На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Температурно-электрическая неустойчивость (ТЭН) в полупроводниковых монокристаллах CdSb

Категория: Физика, Астрономия

версия для печати

Страница: [1] [2]

Температурно-электрическая неустойчивость (ТЭН) в полупроводниковых

монокристаллах CdSb

Нелинейность вольтамперной характеристики (ВАХ) является характерной чертой не только многих полупроводниковых приборов, у которых есть р-п-переходы, а и многих полупроводников [1]. В последнем случае, если исключить особенности, связанные с контактными явлениями,она чаще всего обусловлено эффектами сильных полей. Ведь в сильных полях наблюдается зависимость подвижности от величины поля до насыщения скорости, отрицательная дифференциальная подвижность (эффект Ганна), ударная Ионизация и пробой. Однако и в слабых электрических полях возможны проявления нелинейности ВАХ [2].

Значительный интерес представляют исследованиянелинейных ВАХ не только в приборах, но и в материалах, поскольку они имеют как прикладное значение, так и дают возможность объяснить с физической точки зрения причины проявления нелинейности. Кроме того, на нелинейность ВАХ сильно влияют разнообразные внешние воздействия: магнитное поле, механическая деформация, освещения, изменение температуры и др..

В материалахполупроводников отрицательная дифференциальная проводимость обусловливает доменную электрическую неустойчивость N-типа [3] или ВАХ S-типа. Причиной нелинейности ВАХ могут быть как полевые эффекты [4], так и тепловое действие тока [5]. Однако возможен механизм термопольовои ионизации примесного центра, то есть комбинированный тип термической и полевой ионизации [6]. Существуют прямойи каскадный механизмы термопольовои ионизации из основного состояния уровня через первый возбужденный уровень в зону проводимости. Зависимость вероятности ионизации примесного центра в полупроводниковые от напряженности приложенного электрического поля изменяет его ВАХ так, что заметны отклонения от закона Ома.

Интересен механизм проявления S-подобияВАХ в сильнолегованих и одновременно компенсированных полупроводниках [7]. При низких температурах и больших степенях компенсации (выше 75%) электроны находятся в изолированных каплях, и электро-проводимость такого материала очень низкая. Электрическое поле «греет» электронную подсистему и резко увеличивает заселенность состояний с большой подвижностью. Это и приводитк появлению отрицательного дифференциального сопротивления. Такое явление аналогичное тепловому пробою. Но в этом случае нагревается только электронная подсистема, а температура решетки остается неизменной. Поэтому исследуемое явление можно назвать тепловым пробоем электронных капель. Если же степень компенсации материала меньше 75%, ВАХ не будет иметь S-образного характера,поскольку энергия активации возникает только при больших степенях компенсации. Следует добавить также, что в этом случае критическое электрическое поле сильно увеличивается с ростом степени компенсации.

Не только тепловой пробой или комбинированная термопольова Ионизация приводят к возникновению участков ВАХ с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП). В электронномгермании с примесями меди или золота наблюдается явление увеличения коэффициента захвата горячих носителей на отрицательно заряженные примесные центры. Это явление эффективно проявляется в условиях световой генерации носителей [3] и обусловливает участок ВАХ с СвДП.

Дискретные метастабильные состояния (высокоомный и низкоомный) наблюдаются как в моноатомного,так и сложных полупроводниковых соединениях [8]. Под действием электрического поля стехиометрические нитевидные монокристаллы Sb2S3 переключаются из высокоомного в низкоомное состояние. Эксперимент доказывает, что названный эффект вызван изменением полупроводниковой проводимости на металлическую и связанный с нагревом кристалла в момент действия электрического поля. Кристаллысо стабильного низкоомного состояния в высокоомный состояние возвращаются под влиянием сильного высокочастотного или сверхвысокочастотного полей или нагрева.

В сложных полупроводниковых монокристаллах селенида цинка, сульфида кадмия, селенида кадмия и др.. в условиях ТЭН экспериментально зафиксированы колебания тока [9, 10]. В области азотных температурв монокристаллах селенида кадмия получены зависимости периода колебаний от освещенности образца, приложенного напряжения, температуры образца, а также температурные зависимости амплитуды колебаний. Колебания существуют только в определенной области температур и освещенностей. Их причиной является возникновение осциллирующих во времени, но неподвижной области сильного электрического поляи повышенной температуры. Повышение температуры, обычно, в средней части кристалла, в результате джоулева нагрева обуславливает эффект температурного тушения фотопроводимости. Если интенсивность этого процесса достаточно велика, то у образца возникает область сильного электрического поля. Тогда ВАХ такого образца имеет участок с СвДП. В упомянутой области электрическоеполе и температура периодически меняются, вызывая в кругу колебания тока. Сама же неустойчивость обусловлена ??возникновением неравновесного распределения электронов вследствие оптической перезарядки уровней с последующим спонтанным переходом в состояние равновесия.

Однако и в моноатомного полупроводниках с глубокими уровнями также наблюдаются низкочастотныеколебания тока в условиях ТЭН [11-13]. В сильно компенсированных образцах (р-Si с примесями марганца) динамика ТЭН становится значительно сложнее [14] вплоть до перехода к динамическому хаосу и автоколивнои бистабильности. Переход от регулярных автоколебаний фототока к хаотическим осуществляется через цепочку бифуркаций удвоения периода колебаний. Автоколебания тока,кроме того, проявляют свойство гистерезиса.

