Диссертация (1097819), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Т.Г.Шевченко.Некоторые разделы работы выполнена в рамках научно-технической программы «Физика твердотельных наноструктур» (грант №95-1001) и проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 9602-16933 и № 97-02-18138).Цель и задачи исследования:Основной задачей диссертационной работы является экспериментальное исследование анизотропии оптоэлектронных свойств полупроводниковых кристаллов 2 5 с пониженной симметрией а именно, влияние понижения анизотропии на их оптические и фотоэлектронные свойства, изучение явлений наповерхности и на границах раздела таких кристаллов с металлами и другимиполупроводниками, выяснение возможностей практического применения опти-8ческого и фотоэлектрического дихроизма и оптической активности этих полупроводников.Решены следующие задачи:1.
Разработаны технологии получения совершенных нелегированных и легированных , , , , , , кристаллов 2 , 2 , 2 , в томчисле твердых растворов в системах 2 −2 , 2 −2 , структурметалл — полупроводник с омическими контактами и барьерами Шоттки к5кристаллам 2 , 2 (48 ), 2 (2ℎ), 2 , 4 .2. Разработаны методы, сконструированы и созданы экспериментальные установки для измерения оптических, фотоэлектрических и эмиссионных характеристик кристаллов и поверхностно - барьерных структур в поляризованном свете, в том числе методом модуляции по длине волны света.3. Исследованы оптические свойства кристаллов в интервале длин волн (0.2 −1000) мкм в поляризованном свете, фотоэлектронная эмиссия с поверхностей кристаллов 2 5 , электрические, фотоэлектрические и др.
характеристики поверхностно-барьерных и гетеропереходных структур.4. Построены теоретические модели для интерпретации электронных переходов в оптических спектрах, электрических и фотоэлектрических процессовв структурах Шоттки и гетеропереходах.Объект исследования.Двулучепреломляющие кристаллы группы 2 5 и приборные структуры наих основе: диоды Шоттки, − — переходы, гетеропереходы на полиморфныхмодификациях, фотоприемники и фотодетекторы линейно поляризованного излучения, фотокатоды с отрицательным электронным сродством, электронныеи оптические переключатели и элементы памяти.Предмет исследования.Спектроскопия собственных и примесных состояний бирефрактивных полупроводниковых кристаллов группы 2 5 , фотоэлектронные явления и явленияпереноса заряда в этих материалах и структурах на их основе.9Методы исследования.Оптическая и фотоэлектронная спектроскопия на спектрометрах высокогоразрешения и светосилы — двойном люминесцентном спектрометре СДЛ — 1,двойном рамановском спектрометре ДФС — 32, спектрометрах МДР — 2 и МДР— 23, SPECORD — M40, JASCO — 670, Фурье — спектрометре ЛАФС — 1000,частотная, вольт — ёмкостная, оптическая и фотоэмиссионная спектроскопиив цифровом формате с последующей математической обработкой в широкоминтервале температур (Низкотемпературные измерения выполнены преимущественно в жидком гелии при 2 К в Санкт-Петербурге и при 10 К в замкнутойгелиевой системе LTS-22 C 330 optical cryogenic system).Научная новизна.Научная новизна работы определяется новыми физическими результатами:5) впервые обнаружены водородоподобные состояния– В кристаллах 2 (2ℎв области края фундаментального поглощения, детально исследованиы синглетные экситоны симметрии Γ−2 (), разрешенные в поляризации ‖ и−ортоэкситоны симметрии 2Γ−1 () + Γ2 () в поляризации ⊥ .
Контурыотражения основного состояния экситонов Γ−2 () изменяется от 5 до 95% иописываются классическим экситон-поляритонным эффектом. Обнаружены линии возбужденных состояний экситонов до = 7.– Экспериментально подтвержден вывод о значительной силе осциллятора5экситонов Γ−2 () в кристаллах 2 (2ℎ ) и о значительной величине энер-гии связи биэкситонов в 2 , что расширяет перспективы экспериментальных исследований экситон — биэкситонной конверсии в полупроводниках.5– В кристаллах 2 (2ℎ) обнаружена уникальная обратная водородоподоб-ная серия (ОВС) из 9 линий поглощения с длинноволновой стороны спектраэкситонных состояний и прямые водородоподобные серии (ПВС) с длинноволновой стороны каждой линии ОВС.
ОВС обусловлена взаимодействием электронов в зонах проводимости с противоположными эффективнымимассами 1 > 0 и 2 < 0 (биэлектрон) [6], а ПВС обусловлены взаимодействием биэлектрона с положительно заряженным центром в запрещенной10зоне. Эти водородоподобные состояния представляют вместе биэлектроннопримесный комплекс (БПК). Спектроскопия ОВС и БПК стимулировалисерию теоретических работ по БПК (опубликовано более 15 теоретическихисследований). К публикациям по ОВС имеются множество адресаций. Существование двух связанных электронов (2) с противоположными массамиподтверждено в книге М. Кардоны исследованиями трионов (связанное состояние двух электронов и одной дырки) в магнитных полях, а также вэкспериментах по сильно возбужденным электронам в [7].
