CC BY
96
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _________________________________2008, том 51, №1____________________________
ФИЗИКА
УДК 621.315.592
Х.А.Тошходжаев, член-корреспондент АН Республики Таджикистан С.Н.Каримов,
М.Умаров
ОПТИЧЕСКИЙ КРАЙ ПОГЛОЩЕНИЯ И ЕГО МОДИФИКАЦИЯ В НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ПЛЕНКАХ СЕЛЕНИДА ЦИНКА
В силу многих причин в подавляющем большинстве научных работ, посвященных оптическим свойствам той или иной системы, анализу, как правило, подвергается поглощение света. Пропускание же обычно не анализируется. В связи с этим нам представляется полезным провести такой анализ на неупорядоченных пленках селенида цинка и сопоставить его результаты с традиционно принятым подходом.
Выбор модельного объекта определялся практической важностью системы. Именно на ее основе созданы широко применяемые сегодня приборы, в частности телевизионные светочувствительные структуры типа «ньювикон» [1-3].
Методика эксперимента и исследованные образцы
Исследовались образцы, приготовленные путем послойного роста на стеклянной подложке слоев оксида индия, селенида цинка и индия.
Толщина слоя оксида индия, наносимого методом катодного распыления, составляла величину ~ 0.01 мкм, а удельное сопротивление ~ 5.0-10- Ом-см. Все остальные слои наносились методом термического напыления в вакууме при давлении 10-3 Па. Толщина слоя се-ленида цинка варьировалась в интервале 0.05^0.1мкм. Структура слоя представляла собой текстуру, ориентированную плоскостью [1] параллельно подложке. Угол разориентации отдельных кристаллитов относительно друг друга составлял 3^5°.
Согласно рентгенофазовому и электронографическому анализу, пленки имели структуру, близкую к поликристаллической. Температура подложки и реактора контролировались соответственно медь-константановой и хромель-алюмелевой термопарами. Оценка толщины проводилась на микроинтерферометре МИИ-4. Электронно-графические исследования проводились на электронографе ЭМР-100, а рентгенофазовый анализ - на установке ДРОН-2. Оптические измерения осуществлялись на спектрофотометре СФ-26 при комнатной температуре.
Результаты эксперимента
На рис.1 представлены типичные результаты исследования края поглощения гетероструктуры 1п203-2п8е. Для определения характера края поглощения на рис. 2. приведены данные в координатах ^а ~ Йю. Из рис.2. можно видеть, что в гетероструктуре 1п203-2пБе ко-
эффициент поглощения а растет экспоненциально с энергией фотона кт, наблюдается экспоненциальная зависимость (края Урбаха) [4]:
а = а о ехр[ - у (Е- Йю)/кТ ], где а о , у' - некоторые постоянные, Е - ширина запрещенной зоны, Йю - энергия фотона.
Кривая поглощения отожженного образца характеризовалась меньшим значением параметра у '.
Согласно работе [3], пленки селенида цинка являются неупорядоченным полупроводником .
В неупорядоченных пленках селенида цинка исследовался оптический край поглощения.
На рис. 1,2 представлены результаты измерения края поглощения в отожженных образцах (см. кривые 1). Результаты демонстрируют существенное ослабление зависимости коэффициента поглощения от энергии фотона в сравнении с необожженными структурами.
На основании приведенных результатов можно сделать вывод, что гетероструктура 1п203-2п8е-1п характеризуется более слабой зависимостью коэффициента поглощения от энергии фотона , чем в неотожженных образцах.
На основании приведенных результатов можно сделать вывод, что гетероструктура 1п203-2п8е-1п характеризуется более слабой зависимостью коэффициента поглощения от энергии фотона , чем в неотожженных образцах.
юо\
чв 80
о4-
2 60
■•-X
40
Г4
“ 20
#1________|_ __________________1___
2,5 2.6 2,7
Ьг, эВ
Рис.1. Спектральная характеристика края полосы пропускания гетероструктуры 1п203-2п8е.
Кривая 1 - после и кривая 2 - до отжига.
104
101
-
Ч 1 1 1
■ /А
-У/ -/ /
' / /
і і і і
2,5 2,6
2,7
Ьсо,эВ
2,8
2,9
Рис.2. Спектральная зависимость коэффициента поглощения гетероструктуры 1п203-2п8е.
Кривая 1 - после и кривая 2 - до отжига.
Обсуждение результатов
Как известно, пропускание в общем случае не является самоусредняющейся физической величиной. Оно мультипликативно зависит от размеров объекта, и основной вклад в его среднее значение вносят «хвосты» распределения вероятностей конфигураций рассеивателей. По этой причине теоретическое описание таких величин является весьма сложной задачей, решение которой даже в одномерном случае в настоящее время известно лишь приближенно.