В сильнокомпенсованому полупроводниковые в условиях электронно-дырочной плазмы возможно возбуждение электрической неустойчивости типа рекомбинационных волн [15]. При сильных уровнях инжекции возникает существенно отличная от типа рекомбинационных волн градиентно-концентрационная неустойчивость. Режим неустойчивости типарекомбинационных волн является ничем иным, как режимом волн пространственной перезарядки глубоких уровней [16], которая может быть обусловлена ??действием температуры, освещения или электрического поля.

Отрицательный сопротивление образца сам по себе еще недостаточен фактор для появления колебаний. Однако колебания нужных частот могут возникать, если в кристалле есть два различных типа центровзахват [17].

Благодаря осмотра вышеприведенных литературных данных, можно утверждать, что необходимым условием возникновения температурно-электрической неустойчивости в полупроводниках является наличие в их запретной зоне глубоких энергетических уровней. Ионизация этих уровней различными способами (освещением, электрическим полем, температурными изменениями или комбинированнымобразом) дает возможность получить S-образную ВАХ полупроводника и низкочастотные колебания тока как в низькопровидному, так и високопровидному состояниях. Поэтому, очевидно, любое внешнее воздействие на изменение положения энергетического уровня в запрещенной зоне должен существенным образом отразиться на характере поведения ВАХ. Hас интересовало влияние одноосных упругих деформаций(ОПД) на ВАХ монокристаллов антимонида кадмия.

Использованные монокристаллы антимонида кадмия с примесью теллура, которая в запрещенной зоне дает уровень Ес — 0,12 эВ, исследовались в трех криогенных средах (жидкий азот Т = 77К, жидкий аргон Т = 87К и жидкий кислород Т = 90К) в условиях воздействия освещения и ОПД. На рис. 1 представлен статические ВАХ монокристалловСdSb с различным содержанием легирующей примеси теллура. Как видно, увеличение концентрации легирующей примеси обусловливает рост напряжения переключения. Напротив, повышение температуры среды от Т = 77 К до Т = 90К резко уменьшает напряжение переключения (рис.2).

Кроме того, зафиксировано сильную зависимость порогового напряжения переключения от интенсивности светового потока.С увеличением интенсивности светового потока ток возрастает, а напряжение переключения уменьшается.

Интересной особенностью воздействия светового потока на ВАХ является то, что в высокоомном состоянии зависимость фототока от интенсивности освещения имеет линейный характер, а после скачка тока — нелинейный. Высокая фоточувствительность образцов наблюдается в спектральнойобласти длин волн 1 — 3 мкм с максимумом при 2,04 мкм.

Мы исследовали влияние ОПД до давлений 1000 кгс/см2 на ВАХ антимонида кадмия вдоль главных кристаллографических направлений [А00], [0в0] и [00С] в области азотных температур.

Эксперименты доказали, что такие тиски во всех выше названных случаях практически не влияют на параметры температурно-электрическойнеустойчивости. Это означает, что такое действие не изменяет величины энергетической щели между уровнем Ес — 0,12 эВ и дном зоны проводимости монокристалла СdSb. Поэтому вполне правомерно в данном случае сделать вывод о чрезвычайно сильный генетическую связь названного энергетического уровня с зоной проводимости. Такому характеру реакции уровня на влияние ОПД способствует такжеи тот факт, что ниже степень симметрии орторомбичнои решетки CdSb по сравнению со структурами кубической сингонии позволяет значительно сильнее проявиться объемной компоненте деформации. А последняя, ??которая всегда присутствует при ОПД, одинаково действует как на движение уровня, так и на движение зоны. Иными словами, объемная деформация менее эффективно влияет на изменение положения энергетическихуровней в материалах, чем ОПД [18].

Итак, в монокристаллах CdSb с примесью теллура на эффект переключения с высокоомного состояния в низкоомное влиять одноосный упругой деформацией невозможно.

Литература

Зеегер К. Физика полупроводников. М.: Мир, 1977, 616 с.

Аитов Р.Д., Ржевкин К.С., Ткачев С.А. / / ФТП, 1991, 25, В.5, с.904-907.

Курова И.А.,Врана М., БерндтП. / / ФТП, 1968, 2, в.12, с.1838-1841.

Врана М., Курова И.А. / / ФТП, 1969, 3, в.12, с.1774 −1780.

Доскоч В.П., Панкевич З.В., Раренко И.М. и др. / / Изв.вузов. Физика. 1989, в.4, с.108-109.

Чебан А.Г., Катана П.К. / / ФТТ, 7, В.9, с.2735-2739.

Шкловский Б.И., Шур М.С., Эфрос А.Л. / / ФТП, 1971, 5, В.10, с.1938.

АудзионисА.И., Григас И.П., Карпус А.С. / / ФТТ, 1970, 12, в.1, с.146.

Калашников С.Г., Падоа Г.С., Пустовойт В.И. и др. / / ФТП, 1969, 3, с.1028-1035.

Калашников С.Г., Пустовойт В.И., Падоа Г.С. / / ФТП, 1970, 4, В.7, с.1255-1261.

Страница: [1] [2]

версия для печати