Фотоэлектрические свойства неоднородных полупроводниковых образцов

Фотоэлектрические свойства неоднородных полупроводниковых образцов. Свойства кристаллов, подвергнутых обработке в газовом разряде Изменения фотопроводимости, вызванные обработкой монокристаллических образцов халькогенидов кадмия в газовом разряде исследовали авторы [1-3]. Технология такой обработки заключается в следующем. Образец помещался в вакууме  10-210-3 мм.рт.ст. между электродами, к которым прикладывалось напряжение порядка нескольких киловольт. Использовались переменные поля промышленной частоты.

В образовавшемся стримере разряда происходит бомбардировка заряженными частицами поверхности образца. Об¬работка поверхности монокрис¬таллов халькогенидов кадмия газо¬вым разрядом приводит к су¬щественному изменению вида вольтамперных характеристик.[2]. До обработки они линейны во всем интервале применяемых напряжений. После обработки линейный участок темновой вольтамперной харак-теристики (рис. 1.1, кривая 1) сохраня¬ется лишь при начальных на¬пряжениях.

Затем зависимость тока от напряжения становится сублинейной, достигая насыще¬ния. При достаточно высоких электрических полях она пе¬реходит в зависимость вида I ~V* где п > 2. При освеще¬нии кристалла (рис. 1, кривая 2) светом с λ = 740 нм зависи¬мость Iф(V) сохраняет все осо¬бенности предыдущей кривой. Характерным является то, что при указанной подсветке в не¬котором интервале напряжений кривая 2 проходит ниже кривой 1, т.е. ток, измеренный при возбуж¬дении кристалла светом, оказывается меньшим темнового.

При под¬светке излучением из глубины полосы собственного поглощения (λ = 500 нм) характеристика почти спрямляется в широкой области на¬пряжений (рис. 1.1, кривая 3). Обработка газовым разрядом поверхности кристаллов халькогенидов кадмия, наряду с уменьшением поверхностной рекомбинации, приводит к созданию большой концентрации электрон¬ных ловушек в приповерхностном слое. Это должно вызвать не только резкое возрастание инерционности фототока, что действительно наблю¬дается на опыте, но и уменьшение подвижности свободных носителей μ за счет дополнительного рассеяния их на заполненных электронами ловушках.

Перезарядка ловушек может происходить как фотовозбужденными, так и инжектированными в кристалл электронами. Учитывая это, сублинейность и насыщение вольтамперных характеристик можно объяснить уменьшением подвижности за счет возрастания с увеличением напряжения концентрации инжектиро¬ванных в образец электронов, заполняющих ловушки в припо¬верхностном слое кристалла.

Последующее быстрое возрастание тока с ростом напряжения может быть объяснено процессами, при¬водящими к размножению свобод¬ных носителей с помощью элек¬трического поля (освобождение мелких ловушек полем или удар¬ная их ионизация быстро движу¬щимися электронами). Рис. 1.1.Вольт – амперные характеристики монокристалла CdSe, обработанного газовым разрядом. 1 - в темноте, 2-при освещении светом с λ=730 нм, 3-при освещении светом с λ=500 нм. Наблюдаемое уменьшение тока при освещении кристалла светом из области 730 нм можно интерпретировать как следствие увеличения числа рассеивающих центров при подсветке. Это может соответствовать заполнению ловушек фотоэлектронами или подъему электронов непосредственно из валентной зоны на уровни дефектов.

Сравнение кривых 1 и 2 рисунка 1.1 показывает, что существует некоторая область напряжений, где ток, измеренный при освещении, имеет меньшую величину, чем соответствующий темновой ток. Это может произойти в результате настолько значительного уменьшения подвижности свобо¬дных носителей, что возрастание их концентрации в результате фотовоз-буждения оказывается недостаточным для увеличения световой проводимости по сравнению с темновой.

Возрастание эффекта с увеличением электрического поля связано с повышением концентрации рассеивающих центров, вследствие заполнения ловушек электронами.

Однако, при достаточно боль¬ших полях начинает сказываться ударная ионизация ловушек. Наибольшие изменения фотопроводимости достигается как результат равно¬весия между этими двумя эффектами. В случае возбуждения кристалла сильно поглощаемым светом фототок создается в тонком приповерхностном слое, что соответствует высокой плотности свободных носителей. Тогда ловушки уже полностью насыщены электронами, и инжектированные полем носители не меняют их зарядового состояния.

При такой ситуации сублинейность зависи¬мости фототока от напряжения проявляется слабо [2] (рис.1.1, кривая 3). Резкая за¬висимость эффекта от длины волны возбуждающего света показывает, что здесь сущес¬твенную роль играет глубина проникновения света, т.е. за¬висимость коэффициента погло¬щения CdSe от длины волны возбуждающего света. При этом нужно учитывать, что обработка монокристалла газо¬вым разрядом, вызывает повы¬шение концентрации ловушек в тонком приповерхностном слое. Поэ¬тому изменение фотопроводимости в дан¬ном случае зависит от соотношения глуби¬ны проникновения возбуждающего света в образец и глубины распространения рассеивающих центров. Если свет пол¬ностью поглощается в очень тонком по¬верхностном слое, то это соответствует случаю высокой плотности возбуждения.

При проникновении возбужда¬ющего света на большую глубину в кристалл свободные носители рождаются во всем объеме полупроводника, где плот¬ность ловушек не повышена обработкой.

Это снова приводит к стимулированию фототока. Наиболее благоприятным слу¬чаем для изменения фотопроводимости можно считать совпа¬дение глубины проникновения света с глубиной расположения ловушек. 1.2.