Согласно современным научным преставлениям, пропускание неупорядоченной системы определяется так называемыми репрезентативными конфигурациями рассеивателей, под которыми подразумевают такие реализации, для которых пропускание находится в достаточно малой окрестности своего среднего значения [5]. Согласно [6], относительное среднеквадратичное отключение А равно
А = №’58 ,
где N - число линейных цепочных образ цов, а 8 - среднеквадратичное отключение пропускания одной линейной цепочки:
8 ={ехр [ п L (1-Б)]-1}0’5 36
где Ь - длина цепочки, п - плотность рассеивателей, D - прозрачность одного рассеивателя в цепочке.
Поскольку широкозонные области прозрачны для длинноволнового излучения, можно считать, что в этом спектральном диапазоне в образцах уменьшается число эффективных рассеивателей и, следовательно, уменьшается п, что, согласно (2) и (3), и обусловливает сглаживание спектральной зависимости пропускания.
Спектральные зависимости коэффициента поглощения имеют вид, характерный для неупорядоченных полупроводников [6]. Такое поведение материалов пока не нашло однозначного объяснения. Однако известно, что при увеличении неупорядоченности имеет место большее размытие края поглощения и соответственно уменьшение параметра у [6]. Аналогично соотносятся и результаты, полученные нами, что видно из рис. 2. На кривых рис. 2. стрелками обозначены величины щели, рассчитанные нами из спектральных кривых коэффициента пропускания.
Во многих случаях для неупорядоченных систем за экспоненциальным краем поглощения следует зависимость [5].
а = В(На - Е) / На,
где В - некоторая константа.
Экстраполируя эту квадратичную зависимость, находят ширину запрещенной зоны на предположении о параболических зонах.
В исследованных же системах имеют место сильные флуктуации зон. Это, нам представляется, может существенно изменить вид плотности состояний. Поэтому энергию Е, определенную путем экстраполяции экспериментальной кривой (2), следует рассматривать лишь как некоторую характеристическую энергию, как-то связанную с шириной запрещенной зоны.
Выводы
1. Край поглощения пленок селенида цинка, синтезированных в резко неравновесных условиях, как до термоактивированного распада, так и после него, имеет вид, характерный для неупорядоченных систем - край Урбаха.
2. Процессы пропускания в пленках селенида цинка можно удовлетворительно интерпретировать на основе модели репрезентативных конфигураций в виде линейных цепочек.
3. Спектральные зависимости коэффициента пропускания являются чувствительным индикатором пленок селенида цинка.
Худжандский научный центр Поступило 05.12.2007 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Fujiwara S., Serizawa H., Eguchi O., Kuramoto Y. and Fukai M. Photoelectric transducer element including a heterojunction formed. U.S. Patent 3858074, 1974.
2. Fujiwara S. et all "High-Sensitivity Camera Tube Newvicon". Nat. Tech. Report, 1979, v. 25, N 2, p.286-297 (Japan).
3. Тошходжаев Х.А., Рубец В.П., Антипов В.В., Беляев А.П. Электрофизические и оптические методы исследования полупроводниковых структур на основе неупорядоченных пленок. Деп. В ВИНИТИ 07.11.2007, № 1041- В2007.
4. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. ч.1. М.: Мир, 1982.
5. Mendolia J., Lemoine D. Phys. St. Sol.(a), 1986, 97, р. 601.
6. Лифщиц И.М., Гредескул С.А., Пастур Л.А.. Введение в теорию неупорядоченных систем. М.: Наука, 1982.
Х.А.Тошхочаев, С.Н.Каримов, М.Умаров ^УДУДИ ОПТИКИИ ФУРУБАРЙ ВА МОДИФИКАТСИЯ^ОИ ОН ДАР ЦАБАТ^ОИ ПАРДА^ОИ ТУНУКИ БЕТАРТИБИ СЕЛЕНИДИ РУ^
Вобастагии спектралии гузаронандагй ва фурубарии кдбатхои пардаи тунуки бе-тартиби селениди рух то бозпухт ва пас аз он омухта шудааст. Модели протсессхои гузаронандагй дар мачмуъи бетартиб пешниход карда шудааст. Алокдмандии корре-лятсионии байни нук;тахои асосии хатти качи гузаронандагй ва кдбатхои пардаи тунуки бетартиби селениди рух муайян карда шудааст.
Kh.A.Toshkhujaev, S.N.Karimov, M.Umarov OPTICAL EDGE OF ABSORPTION AND ITS UPDATING IN DISORDER OF PILLICLES SELENIDAS ZINC
Spectral dependences of passing and absorption disorder of the pellicles selenidas zinc, both up to annealing, and after it are studied. The model of processes of passing in the disorder systems is offered. Correlated between characteristic points on curves of the passing and disorder pellicles selenidas zinc are revealed.
