Диссертация (1097819), страница 33
Текст из файла (страница 33)
3.13). Максимум 4 (2.445 эВ) является аналогом пика 5 (2.453 эВ) —модулированного фотоответа − 2 .Таким образом, учитывая, что в окрестности = 0 валентная зона 1 образует седлообразную зону, a 2 и 3 имеют экстремумы строго в = 0, можнообъяснить полосы 3 и 4 следующим образом: пик 3 (2.33 эВ) обусловлен переходами из максимума седловидной зоны 1 в зону 2 (рис. 3.13(г)), а максимум4 (2.408 эВ) обусловлен переходами Γ6 (3 ) — Γ7 (2 ).
В такой модели энергетическое расстояние 1 − 2 при 2 K равно 12 мэВ, а при 300 K равно 15 ÷ 20 мэВ.Тогда прямые переходы, происходящие строго в = 0 (прямые переходы по190краевому поглощению), расщеплены на меньшую величину ∼ 15 ÷ 20 мэВ, чтои наблюдается на эксперименте. Расщепление краевого поглощения, обусловленное переходами при 2 K равно 53 мэВ (2 − 1 = 53 мэВ), а непрямыхпереходов (2− 1= 90 мэВ), т.е. непрямые переходы происходят из 1 в 1[Γ7 − 3 (4 )], а прямые в = 0 — из 2 и 3 в 2 (Γ6 , Γ6 − Γ7 ). Энергетическоерасстояние между минимумами 1 и 2 [Γ7 − 3 (4 )] равно 0.212 эВ, а между2 и 3 (5 − Γ7 ) равно 0.368 эВ.
Максимум отражения 1 при 2.653 эВ при300 K смещается в сторону больших энергий на 25 мэВ. Этот пик отраженияимеет наибольший температурный коэффициент смещения, равный примерносмещению края поглощения. Это свидетельствует, что пик 1 обусловлен прямыми переходами 1 (1 ) — 3,4 (1 ). Эти переходы обнаруживаются также вспектрах — модулированной фотоэмиссии — 5 (2.68 эВ) и спектрах — модулированного фотоответа − 2 - 6 (2.69 эВ). Особенности 7 (2.77 эВ),8 (2.87 эВ) и 6 (2.7.8 эВ), 7 (2.8 эВ), по - видимому, обусловлены непрямымипереходами из 1 (2 ) в 3 , т.е. переходами Γ7 (Γ6 ) - 5 и Γ6 −5 соответственно.В последнем случае энергетическое расстояние 3 − 2 , т.е. между зонами 5 иΓ7 , равно 0.368 эВ. Пики 7 , 6 и 8 , 7 , объясняются непрямыми переходами,так как они не обнаруживаются в спектрах отражения. Максимум отражения2 (2.938 эВ) образуется в результате переходов 5 − 5 (рис. 3.13(г)).
В этоймодели энергетическое расстояние между переходами 3 − 4 равно 78 мэВ, адолжно было бы быть 53 ÷ 55 мэВ, если оба перехода прямые. Не исключенавозможность, что 3 является непрямым переходом из максимума седловиднойзоны 1 симметрии Γ7 в зону 1 симметрии Γ7 .Электронные переходы в дифосфиде кадмия в области минимума межзонного промежутка и в глубине полосы поглощения исследованы во многих работах[3,4,65,72,107,110,112,152,168,169]. Однако структура энергетических зон в области минимума межзонного промежутка определена неоднозначно [4, 72, 110].На рис. 3.14(а) представлены спектры отражения в области 2 ÷ 11 эВ, в которых обнаружены максимумы 1 − 14 обусловленные прямыми межзоннымипереходами (табл.
3.6). Самый длинноволновой пик отражения 1 наблюдаетсяпри 2.405 (300 K) и 2.479 эВ (77 K). Электронные переходы в области энергий191Таблица 3.5: Энергии пиков отражения (эВ) кристаллов8фотоэмиссионного тока с поверхности 2 (4 )пик1 , 1′1 , ′12′2345678: − 2 (48 )Δфэдс /Δ, 300 K ⊥ ‖ неполяризов.свет2.102.112.172.182.212.232.332.4082.453Δфэдс /Δ,2 (48 ).300 Kпикнеполяризов.свет12345672.222.332.4052.4452.682.782.832.692.772.84Таблица 3.6: Энергии пиков отражения (эВ) кристалловфотоэмиссионного тока с поверхностимодулированных по длине волныи фотответа активных структур на2 : − — модулированная фотоэмиссия2модулированных по длине волныи фотответа активных структур на— модулированный фотоответ2 − − − 2пик300 Kпик77 K300 K345689101112131415162.10123456789101112132.142.022.172.162.152.222.292.472.632.662.783.003.153.323.503.72 .2.212.262.472.412.522.492.662.552.6852.712.822.853.03.2 > 1 обнаруживаются также в — модулированных спектрах фотоэмиссии(рис.
