосы Тщах = 125 К, где имеет место разовый захват электронов как на ловушку ЕС - 0,1 эВ, ответственную за эту полосу, так и на другие ловушки, не приводит к изменениям в спектре ТСТ. Перенос точки фотовозбуждения Техр в область температур многократного захвата электронов по крайней мере на атомы ловушки ЕС - 0,1 эВ (Техр>Ттах = 125 К), существенного, как и в случае быстрых ловушек (п. 2), для их перехода в состояние ЭЛК-частиц, сопровождается сдвигом полосы Ттах = 125 К в ту же область температур. Величина эффекта (Т-сдвига) зависит от температуры Техр. Нор-
мированные спектры ТСТ, измеренные в зависимости от значений температуры Техр, выбранных ниже 200 К, представлены на рис. 4. Выше 200 К ТСТ испытывают температурное гашение из-за переключения канала рекомбинации с медленных на быстрые центры. Зависимость Ттах = :(Техр), построенная с использованием параметров полос ТСТ, показана на рис. 4 (кривая 1).
Техрi К
Рис. 4. Кривые а-е: нормированные спектры ТСТ, измеренные в одном и том же кристалле CdS<Ag> в термодезактивированном (кривая а) и фототермоактивированном по режиму I состояниях. CdS выращен из расплава. Легирование производилось в процессе отжига на воздухе (920 К, 1 ч) пластинок CdS со слоями Ag, нанесенными методом вакуумного напыления. Кривые а'—е': нормированные спектры термостимулированной люминесценции листьев шпината. Значения температуры. Техр фо-тотермоактивации CdS<Ag> и листьев шпината выделены стрелками. Температура Техр, соответствующая той или иной полосе, расположена вблизи нее слева. Кривые 1,2 — зависимости температуры максимума термостимулированных полос от температуры фототермоактивации CdS<Ag> (кривая 1) и листьев шпината. Запись термостимулированных спектров производилась со скоростями 0,2 Кс-1 (CdS<Ag>) и
0,5 Кс-1 (листья шпината).
Интерпретация Т-сдвига ТСТ. Фототерморазложение ВПП. Первоначально ВПП (VА распределены в пользу компактных пар (n = 1) с ловушечным VA-уровнем вблизи Ес - 0,1 эВ и полосой Ттах = 125 К с более высокой, чем другие полосы, амплитудой (рис. 4, 5, кривые а). Фотовозбуждение CdS<Ag> в области многократного захвата фотоэлектронов на ВПП (Техр>Ттах = 125 К) стимулирует переход их в неустойчивое состояние [(V^е~)+-А-]0 и последующий распад. Захват электронов на атомы V2j+ может привести не только к уменьшению высоты диффузионных барьеров и передаче им энергии, выделяемой при рекомбинации. Распаду ВПП способствует также нарушение при перезарядке равновесия действующих на них электрических сил и сил упругого взаимодействия полей напряжений, создаваемых точечными и макроскопическими дефектами. ВПП в ходе распада переходят из неустойчивого в стабильное со-
стояние. Энергия их ионизации при этом возрастает, что объясняет Т-сдвиг спектра ТСТ. Предлагаемая модель объясняет также особенности этого явления: например, локализация движущейся полосы Ттах = 125 К сразу же за точкой Техр, разброс значений разности Ттах-Техр для различных полос (рис. 4, кривые а-е).
Циклические процедуры, взятые на вооружение с целью многоразового отжига медленных ловушек, включают нагревание CdS<Ag> с продуктами реакций в темноте от 90 К до определенной увеличиваемой с каждым циклом промежуточной температуры и охлаждения вновь до 90 К. Кривые ТСТ, записанные на этапе роста температуры внутри циклов и демонстрирующие впечатляющую картину эволюции отжига медленных ловушек, представлены на рис. 5 (кривые Ь—1) В качестве одной из причин, стимулирующих отжиг ВПП, можно назвать выигрыш в энергии, вызванный уменьшением энтропии электронной подсистемы кристалла. Обратимое концентрационное перераспределение медленных ловушек в CdS<Ag> является прямым доказательством их единой природы и сложной структуры.
т, к
Рис. 5. Кривые а, а': интегральные спектры ТСТ, измеренные в CdS<Ag> в термодезактивированном (кривая а) и в фототермоактивированном по режиму II состояниях. Кривые Ъ—[: спектры ТСТ, записанные при поэтапном отжиге электронных ловушек фототермохимического происхождения в СдЕ<А^>.
Максимальная температура отжига ловушек в том или ином цикле равна температуре обрыва соответствующего спектра ТСТ со стороны, высоких температур.
Эта температура в первом цикле отжига выделена стрелкой.
Примечание. Схема электронных уровней ВПП (у+ — А- )0 с одним неравновесно захваченным электроном.
В CdS<Ag>, кроме медленных ловушек, наблюдаются также быстрые ловушки, связанные с Ag0 -центрами. Они в отличие от 2йБе <Ag> (п. 2),
но в соответствии с их поведением в CdSе<Ag> [10, 13] преимущественно ассоциированы в ходе легирования в стабильные молекулы Ag 2п).
