CC BY
41
УДК 535.213
A.В. Войцеховский ТГУ, Томск
B.Я. Костюченко СГГА, Новосибирск Д.Ю. Протасов
Институт Физики Полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, Новосибирск
ФОТОПРОВОДИМОСТЬ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ПЛЕНОК КАДМИЙ-РТУТЬ-ТЕЛЛУР P-ТИПА, ВЫРАЩЕННЫХ МЕТОДОМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ
Экспериментально показано, что для описания фотопроводимости в магнитном поле для геометрии Фарадея на плёнках p-КРТ, содержащих слои с разной подвижностью неосновных носителей заряда (электронов), достаточно использовать электроны двух типов - «быстрые» и «медленные», а также «тяжелые» дырки. Вклад «быстрых» электронов в фотопроводимость для разных образцов лежит в диапазоне 10-50 % при освещении со стороны свободной поверхности плёнки и в диапазоне 25-30 % - при освещении через подложку.
A. V Vojcehovski TSU, Tomsk V.Ya. Kostyuchenko
Siberian State Acadeny of Geodesy (SSGA), 10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation D.Yu. Protasov
Institute Of Semiconductor Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, pr. Lavrentieva, 13, 630090 Novosibirsk, Russia
MAGNETO PHOTOCONDUCTIVITY OF MCT P-TYPE FILMS GROWN BY LIQUID PHASE EPITAXY
It is experimentally shown that two electron species - «fast» and «slow», and heavy holes are necessary to use for description of magneto photoconductivity in p-MCT films consisting from layers with different motilities of minor charge carriers. The contribution of «fast» electrons in magneto photoconductivity lies in range 1050 % at illumination on front side of films and in range 25-30% - at illumination on back side through substrate.
В настоящее время тепловизионные приёмники, для которых предъявляются повышенные требования к обнаружительной способности, изготавливаются на основе тройного раствора кадмий-ртуть-теллур (КРТ).
Материал КРТ для тепловизоров 2-го поколения получают либо жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ), либо молекулярно-лучевой эпитаксией (МЛЭ). Более технологически развит метод ЖФЭ, что позволяет получать однородные по своим свойствам матричные фотоприёмники.
Однако плёнки ЖФЭ КРТ имеют градиент мольного содержания кадмия х по толщине плёнки. Это приводит к тому, что рекомбинационно-диффузионные параметры, такие как время жизни и подвижность неосновных носителей заряда, также изменяются по толщине плёнки.
При изучении процессов рекомбинации и диффузии неосновных носителей заряда наиболее информативными являются такие методы, как фотопроводимость (ФП) в магнитном поле в геометрии Фойгта {к, I И и k, I Е, к
- волновой вектор излучения) и в геометрии Фарадея (£ || В и к I Е), а также фотомагнитный эффект (ФМЭ) [1,2]. Неоднородность свойств плёнки р-КРТ по толщине усложняет модели этих эффектов [2] и затрудняет определение рекомбинационно-диффузионных параметров.
В данной работе приведены результаты исследования ФП в магнитном поле для геометрии Фарадея на плёнках ЖФЭ КРТ p-типа с градиентом состава х по толщине пленки.
Исследовались 3 образца ЖФЭ p-КРТ, выращенные в Государственном институте редких металлов (Москва). Толщина и средний состав х исследуемых образцов приведены в табл. 1.
Таблица 1 Параметры исследуемых образцов
Шифр X d, мкм
LPE-1 0.220 12.9
LPE-2 0.210 16.6
LPE-3 0.223 19.9
Для измерения ФП вырезались образцы в виде прямоугольных полосок длиной 10 мм и шириной 1.0 мм. Образцы укрепляли на сапфировой подложке, и к ним делали индиевые контакты методом холодной сварки. Образцы освещались излучением ИК-светодиода с длиной волны А,=1.7 мкм, через отверстие в держателе, как со стороны свободной поверхности плёнки, так и со стороны подложки. Концентрации и подвижности носителей заряда определялись методом «спектра подвижности» и так называемой многозонной подгонки из экспериментальных магнитополевых зависимостей эффекта Холла и магнитосопротивления. Рекомбинационно-диффузионные параметры образцов находились из соответствия теоретических выражений экспериментальным данным методом наименьших квадратов совместно с численным методом нелинейной оптимизации Хука-Дживса. Используемые методики и экспериментальная установка для измерения ФП описаны в работах [3,4].
Значения концентраций и подвижностей равновесных носителей заряда, определенных по результатам измерений магнитополевых зависимостей
эффекта Холла и магнитосопротивления методом «спектра подвижности» и так называемой многозонной подгонкой, приведены в табл. 2.