3.14(б)) и в спектрах — модулированного фотоответа диодов − 2(рис. 3.14(в)). В спектрах модулированной по длине волны фотоэмиссии в области 2.0 ÷ 2.22 эВ выделяется группа максимумов 1 − 5 (табл. 3.5), котораяобусловлена непрямыми и прямыми переходами в минимуме межзонного промежутка. Эти пики обусловлены непрямыми переходами Γ7 − 3,4 и Γ6 − 3,4с поглощением и эмиссией фононов [4, 107, 169].
Не исключена возможность,что валентные зоны 1 и 2 представляют собой энергетические поверхностиседлообразной формы [169].192Рисунок 3.14: Спектры— модулированной фотоэмиссии − 22 : − (а)и— модулированной фотоэдс(б).На рис. 3.15 представлен фрагмент — модулированного фотоэмиссионноготока для 2 : − , где проявляются особенности, связанные с переходами1 − 6 .В спектрах — модулированного фотоэффекта − 2 также обнаруживаются непрямые переходы Γ7 , Γ6 −3,4 .
В области > (Γ7 − 3,4 ) в 2при 2 K обнаружены непрямые переходы с пороговойэнергией 2 = 2.187 эВ.По — видимому, структураРисунок 3.15: Спектрдля2 : − — модулированного фотоэмиссионного токав области края фундаментального поглощения.1 − 4 обусловлена этимипереходами. В центре зоныБриллюэна происходят переходы Γ7 (Γ6 − Γ7 ) и Γ6 − Γ7 , которые обнаруживаются в виде пиков 6 и 7 — модулированной фотоэмиссии. Расщепление 1193(2 − 3 ) ( = 0) равно 0.033 эВ.
В спектрах — модулированного фотоответаобнаруживаются пики 5 и 6 в спектрах — модулированной фотоэмиссии пик 8 . Эти максимумы, также как и пики поглощения 1 и 2 , обусловленыпереходами 1 − 3 , и 1 ′ − 3 ′ . В этом случае валентные зоны 1 − 1 ′ расщеплены на 0.05 эВ. Температурный коэффициент смещения длинноволновогопика отражения 1 равен температурному коэффициенту смещения края поглощения.
При изменении от 300 до 77 K пик 1 смещается на 74 ÷ 90 мэВ. Вспектрах — модулированной фотоэмиссии пики 9 и 10 обусловлены непрямыми переходами Γ7 (Γ6 − 5 ), т.е. из 1 (2 ) в 3 и Γ6 − 5 (3 − 3). Вспектрах — модулированного фотоответа при 77 K эти переходы проявляются особенностями 7 (2.66 эВ) и 8 (2.680 эВ) (рис.3.14(в)). В последнем случаерасщепление Γ7 −5 равно 0.209 эВ, а энергетическое расстояние 3,4 −Γ7 равно0.14 эВ. Прямые оптические переходы 5 − 5 из валентных зон 1 и 2 в 3 ,по - видимому, обусловливают пики отражения 2 и 2 ′ .
Таким образом, в прямозонных и непрямозонных полупроводниках исследования модулированной подлине волны фотоэмиссии и фотоответа диодных структур представляют собойдополнительную информацию об электронных переходах в области < 1 (1- длинноволновой переход, проявляющийся в спектрах отражения).Выводы: Изучены фотоэмиссионные спектры с чистых и активированныхповерхностей дифосфидов и диарсенидов цинка и кадмия. Проведен сравнительный анализ эмиссионных спектров со спектрами отражения собственнойобласти и фотоответа с активных структур на этих полупроводниках.
Установлено, что в спектрах отражения и — модулированной фотоэмиссии 2 ,особенности (максимумы и перегибы) расположены практически при тех жеэнергиях. Cпектры — модулированной фотоэмиссии 4 : − исследованы в поляризованном свете. Установлена поляризационная зависимость фотоэлектронной эмиссии для ‖ и ⊥ в этом полупроводнике. Спектры — модулированной фотоэмиссии и отражения согласуются в интервале энергий > 1.5 эВ. Спектры — модулированной фотоэмиссии исследованы на моноклинных и тетрагональных кристаллах дифосфида цинка. Найденные энергиипереходов из фотоэмиссионных спектров сравниваются с переходами получен-194ными другими методами. Переходы Γ7 (Γ6 ) - Γ7 ) и Γ6 - Γ7 в центре зоны Бриллюэна в 2 обнаруживаются в спектрах — модулированной фотоэмиссиив виде пиков 6 и 7 .
