книги / Материаловедение узкощелевых и слоистых полупроводников

ный по

эксп ери м ен тальн ой

кривой, $г

-

(1 ,3 + О Д ) Э2 . Для

сравне­

ния проведены

и сследован и я ЯМР на порошкообразном образце* приго­

товленном и з

то го же м атери ала. Размеры верен порошка составляли

>10-30 мкм. В

последнем

наблюдалось

уширение

линии. т

Р&

и увели­

чение

в т о р о г о

м ом ента

д о

А,

» (5 ,5

+ 0 ,2 )

Э2 . Крош

того,ваблю -

далось

смещение линии

рА9 6

и з - з а

уменьшения сдвига Найта, выз­

P i

Р и о .З . Формы

линий поглощ ения

ЯМР

207РЬ

в

P i Те:

1 -

блок

ориентированны х

пластин;

2 -

порошкообразный образец

Полученные

зн а ч е н и я

ширины линии и второго момента для

207

РЬ

в

РЬТе

явл я ю тся самыми

малыми по сравнению с известными в лите­

ратуре.

Э тот

р е з у л ь т а т

сви д етел ьств у ет об

эффективности описанно­

го

сп особа

п р и го то в л е н и я

образцов

для

исследования

магнитного р е ­

зонанса

и о

вы соком

к а ч е с т в е

полупроводникового

материала.

1 .

S e n tu r la

S . D . , S m ith

S . A*,

Hewes С .R.'

K night

e c h if t

and

band

s t r u c t u r e

i n

th e l e a d

s a l t

sem ico n d u cto rs

/ /

Phys.

Rev*

B. -

2.

1970.

-

1 ,

N 1 0 .

-

P .

4045-4057*

E . I . S l in -

N u c le ar

m a g n e tic

re s o n a n c e

i n

fb T e ! M .P,01ekseeva,

ko , K .D .T o v s ty u k ,

A .G .H andozhko / /

Phys.

s t a t .

s o l.

A.

-

.

1974.

-

2 1 ,

N 3 .

-

P .

7 5 9 -7 6 2 .

деформации на ЯМР в

РЬТе Ц

3. Слынько

Е .И . В лияние

п ласти ческой

,

Ф изические основы полупроводникового материаловедения. - Киев;

Н аук .дум ка,

1 9 8 2 .

-

С Л В -3 8 .

‘

4.

Детюченко

С . Д . , Копыл А .И . Оптимизация условий

наблюдения ЯМР

в полупроводниковы х м онокристаллах / /

Там же. -

С. 1 8 -3 8 .

А .с .

1 3 0 0 3 5 4 СССР.

Способ

иооледования полупроводниковых кри­

сталлов

м ето до м ЯМР и спектром етр

для

его

осуществления

/

Е .И .С лы нько,

А .Г .Х ан д о н ко , С.Д .Летю ченко.

-

бпубл.

3 0 .0 3 .8 7 ,

Ьюл.

А 1 2 .

точника

с е л е н а

f a

д л я эпитак­

/п'р),СМ~3

сиальных

с л о е в

Рд$е< 3 / >

(кривые

2 -6)

и д л я

с л о ев

не легированного

P iS e

(к р и в а я I ) .

При Т

=

О д л я

нелегирован ­

ного

/АХ?

п о л н ая

конденсация

м олекулярного п о то к а

с

учетом р е ­

троградной

р аство р и м о сти

свинца

и частичной диссоциации испаряе­

мых м олекул

PàSe

приводит

к

осаждению

м а т е р и а л а ,

обогащенно­

го

м еталлом . При увеличении

TSg

образую тся

связанны е

с

вакансия­

ми свинца положительные заряды ,

Которые

уменьшают

эффективную ко­

Р и с .2 .