Состоянияпо ОВС рассматриваются в отчетах венчурного фонда ВПК России.– Обнаружены и впервые исследованы гетеропереходы на полиморфных модификациях дифосфида цинка, что расширило спектр гетерогенных системи представления об их образовании на кристалло-геометрических приципахРуайе-Фриделя и псевдоморфизме Ван-дер Мерве, а также образования островковых зародышей по механизму Странского — Крастанова не только наплоскости, но и в объеме. Анизотипные и изотипные гетероструктуры наполиморфных модификациях дифосфида цинка, составленные из дихроичных и гиротропных фрагментов, представляют интерес для обработкисигналов в приборах поляризационной оптоэлектроники.– Экспериментально доказана возможность создания состояния эффективного отрицательного электронного сродства (ЭОЭС) на поверхностях исследуемых соединений, что увеличило число фотоэмиссионных материалов ипривело, в частности, к сдвигу красной границы фотоэлектронной эмиссии до 1.35 мкм за счет получения ЭОЭС на и созданию приборовэмиссионной фотоэлектроники, чувствительных к поляризации света.– Исследованы оптические, фотоэлектрические и фотоэмиссионные явленияв бирефрактивных кристаллах группы 2 5 , структурах металл — полупроводник, гетеропереходах, а также явления переноса заряда в этихструктурах.
Результаты этих исследований позволили установить рамкивозможностей применения материалов этой группы для задач поляризационной фотоэлектроники на анизотропных кристаллах. При этом, обнаружены долговременная релаксация проводимости в поверхностно - барьерных115структурах на 2ℎ(эффект памяти), не имеющая аналогов в других ма-териалах и структурах, токи, ограниченные объемным зарядом (ТОПЗ), в5тонких слоях − 2 (2ℎ) и другие оптические, электрические и фото-электрические эффекты, свойственные этим материалам и структурам.– Впервые обнаружены связанные экситоны на аксиальных центрах , , и в кристаллах 2 (48 ) и 2 (48 ) и установлена связь между параметрами расщеплений состояний электрона кристаллическим полем (Δ ) и спин-орбитальным взаимодействием (Δ ) и природой центров,с которыми связан экситон и построены энергетические схемы электронныхпереходов.– Обнаружены новые особенности оптической активности в кристаллах2 (48 ), связанные с возможностью получения твердого раствора илидоменов из энантиомерных фаз дифосфида кадмия вариацией технологииполучения кристаллов.– Установлено, что из-за значительных величин бирефракции в относительнотонких пластинах одноосных тетрагональных кристаллов дифосфидов цинка и кадмия и двухосных моноклинных кристаллов дифосфидов и диарсенидов цинка в определенных направлениях распространения поляризованного света проявляется ярко выраженная интерференции обыкновенных инеобыкновенных лучей.
Запрет на оптические переходы для определенных5обуславполяризаций света в зонной структуре кристаллов симметрии 2ℎливает значительную бирефракцию в области края фундаментального поглощения и определяет природу линейного дихроизма.Практическая значимость полученных результатов.Разработана технология получения нелегированных и легированных монокристаллы группы 2 5 высокого качества, а также омических и выпрямляющих контактов к ним (барьеров Шоттки, − — переходов и гетеропереходовна основе этих соединений).12Разработаны методики — модуляционной спектроскопии исследования поверхностных и объемных оптических, фотоэлектрических и фотоэмиссионныхсвойств полупроводников.Разработана и изготовлена установка для комплексного исследованиясвойств поверхности полупроводников, фотоэмиссии, оже — спектров, масс —спектров с возможностью прогрева образцов, ионного травления поверхности,активирования и др.Разработаны технологии получения атомарно чистой поверхности кристал55лов 2 (2ℎ), 2 (48 ), 2 (2ℎ), 2 (48 ), 4 и снижения работывыхода для приборов фотоэмиссионной электроники.Проведено комплексное исследование свойств поверхности соединений груп55пы 2 5 : 2 (2ℎ), 2 (48 ), 2 (2ℎ), 2 (48 ), 4 .
Показана пер-спективность использования моноклинных материалов дырочной проводимостив качестве фотоэлектронных эмиттеров для ИК области спектра.Впервые разработаны и созданы опытные образцы: инверторов тока, схарактеристиками, управляемыми поляризацией излучения, поляризационночувствительных фотоприемников, фотоэмиттеров для ближней ИК — областиспектра, узкополосных фотодетекторов, бистабильных электрических переключателей, реле времени и элементов памяти, оптических фильтров, в том числедля фильтрации импульсов лазерного излучения, несущих информацию в окнахпрозрачности оптических волокон (1.3 и 1.5 мкм).Положения выносимые на защиту:1. Результаты экспериментальных исследований свойств экситонных состоя55ний в кристаллах 2 (2ℎ),2 (48 ),2 (2ℎ) и 2 .
В кристаллах52 (2ℎ) спектры экситонов обусловлены сильным экситон -фотоннымвзаимодействием. Экситоные переходы разрешены в поляризации ‖ иобладают симметрией Γ−2 (). В поляризации ⊥ переходы в экситонныесостояния слабо разрешены и образуют ортоэкситонную серию с симметри−−ей 2Γ−1 () + Γ2 (). Синглетные экситоны Γ2 () и ортоэкситоны симметрии−2Γ−1 + Γ2 происходят от одной и той же пары зон. Разные энергии связи13экситонов обусловлены различной эффективной массой дырок для различных направлений волнового вектора .52. В длинноволновой области экситонных спектров кристаллов 2 (2ℎ) сэлектронной проводимостью обнаружена и детально исследована обратнаяводородоподобная серия (ОВС) состоящая из 9 линий поглощения, обусловленная биэлектронно — примесным комплексом (БПК).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