Сопоставлением спектров — модулированного фотоответа и — модулированной фотоэмиссии установлено, что валентные зоны1 − 1 ′ расщеплены на 0.05 эВ. В спектрах — модулированной фотоэмиссиипики 9 и 10 обусловлены непрямыми переходами Γ7 (Γ6 − 5 ), т.е. из 1 (2 )в 3 и Γ6 − 5 (3 − 3 ). По этим данным определено расщепление Γ7 − 5 в2 равное 0.209 эВ и энергетическое расстояние 3,4 − Γ7 - 0.14 эВ. Прямыеоптические переходы 5 − 5 из валентных зон 1 и 2 в 3 , по - видимому, обусловливают пики отражения 2 и 2 ′ .
Таким образом, в прямозонных инепрямозонных полупроводниках исследования модулированной по длине волны фотоэмиссии и фотоответа активных структур дают дополнительную информацию об электронных переходах в области < 1 (1 - длинноволновойпереход, проявляющийся в спектрах отражения).3.5Спектральные характеристики фототока барьеров металл —2 . Влияние электрического поля.Структуры металл — полупроводник на соединениях − использовалисьдля исследования зонной структуры этих материалов и выяснения возможностей их применения в качестве поляризационно — чувствительных фотоприемников [62, 65, 170–177].Длинноволновый порог фототока в структурах −, −, −, − 2(рис. 3.16(a)) составляет 0.86 − 1.0, 0.92 − 0.96, 1.03 − 1.05, 1.14 − 1.17 эВ соответственно и связывается с высотой потенциального барьера .
Может бытьотмечена корреляция между высотами барьеров для структур с , и ,определенными из вольт — амперных характеристик, вольт — емкостных измерений на низких частотах, и значениями энергий длинноволнового порогафототока, полученных из фотоэлектрических измерений.Спектральная зависимость фототока в структурах − 2 в интерваледлин волн 1.05 ÷ 1.35 мкм, − 2 в интервале длин волн 0.65 ÷ 1.35 мкм и−, − 2 в интервале длин волн 0.96 ÷ 1.05 мкм удовлетворяет уравне-195Рисунок 3.16: Спектральные характеристики барьеров металл —— − 2 ,b) — − 22 :a) 1 — − 2 ,2 — − 2 ,3в зависимости от приложенного напряжения.нию:ℎ = ( ) · (~ − + Δ )2 ,(3.3)где ~ — энергия фотона, Δ — понижение высоты барьера силами зеркального изображения и квантово — механическими поправками, ( ) — функциянапряженности электрического поля , характеристик светового потока и оптических констант структуры.В структурах − 2 и − 2 в интервале длин волн 0.64 ÷ 0.96 мкми 0.62 ÷ 0.96 мкм соответственно наблюдается отклонение от закона Фаулера[178].
В интервале длин волн 0.62 ÷ 0.64 мкм в барьерах −, − 2проявляется падение фототока. В структурах −2 в этой же спектральнойобласти происходит инверсия знака фототока при напряжениях = −0.4 ÷−9 В (рис. 3.16(b)).В структурах −, −2 величина фототока в выше указанных областяхспектра на 1 — 2 порядка меньше, чем в структурах −, − 2 . Уменьшение величины фотоэмиссионного тока может иметь место при одновременнойэмиссии электронов и дырок из металла при поглощении фотонов в контактеметалл — полупроводник [179]. Используя представления, изложенные в [179]для объяснения нестационарной фотоэдс в барьере с глубокими уровнями, можно предположить, что в случае, когда > /2 ( -ширина запрещенной зоныполупроводника), существенными становятся процессы захвата на центры при-196липания дырок, эмитированных из металла или оптически возбужденных примежзонных переходах.
Особенности в структурах с < /2 в интервале длинволн 0.62 ÷ 0.64 мкм имеют место в области края межзонных непрямых переходов с поглощением и испусканием фонона с энергией 27 мэВ, а длина волныминимума фототока приблизительно соответствует ширине запрещенной зоны2 . Инверсия знака фототока может быть связана с диффузией электроновиз области квазинейтральности, когда генерация неравновесных дырок светомприводит к росту рекомбинационных процессов в ОПЗ и градиента для электронов, а приложенное обратное смещение расширяет пространственную областьловушек для неосновных носителей заряда.Внешнее напряжение , приложенное к барьеру в запорном направлении, увеличивает величину фототока (за исключением вышеупомянутого случая структур − 2 ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