Зависимость холловской

нцентрацию

эл ек тр о н о в,п р и во д ят

к

концентрации

носителей тока в

изменению

ти п а

проводимости

с

л -

эпитаксиальных слоях PdSe<Si>

на

/ - т и п

и

к

дальнейш ему р о сту

от'концентрации примеси Рв ; в

шиКте:

концентрации

ды рок. Значение f a ,

! -

(/»-/>)

цри

Д

= 0;

2 -

при котором происходит

инвероия

{ п - р )

5*

типа

п роводи м ости ,

= 407

°С

та*

в

нелегированны х

сл о ях

PàSe

со гласуется

с данными P Q ,

Для леги рован н ы х висмутом слоев

PÔSe< B i>

наблюдаются сле­

дующие о со б ен н о сти :

I )

б ез

компенсации халькогеном

{ fa

= 0)

кон­

центрация

н о си тел ей

то к а

в

слоях

не. совпадает

с

количеством вве­

денного

B i

( р и с .2 ,

кри вая

I ) ; 2) температура

инверсии знака

про­

водимости

цри

компенсации

селеном

для

слоев

( НЪ «

4 0 ,0 2 5

> 5 (а т .))

меньш е,

чем

для нелегированных

слоев; 3) для сло­

ев

Р Ш

( Pgj

=

0 ,0 2 5

$ ( а т . ) )

в

области

проводимости

/ - т и п а

при

некоторых

зн а ч е н и я х

наблюдаются резкое уменьшение

концентра­

ции

н о с и те л е й ,

а

в

P ô S e

( N #

=

0 ,0 i

yS(а т . ) )

даже

изменение

типа

проводимости

и з

/ - т и п а

в

/7 -ти п ;

4)

при f a

>

‘-Ï2Q

°С концент­

рация н о си тел ей

в

сл о ях

не

зависит

от

f a

Уменьшение

^

в

слоях

PôSe

( Pâ /- <

0,025 # ( а т .) )

может

быть

с в я за н о

с

уменьшением

коли чества

сверхстехиометрического

сви­

нца

и с

т е м ,

ч то

ч а с т ь

примеси

B i

находится

в

слоях в эл ек тр о -

нейтральном

с о с то я н и и . И сследования поверхности

пленок,полученных

без

ком пенсации

селен о м ,

проведенные

на

электронном микроскопе,по­

казали

о т с у т с т в и е

включений второй

фазы

свинца

и наличие их в

не­

легированном

PbSe.

(

К онцентрация

прим еси

6 /

в

слое

при

заданных значениях

отк^

лонения

о т стехи ом етри и

в

Р Ш

и

температуры

подложки зависит от

93

парциальных давлений

паров

висм ута и сел ен а / 2 / .

При

у вел и ч ен и и д а ­

вления паров

еелена

для

в о е х

легированны х

слоев*

P i S e ( /ÿ£ . >

> 0 ,0 2 5 # ( а т . ) )

п -ти п а

проводимости наблю дается

у вел и ч ен и е

кон ­

центраций носителей

то к а

до

определенного

зн ач ен и я

( /7 -/7

) т а х

,

которое определяется концентрацией введенной

в ш ихту

п рим еси

В /

Зависимость

(* - р

) „ ах

от

концентрации

примеси

в

шихте

п р и вед ен а

н а р и с .2 (кри вая

2 ) .

Видно,

ч то

м аксим альная

к о н ц ен тр ац и я

н о си те ­

лей тока в легированных слоях

P iS p <BJ>

с о в п а д а ет

с количестве® !

введенной в

шахту

примеси

вп лоть до

Р # ;

-

1 ,5

$ ( а т . ) . Э т о

д а ­

е т основание

утверж дать,

ч то

при достижении ко н ц ен тр ац и ей

н о с и те ­

лей тока значения ( / ? - / ' )

атомы ви см ута

занимаю т м е с т а в а к а -

нсий пвотпуг в P ù S p

, дают

один

эл ек тр о н

в зо н у

п ровод и м ости

н а

94

атом примеси

д о

ко н ц ен тр ац и и

a * l , 5 - i O 20 см- 3 .

О собенности легирую щ его

действия

3 /

в

^ - о б л а с т и

проводимости

с в я за н ы с в за и м о ­

действием между примесными ц е ­

нтрами и собственны м и атомными

дефектами,

к о т о р о е п рои сходи т

уже при с р а в н и те л ь н о небольш их

их кон ц ен трац и ях

{fè 1 0 ^

см "3 )

& J .

