Диссертация (Оптоэлектронные свойства бирефрактивных кристаллов A2B5 и приборов на их основе)

ПРИДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени Т.Г.ШЕВЧЕНКОНа правах рукописиУДК 537.37Стамов Иван ГригорьевичОптоэлектронные свойства бирефрактивныхкристаллов и приборов на их основе25Специальность 01.04.10 – физика полупроводниковДиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукТирасполь2016 г.2Оглавление1 Свободные и связанные экситоны в кристаллах дифосфидови диарсенидов цинка и кадмия.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.1 Экситоны в 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161.2 Экситоны в − 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3351.3 Влияние электрического поля на экситоны в 2 (2ℎ). . . . . . . .461.4 Обратная серия линий поглощения. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .601.5 Спектры излучения свободных и связанных экситонов в 2 (48 ).641.6 Спектры излучения свободных и связанных экситонов в 2 (48 ).672 Бирефракция и структура энергетических зон кристаллов 2 5 . 772.1 Гиротропия тетрагональных дифосфидов цинка и кадмия. . . . . .772.2 Двулучепреломление и структура энергетических зон в областикрая поглощения кристаллов 2 и 2 (48 ). . . . . .

. . . . . .892.3 Двулучепреломление и структура зон в области края поглощения в55) и 2 (2ℎ). . . . . . . . . . . . . . . . . . .кристаллах 2 (2ℎ982.4 Оптические свойства кристаллов 3 2 в глубине полосы поглощения.1102.5 Электронные переходы в глубине полосы поглощения 1÷11 эВ кристаллов 2 . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1152.6 Электронные переходы в глубине полосы поглощения кристаллов2 (48 ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1242.7 Электронные переходы в глубине полосы поглощения и структура5энергетических зон кристаллов 2 (2ℎ). . . . . . . . . . . . . . .

1322.8 Электронные переходы в глубине полосы поглощения кристаллов2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.9 Особенности валентных зон полупроводниковых соединений 2 5 . . 14133 Фотоэлектронная эмиссия и фотоэлектронные явления в5структурах металл — 2 , 2 (2ℎ), 2 (48 ), 2 . . . . . . . 1573.1 Физико-химические свойства поверхности 2 5 .

. . . . . . . . . . . 1573.2 Влияние ионной бомбардировки на свойства поверхности 2 5 . . . 1663.3 Влияние ионной бомбардировки на свойства поверхности 2 5 . . . 1693.4 — Модулированная фотоэмиссия с поверхности соединений 2 5 . 1803.5 Спектральные характеристики фототока барьеров металл — 2 .Влияние электрического поля.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1943.6 Фотоэлектрические свойства барьеров Шоттки на дифосфиде цинкатетрагональной модификации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2043.7 Фотоэлектрические свойства барьеров Шоттки на дифосфиде цинкамоноклинной модификации. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 2093.8 Фотоэлектрические токи в активных структурах на диарсениде цинка.2114 Контактные явления. Перенос заряда. . . . . . . . . . . . . . . . 2184.1 Общие характеристики контактов металлов с дифосфидами цинкаи кадмия электронной проводимости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2184.2 Перенос заряда в контактах Шоттки металл - 2 5 — типа проводимости. Вольт — амперные характеристики контактов. . . . . . . 2234.2.1 Вольт — амперные характеристики (ВАХ) барьеров Шотткиметалл — 2 . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2234.2.2 Электрические характеристики барьеров Шоттки металл — − 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2274.2.3 Вольт — амперные характеристики (ВАХ) барьеров Шотткиметалл — − 2 . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2294.3 Характеристики комплексной проводимости барьеров металл — 2 5 .2314.3.1 Характеристики комплексной проводимости барьеров Шотткиметалл — 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314.3.2 Влияние компенсации глубоких доноров в слое объемного заряда контакта металл — 2 , — 2 на характеристики полной проводимости.. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23844.3.3 Характеристики комплексной проводимости барьеров Шотткиметалл — − 2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2404.3.4 Характеристики комплексной проводимости структур металл— − 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2424.4 Долговременная релаксация проводимости в барьерах на моноклинном дифосфиде цинка. Эволюция электрического поля барьера. . . 2454.5 Характеристики контактов на кристаллах 2 и 2 — типапроводимости. Влияние ТОПЗ на перенос заряда в тонких слоях2 . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2515 Гетеропереходы на полиморфных модификациях 2 . Применение дифосфидов и диарсенидов цинка и кадмия. . . . . . . 2585.1 Кристаллохимические основы образования гетеропереходов на полиморфных модификациях кристаллов. . . . . . . . . . . . . . . .