Таблица 2 Электрофизические параметры
Шифр Тяжелые дырки Легкие дырки Элекектроны
Р1ь м'3 [л,, м2/(Вхс) Рь м'3 [1, м2/(Вхс) т '2 сТ [л,, м2/(Вхс)
ЬРЕ-1 4.9х1022 0.037 1.8x1020 0.54 - -
ЬРЕ-2 6.8х1022 0.023 1.0хЮ20 0.63 - -
ЬРЕ-3 2.8х1022 0.037 2.6хЮ20 0.32 2.0 1.4х1019
Экспериментально показано, что для описания ФП в магнитном поле для геометрии Фарадея на неоднородных образцах, состоящих из слоев с различной подвижностью неосновных носителей заряда (электронов), достаточно использовать электроны двух типов - «быстрые» и «медленные», а также
«тяжелые» дырки. Тогда выражение, описывающее сигнал ФП А 1/а(В) 5
полученное на основе результатов работы [4], имеет вид:
К к
Ша{В) = —^ + —п^ + кр,
1 + /и2п1В2 1 + 1и2п2В2
где ¡лп1„ ¡лп2 - подвижности «быстрых» и «медленных» электронов; ^ и ^2
- относительная величина их вкладов в сигнал ФП; ^ - относительный вклад неравновесных «тяжелых» дырок в ФП.
На рис. 1, а, 1, б и 1, в приведены магнитополевые зависимости ФП для образцов LPE-1, ЬРЕ-2 и LPE-3, соответственно, измеренные при температуре 77 К.
0,5 1,0
Магнитное п
0,5 1,0
Магнитное п
0,5 1,0
Магнитное п
0,0
,5
2 0
0,0
1,5
2 0
0,0
1,5
2,0
Рис. 1. Магнитополевые зависимости МФП для образцов LPE-1 - а, ЬРЕ-2 - б, ЬРЕ-3 - в. Символами обозначены экспериментальные данные: ■ - при освещении с передней стороны пленки, о - при освещении через подложку
Сплошные линии - расчет
Экспериментальные данные описывались выражением , где
параметры ¡лп1„ цп2, ^2 и ^ использовались в качестве подгоночных.
Таблица 3 Рекомбинационно-диффузионные параметры
Шифр Освещение 2 fi„i, м /(Вхс) 2 Цп2, М /(Вхс) Ъи % Kn2, % Kp, %
LPE-1 спереди 6.5 1.8 48 15 37
сзади 6.64 1.36 24 6 70
LPE-2 спереди 5.4 0.6 10 53 37
сзади 5.1 0.8 31 16 54
LPE-3 спереди 7.2 1.3 23 47 3
сзади 5.8 2.2 24 41 35
Определенные таким образом рекомбинационно-диффузионные параметры исследуемых образцов приведены в табл. 3.
Как видно из табл. 3, исключение вклада в ФП «медленных» электронов, сосредоточенных в слое пленки с большей шириной запрещенной зоны, а также вклада «тяжелых» дырок может приводить к существенной ошибке в определении значений рекомбинационно-диффузионных параметров.
Экспериментально показано, что для описания поведения фотопроводимости в магнитном поле для геометрии Фарадея на плёнках p-КРТ, содержащих слои с разной подвижностью неосновных электронов, достаточно использовать электроны двух типов - «быстрые» и «медленные», а так же «тяжелые» дырки. Вклад «быстрых» электронов в фотопроводимость для разных образцов лежит в диапазоне 10-50 % при освещении со стороны свободной поверхности плёнки и в диапазоне 25-30 % - при освещении через подложку.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Костюченко, В.Я. Влияние стационарных скрещенных электрического и магнитного полей на фотогенерированные носители заряда в эпитаксиальных плёнках кадмий-ртуть-теллур p-типа (обзор) [Текст] /В.Я. Костюченко // Вестник НГУ Серия Физика. - 2010. - Т.5, вып.1. - С.66-81.
2. Фотомагнитный эффект и фотопроводимость тонких эпитаксиальных слоев CdxHg Х_х Te/CdTe [Текст] / С.А. Студеникин, И.А. Панаев, В.Я.
Костюченко, Х.-М. 3. Торчинов // ФТП. - 1993. - Т.27, № 5. - С. 600-612.
3. Костюченко, В.Я. Фотоэлектромагнитный комплекс методов определения рекомбинационно-диффузионных параметров носителей заряда в эпитаксиальных плёнках кадмий-ртуть-теллур p-типа [Текст] / В.Я. Костюченко, Д.Ю. Протасов // Вестник НГУ Серия Физика. - 2011. - Т.9, вып.4. - С.34-45.
4. Варавин, В.С. Подвижность неосновных носителей заряда в пленках p-HgCdTe [Текст] / В.С. Варавин, С.А. Дворецкий, В.Я. Костюченко, В.Н. Овсюк, Д.Ю. Протасов [Текст] //ФТП. - 2004. - Т. 38, №5. - С. 532-537.
© А.В. Войцеховский, В.Я. Костюченко, Д.Ю. Протасов, 2011