Наблюдаемые

при этом

р е з ­

кие

и зм енения

концентрации

носителей

т о к а цри оп ределен ­

ных зн ач ен и я

^

м о гу т

быть

ства

эл ек тр о н ей тр ал ьн ы х компле­

ксо в,

в

с о с т а в которы х

вх о д ят

атомы

SJ

и вак ан си и

свинца.

И сследован и я

сп ектров по­

глощения

проводились

на отожженных в атм осф ере,обо ­

гащенной

х ал ько ген о м , монокри­

стал л ах

P i S e (#â / <

0 ,2 5

# ( а т . ) )

и имеющих

/ / -т и п

проводимости

( р и с .З ) .

Наличие в

сп ектрах ко ­

красной границей

(отмеченной

н а р и с .З

стрелкой) несимметричной фо­

рмы, уменьшение

интенсивности

эти х полос с ростом

температуры,сви­

д етел ьству ю т об

оптических переходах

из валентной

зоны н а узкий

вален тн ой зоны . Дополнительное поглощение

поканано

на р и с .4 .

Р ас ­

ч е т эн ерги и

активации уровня

по

формуле (3 ) работы

JjQ

д а ет

зн аче­

ние

£4

=

0 ,0 8 9 эВ

при

Т = 300

К.

У читы вая, ч то

концентрация

примесных центров

^

«

4 ^

и

Ц

с

uit

,

гд е

г

-

концентрация

вакансий

свинца,

то

сечение

п р и -

r

& =

°</>р

, - - 1 6

2.

что характерно для

п ог­

м есного

поглощ ения

- щ -

> 1 0

см^,

лощения

комплексами

/Ъ ] . Б ли зость анергии

= 0 ,0 8 9

эВ

к

д а н -

вым д л я

самокомпенсированных

образцов PèSe</УаР1> /1 7 ,

где

é j

=

= 0 ,0 9

эВ ,

и увеличение

д л я

/& $ £ < #> при увеличении

Afc

сви детельствую т о

том ,

что в

состав

комплексов входят

вакан си я

ме­

тал л а

и

примесный

атом

/ 6 / .

h

Р и с .1 .

Зави си м о сть

коэффициента

Холла

от обратной

температуры:

1

-

о б р а зе ц

с

неоднородным

распределением

носителей

заряда;

2

-

то т

же

о б р а зе ц

п осле

л азер н о го

облучения

Р и с .2 .

Зави си м о сть

электропроводности

от

обратной

температуры то­

го же о б р а з ц а , ч то и н а р и с .1 :

носителей

заряда;

2

-

после

I

-

при

неоднородном

распределени и

л азер н о го

облучения

ем

л а з е р н о г о

и злучен и я

с

длиной волны

1 0 ,6 мкм можно

существенным

образом

в л и я т ь

н а .эл ек тр и ч еск и е

свойства

таких образцов.

На

р и с .1

и

2 приведены

зависим ости коэффициента Холла и

элек­

троп роводн ости от обратной температуры одного й того же образца,

имеющего неоднородное распределение носителей заряда

( к р и в а я ! ) и

те

же

зави си м ости (кривые

2 )

после

облучения лазером Л Г-23.

При

исследовании

оптических

свойств

образцов

Pdf.x S/rx Ге

с

низким

уровнем концентрации носителей за р я д а,

которые

имеют

тен ­

денцию

к

п ереходу

из

я -ти п а проводимости в

р -ти п ,

установлено,

о тс у т ст в и е особенностей

в

спектральных

зависим остях коэффициента

поглощ ения,

т о г д а

к ак

в

^ - т и п е

наблю дается дополнительное погло­

щ ение,

ч то

х ар актер н о

д л я

легированны х кадмием и

не легированных

м он окри сталлов . Дополнительное

поглощение

в монокристаллах

и

эпи­

таксиальны х

п лен ках

РЬТе

и

Р$/ х Snx Те

^ - т и п а проводимости

наблю­

д а л о с ь

также

в

р аб о тах

/ 6 - 8 7 ,

в

которых

оно связы валось

с

перехо­

дами н оси телей

за р я д а

между валентными

зонами

тяжелых

и

легки х ды­

р о к ,

а

такж е

с

ионизацией

электрон ов н а поверхностных

состояниях,

образованны х

собственными

деф ектам и, осевшими вблизи

дислокации и

гран и ц

р а з д е л а

ф аз ти п а

к л а с т е р

-

м атрица

кр и стал л а .