III. Некоторые характерные особенности обратимых фототермостимулированных структурных преобразований ловушек
Роль многократной перезарядки. Согласно классическим представлениям ключевую роль в допороговых структурных преобразованиях электронных центров в полупроводниках играет разовая их перезарядка при внешнем ионизирующем воздействии. Результаты, представленные в данной работе, непосредственно демонстрируют, что электронные ловушки, участвующие в фототермостимулированных структурных преобразованиях, находятся в состоянии многократной перезарядки.
Смещение квазиуровней Ферми и локальных уровней ловушек при их прямых и обратных структурных преобразованиях происходит во взаимно противоположных направлениях. Так, например, смещение электронного квазиуровня Ферми вверх в ZnSe<Ag>, CdS<Cu> и CdS<Ag> при внешнем ионизирующем воздействии сопровождается снижением локальных состояний фототермохимически активных ловушек до устойчивого захвата на них электронов и прекращения этих преобразований (разд. II, п. 2, 3). Нагревание полупроводников с продуктами реакций проводит к потере новыми ловушками неравновесно захваченных электронов и снижению квазиуровней Ферми до исходного (равновесного) положения. Дефектная подсистема при этом реанимируется, а электронные состояния постепенно «всплывают» и занимают в итоге свои первоначальные позиции.
Роль крупномасштабных нарушений. Атомы ВПП в CdS<Ag>, которые теряют друг друга в ходе прямых фототермостимулированных преобразований (разд. II, п. 3), не «выживают» в одиночестве. Они вновь находят себя при терморелаксации CdS<Ag> в исходное состояние, что скорее всего свидетельствует о существовании в нем своего рода «дорожек», вдоль которых одни и те же атомы могут многократно перемещаться во взаимно противоположных направлениях. По причине обратимости реакций можно утверждать, что не только в CdS<Ag>, но и в других исследованных здесь соединениях существуют сеть «дорожек» термически облегченного перемещения атомов. Они, скорее всего, образуются в подструктурах кристаллов с крупномасштабными дефектами, которые могут играть роль одной из кардинальных причин нестабильности полупроводников. В качестве еще одного явления, которое свидетельствует о том, что допороговые преобразования электронных центров в дефектной подсистеме протекают во фракциях, искаженных не только точечными дефектами, но и макронарушениями, может быть названо уширение полос ИПФ при переходе от стабильных к фототермохимически активным кристаллам (рис. 2). Ранее [8, 16-18, 20] установлено, что макронеоднородности (дислокации [17], поверхность зерен порошковых люминофоров [18]) могут также контролировать кинетические особенности медленных электронных ловушек.
Литература
1. Ризаханов М.А., Габибов Ф.С., Зобов Е.М., Хамидов М.М. // Тез. докл. VI Рос. конф. по полупроводникам. СПб., 2003. С. 445.
2. Ланно М., Бургуен Ж. Точечные дефекты в полупроводниках. Теория: Пер. с англ. М., 1984. С. 263.
3. Boer K.W. et al. // Z. Phys. Chem. 1954. Bd. 203. Р. 145.
4. Woods I., Nicholas K.H. // Brit. J. Appl. Phys. 1964. Vol. 15. P. 1361.
5. Karsunskaja N.E., Markevich I.V., Sheinkman M.K. // Phys. Stat. Sol. 1966. T. 13. № 1. P. 36.
6. Физика и химия соединений А11 BVI / Под ред. А.Н. Георгобиани, М.К. Шейнк-мана. М., 1986. С. 109.
7. Randall J.T., WilkinsM.H.F. // Proc. Roy. Soc. 1945. 184A. Р. 365.
8. РизахановМ.А., ЗобовЕ.М. // ФТП. 1980. Т. 14. С. 2407.
9. Киреев П.С. Физика полупроводников. М., 1969.
10. Девлин С.С. Физика и химия соединений А2В6: Пер. с англ. М., 1970.
11. РизахановМ.А. Рукопись деп. ВИНИТИ № 1061-80. 1980.
12. Ризаханов М.А. // ФТП. 1982. Т. 16. С. 699.
13. Зобов Е.М., Гарягдыев Г.Г., Ризаханов М.А. // ФТП. 1987. Т. 21. С. 1637.
14. Зобов Е.М., Ризаханов М.А. // ФТП. 1989. Т. 23. С. 1291.
15. Ризаханов М.А., Габибов Ф.С., Гасанбеков Г.М. ДГУ Деп. ВИНИТИ № 385-81, 1981.
16. Ризаханов М.А. и др. ДГУ Деп. ВИНИТИ № 7781-84, 1984.
17. Зобов Е.М., Ризаханов М.А. // ФТП. 2001. Т. 35. С. 171.
18. Зобов Е.М. и др. // Журн. прикладной спектроскопии. 2005. Т. 22. № 2. С. 202.
19. РизахановМ.А., ХамидовМ.М. // ФТП. 1993. Т. 27. С. 721.
20. Ризаханов М.А., Зобов Е.М., Хамидов М.М. // ФТП. 2004. Т. 38. С. 49.
Дагестанский государственный университет, г. Махачкала 17 августа 2006 г.