. 2585.2 Электрические характеристики гетеропереходов − − 2 . . . 2635.2.1 Вольт — амперные характеристики гетероперехода () −() − 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2635.2.2 Вольт — фарадные характеристики и комплексная проводимость гетероперехода. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2655.3 Фотоэлектрические свойства гетеропереходов. . . . . . . . . . . . . . 2675.3.1 Спектральные характеристики фототока () − () − 2 . . 2675.3.2 Поляризационные характеристики фототока. . . . . . . . . .

. 2695.3.3 Частотные характеристики фототока. . . . . . . . . . . . . . . 2695.4 Энергетическая диаграмма и спектральные характеристики фототока гетероперехода 1 () − 2 () − 2 . . . . . . . . . . . . . . . 2715.5 Применение полупроводников 2 5 дырочной проводимости в качестве терморезисторов и термисторов.. . .

. . . . . . . . . . . . . 2765.6 Фотоэлектронные эмиттеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2815.7 Применение моноклинных диарсенида и дифосфида цинка для анализа линейно — поляризованного света. . . . . . . . . . . . . . . . . 2855.8 Селекторы мод на интерференции света в тонких слоях диарсенидацинка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 28955.9 Оптические фильтры на кристаллах дифосфидов и диарсенидовцинка и кадмия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2945.10Датчики температуры и модуляторы света на тетрагональных кристаллах дифосфидов и диарсенидов цинка и кадмия. . . . . . . . . .

2975.10.1Датчики температуры на тетрагональных кристаллах дифосфидов и диарсенидов цинка и кадмия. . . . . . . . . . . . . . . 2975.10.2Модуляторы света и преобразователи частоты сигналов на тетрагональных кристаллах дифосфидов и диарсенидов цинка икадмия. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3036ВведениеПри исследовании и разработке полупроводниковой оптоэлектроники из годав год происходит привлечение все новых материалов и структур с широкимипределами вариации их свойств и характеристик [1]. Для развития поляризационной оптоэлектроники необходимы материалы с сильной анизотропией электронных и оптических свойств, на базе которых создаются активные элементы: − - переходы, гетеропереходы, контакты Шоттки. Такими свойствамиобладают соединения группы 2 5 , которые имеют сильно выраженные бирефрактивные свойства, отвечают многим требованиям, предъявляемым к полупроводникам, и являются высокотехнологичными материалами [2–5].

Физикохимические свойства этих материалов таковы, что кристаллы на их основе легковыращиваются . В группу входят полупроводники с широким диапазоном ши5) — (1.5 ÷ 2.2) эВ, 3 2 ,рины запрещенной зоны: 2 , 2 (48 ), 2 (2ℎ2 , 2 , 4 ≈ 0.9 эВ и 3 2 и 3 2 ≈ 0.7. Эти материалы обладают большим разнообразием физических свойств, такими как высокая оптическая активность тетрагональных и значительный плеохроизм моноклинныхкристаллов, полупроводниковые свойства и возможность инверсии типа проводимости, поперечный эффект Дембера и.т.д. Эти и другие физические свойствасоединений 2 5 и явления в них представляются перспективными для создания различных приборов, в том числе и таких, параметрами которых можноуправлять поляризованным излучением.Исследования физико-химических, структурных и физических свойств соединений 2 5 проводились во многих странах - России (ФТИ им.

А. Ф.ИоффеАН России, МГУ Москва, ВГУ Воронеж, ИОНХ Москва и др.), США, Япониии др.7Свойствам материалов этой группы посвящены монографии: W. Freyland,O.Madelung. Semiconductors. Physics of Non-tetrahedrally Bonded and BinaryCompounds. Springer-Verlag Berlin — Heidelberg — New York — Tokyo. 1983;Лазарева В.Б., Шевченко В.Я., Гринберг Я.Х., Соболева В.В.

Полупроводниковые соединения группы 2 5 .(М.: Наука, 1978.), Сырбу Н.Н. Оптоэлектронные свойства соединений группы 2 5 (Кишинев, Штиинца, 1983г),С.Ф.Маренкина, В.М.Трухина. Фосфиды, арсениды цинка и кадмия. Минск,изд. А.Н. Вараксин, 2010.На основе результатов исследований, представленных в [2–5] сформулированы представления о возможностях применения этих материалов и приоритетные задачи, связанные с управлением их свойствами и свойствами активных структур на их основе. Таким образом, актуальность работы определяетсяогромным интересом исследователей к изучению свойств анизотропных материалов с научной точки зрения и существованием реальной перспективы созданияи применения приборов, изготовленных на основе соединений 2 5 .Связь работы с научными программами, планами, темами.В диссертационную работу включены результаты исследований и разработок выполненных на кафедре полупроводниковой микроэлектроники Технического университета Молдовы и в научно-исследовательской лаборатории «Полярон» Приднестровского государственного университета им.