На р и с .З

п р и вед ен а

типичная

сп ектральн ая

зависим ость

коэффи­

ц и ен та

поглощ ения

о б р азц а

М7_х $ях Т е

( * я 0 ,1 9 )

при

300

К,

кото ­

рый

х р ан и л ся

в

течен и е

двух м есяцев

при комнатной

тем пературе и

переш ел

и з

я -т и п а

проводимости

(

лгг

-

4*10®

см” 3 )

в

р

-ти п

{Рг7

-

3* 1

0

см” 3 ) .

Видно дополнительное

поглощение

с м ак си ш л ь -

97

Л,см-г

ным значением

0 ,1 7

эВ ,

к о то р о е в

/- т и п е о т с у т ст в о в ал о .

Это погло ­

щение

с в и д е те л ь с тв у ет

о

наличии

эн ер гети чески х

состоян и й в

за п ­

рещенной

зоне

в о б р азц ах /7 -т и п а

проводимости.

Механизм

изм енения

эл ек тр и ­

ческих и

оптических

с в о й с тв

мо­

нокристаллов

Pàf.x S/rx

Ге

с

низ­

ким уровнем

концентрации н оси те­

л ей

за р я д а

можно

п р ед стави ть

следующим образом . П осле выращи­

ван и я

м онокристалла

обладаю т р -

типом

проводимости

Ça* ICr^cM - 3 ) .

Для

получения

* - т и л а

проводи ­

мости

они п о д вер гаю тся

отж игу в

п ар ах , обогащенных

м еталл о м . В

процессе

отж ига п рои сходи т

и з ­

менение

соотнош ения

различны х

n v e ^ u tv ic n ia иш лицбш ш «» 4™ ■р ,

собственны х

точечны х

ДвфвКТОВ,И

проводамостиИЗ ^ ” ТИПа В /5,~ТИП

концентрация

вакан си й

в

к ати о н ­

ной подреш етке

у м ен ьш ается . При

комнатной

температуре

для термодинамического р а в н о в ес и я кр и стал л и ­

ческой решетке выгоднее иметь

преобладание вак ан си й

в кати он н ой

подреш етке. Следовательно,

ч асть

атомов

P i

и

$ л

может

вы пасть

из узлов кристаллической решетки в междоузлия и

со врем ен ем обра­

зовать комплексы с вакансиями и неконтролируемыми

п ри м есям и ,н ах о ­

дящимися как

в у зл а х ,

та к и в

меж доузлиях, или

з а к р е п и т ь с я н а

р а з ­

личного рода

сто ках ,

в

кач естве которых

выступаю т

д и сло к ац и и ,м ал о ­

угловые границы,

поверхность

кр и стал л а

и

вклю чения вто р о й

ф азы ,что

будет способствовать

переходу

к р и стал л а

в

/» - т и п

проводим ости .Ес­

тественно,

что различного р о д а комплексы

м огут

быть

к а к заряженны ­

ми, так и электрически нейтральными. Вместе с

тем

они м о гу т

ока­

за ть с я нецрозрачными

д л я л азер н о го

и зл у ч ен и я

с дли н о й

волны

Ï 0 ,6 мкм,

то гд а

к а к

матрица кр и стал л а

п р о зр а ч н а .

При л азер н о м

об­

лучении кри сталлов,

перешедших в

р - т и п

п р о во д и м о сти ,в м е с т а х об­

разования комплексов

тем пература

может

д о с т и г а т ь

больш их

зн ачен и й ,

что

приведет

к диссоциации

ком плексов,

в

р е з у л ь т а т е

э т о г о

изм енит­

с я

концентрация

свободных

носителей з а р я д а и

возм ож ен п е р е х о д кри­

сталла в

п - т и п

проводимости.

Л.0ï o см—3 .

Если предположить, ч то концентрация

ком плексов

Р ъ

то

величина

сечения

поглощения

-

«

1 0 “^

c w

( с/рм

% 7

см"1

98

^

определялось

из

р и с .

3 )

с в и д е т е л ь с т в у е т

о

том , что дополнитель­

ное поглощение

с в я з а н о

с

ком п лексам и

деф ектов собственного

и

при­

месного р а зу п о р я д о ч е н и я

/ 9 / .

В п о л ь з у

предположения

о разрушении

комплексов п од

д е й с т в и е м

л а з е р н о г о

излучения свидетельствую т

сле­

дующие факты:

1 )

п о сл е

л а з е р н о г о

облучения

дополнительное погло­

щение в сп ек тр ал ьн о й зав и си м о сти

коэффициента поглощения и счеза­

ет;

2)

о б р а зец

с т а н о в и т с я

п -т и п а

проводимости (р и с.-!,

кривая 2 );

3)

концентрация

н о с и те л е й

з а р я д а

в

кри сталле увеличивается, о чем

сви детельствует

б о л ее вы со кая

тем п ература наступления области соб­

ственной проводим ости

( р и о . 2 ) ;

4 )

наклон

температурной

зависимо­

сти

электроп ровод н ости

в

об л асти

собственной проводимости

после

облучения

и зм е н я е т с я

( р и с .2 ) , что

сви детельствует о разрушении

рас­

сеивающих

ц е н тр о в ;

5 ) х о л л о вск ая

подвижность при 77 К после облу­

чения

у в е л и ч и в а е т с я

п очти

н а порядок вследствие улучшения

электри­

ческой

однородности

О бразца.

1. В озникновение

р - п

переходов

на

поверхности и в объеме

монокри­

стал л о в РбцбгЗ/Гл«л а

&~

7'

М........М....Кондратенко,

А,.......И....Малик,

В .Б .О р-

"

"

л_

лецкий

и

д р .

/ /

И зв .

ву зо в .

Физика.

- 1976.

-

*

5 .

-

С. 1 2 5 -1 2 6 .

2. К ондратенко М .М .,

М акогоненко В .Н .,

Орлецкий В .Б . Структурное

соверш енство

и стаб и льн ость

параметров

монокристаллов

P lf- x S/Tx T t

/ /

Письма

в

Яурн.

техн .

Зиаики. - 1980. -

-

ВНП. * 0 .

-

С.

6 0 2 -6 0 4 .

ж

^

.

о. вли ян и е

л а зе р н о г о

излучения

н а анош льныи

ход коэффициента

Х олла в

твердом р аство р е P i# gs fy o js P? /

В.Н.Водопьянов,М .М .Ко-

н д р атен к о , Л Д .М атю хина

и

д р .

/ /

Электрон, техника. Сер. Мате­

4.

риалы . -

1 9 7 0 .

-

Вып.

7 .

-

С.

11 2 -1 1 3 .

в

твердом

растворе

д во й н ая

и н верси я

коэффициента

Холла

P i t - х S n x Те

р -т и п а

/

М .М .Кондратенко,

АЛПЛавренчук,

-

B .

Б .О рлецкий

и

д р .

/ /

Изв.

ву зо в , «газика. - 1 9 7 6 .

-

И .

5. К ондратенко М.М. Равновесные

и неравновесные

состояния

приме­

сей в узкощ елевых

полупроводниках

/ /

Физические основы

полу­

проводникового

м атериаловедения. -

Киев: Н аук.дум ка,

1 9 8 2 .

-

C.

4 4 -5 1 .

Нельсон И .В .

Инфракрасное

поглощение

в

сплавах

6 . Драбкин

И .А .,

P i f - X S/tx

f t

„

/'- т и п а / /

Физика

и

техника

полупроводников

Ш г , - 6 , вы п .6 . - С. 1 0 4 6 -1 0 4 9 .

7. В ейс А .Н 7,

Уханов

Ю.И. И сследование

коэффициента поглощения в

p - P t T e „

п

/ / Т а м

ж е.

- 1 9 7 6 . - 1 0 ,

вып. 7 .

- 0 .Ï3 1 5 - I3 2 0 .

по­

8 . Колежук

К .В ., К удакина

Т .А .,

Самойлова

И.А,

Дополнительное

глощ ение

в

S/f%Гр

/ /

У кр. ф иэ.

журн. -

1 9 8 5 .

-

3Q, # 4 , -

С.

5 1 9 -5 2 3 .

эфф екта Х олла

и

спектров

коэффициента поглощения

9 . О собенности

в си льн о компенсированных

образц ах халькогенцдов свинца /

А .Н .В ей с,

В .И .К авдан ов,

Р.Ю .Крупицкая

и д р . / /

Физика

и

те х н и к а полупроводников.

-

1 980 .

-

14,

вып.

1 2 .

-

С . 2 3 4 9 -2 3 5 6 .

Уда

6 2 1 .6 6 .0 4 6 .5 7

открывает

большие

возможности

применения

таки х м атер и ал о в в

п рак ­

ти ч ески х

целях . Для успешного решения эти х за д а ч необходим о

нали ­

чие данных о растворимости, диффузии,

расп ределен и и

и со сто ян и и

различных

примесей,

о характере

их вхождения в кри сталли ческую

р е ­

шетку, их зарядовом состоянии, энергиях

ассоциации

разли чн ы х

комп­

лексов и их диссоциации.

Исследованию поведения примесей и их вли ян и я

н а

с в о й с т в а

тв е ­

рдых растворов

Pbf.x Sffx Se

посвящено сравнительно м ало

р а б о т

Д - 3 7 .

Имеющиеся в

литературе

данные

о диффузии

и р аство р и м о сти

прим есей

относятся в

основном к

PbSe

Д - 6 7 .

Данная работа

посвящена

исследованию р а с п р ед е л ен и я ,

р а с т в о р и ­

мости и диффузии примесей кадмия и герм ания в

м он о кр и стал лах

тв ер ­

дого раствора

P ô ^

Sûfg g Se.

Легирование твердых

растворов Pô. . . S/t ло Se п р о во д и л о сь

вы р а -

___

"'У*

Р,Ро

„

щиванием их из

легированных расплавов методом

н ап равлен н ой к р и с ­

таллизации Д ,

5 7 . Исходные

компоненты,

взвеш енные

в

стех и о м етр и ­

ческом соотношении и легирующая примесь

в к о л и ч ес тв а х

3 ,7 * 1 С г ' -

1 ,9 9 * 1 0 ^

ат .см -3

для

кадмия

и 3

, 3

7 -

- 8 ,Ï 3 » I 0 Ï 8

а т .с м - 3

для

германия загружались в кварцевые ампулы,

в которы х

п р о во д и л ся

син­

те з и выращивание. В качестве

индикатора

прим енялись

кадм ий

и

г е р ­

маний,

меченные

радиоактивными изотопами

и

. И сследо­

вания распределения,

диффузии

и растворим ости

прим есей

кад м и я

и

германия проводилось

на монокристаллических сл и тк ах

с

плотн остью

дислокаций J) <é 5*10^

см- ^

и

количеством

м алоугловы х

гр а н и ц не

бо­

лее 2 -3 см- *..

Распределение

кадмия в

германия

и ссл ед о вал о сь

в

м о н о к р и стал -

Se

, выращенных вертикальным методом

Бриджмена

-

С токб аргера'в ампулах диаметром

(Î4 + 2 ) мм при

гр а д и ен т е

тем п ер ату ­

ры у фронта кристаллизации

~

Î 0

гр ад -см - * и

ск о р о сти

выращ ивания

лЮ ,39

м м/ч,

которые

являю тся

оптимальными д л я п о л у чен и я

м онокрис­

таллов

с хорошим структурным

соверш енством . Эффективный

коэффици­

ен т распределения примесей (

) в

м он окри сталлах

PÔût 9g Sff### Se

определялся из условия для нормальной

к р и стал л и зац и и

/ ? 7 :

100