Диссертация (1097819), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При этом согласие с экспериментальнымирезультатами достигается при условии, что постоянные времени 2 и 1 не зави-245сит от температуры, а постоянная времени 3 экспоненциально увеличиваетсяс температурой с энергией активации ∼ 0.83 эВ. Учитывая поведения полнойпроводимости от частоты и температуры, можно предположить, что заполнениеглубоких доноров в области квазинейтральности имеет более сложный характер, чем в моделях, предложенных в работах [231, 233]. Следуя [36], полагаем,что заполнение более глубоких донорных центров связано с термоэлектроннымпотоком электронов из металла в полупроводник и из полупроводника в металл,так как скорости обмена носителями заряда донорных центров с зоной проводимости на границе пересечения квазиуровня Ферми со строчкой 3 являютсямалыми.
В этом случае понятным становится совпадение энергии активации с высотой потенциального барьера , а также отличия возникающие втемпературных зависимостях емкости на низких частотах в структурах −, − − 2 и − − 2 .4.4Долговременная релаксация проводимости в барьерах на моноклинном дифосфиде цинка. Эволюция электрического полябарьера.При понижении температуры емкость и проводимость на всех частотах уменьшаются.
В области температур 78 < < 250 K в частотных характеристиках полной проводимости не проявляются особенности, связанные с постоянной времени 3 . Релаксация емкости послевключении обратного смещения имеет экспоненциальный характер зави-Рисунок 4.15: Зависимости темновой емкости барьера − − 2от времени после включения смещенияпри температурах,K: 1 —294.80;2 —216;3 —273;4 —симости во всем исследуемом интервале температур. Постоянная времени составляет 0.115±0.005 секунди остается постоянной в интервале температур 78 ÷ 410 К (рис. 4.15).246Временная зависимость емкости после выключения обратного смещения притемпературах < 250 K содержит несколько участков: быстрой и долговременной релаксации (рис.
4.16). Первый участок быстрой релаксации емкости имеет длительность от момента выключения обратного напряжения примерно доодной секунды и линейную зависимость в интервале 0 − сек с наклоном, растущим по величине с ростом температуры. Изменение емкости со временем научастке долговременной релаксации в темноте при низких температурах имеетстепенную зависимость с показателем = 0.018 при = 80 К.
Участок долговременной релаксации сокращает свою протяженность с увеличением температуры и при > 290 К не обнаруживается. Второй участок быстрого измененияемкости от времени следует за участком долговременной релаксации.Время восстановления емкости зависит от температуры,величины приложенного обратного смещения и при 80 K составляет ≈ 4 · 104 · · · 105 сек(по экстраполяции экспериментальных характеристик). Быстрое восстановление равновесного значения полной проводимости структур после выключенияобратного смещения при низкихтемпературах происходит подсветкой структуры светом изРисунок 4.16: Зависимости темновой емкости барьера − − 2 от времени после выключения смещения притемпературах , K: 1 — 80, 2 — 88, 3 — 100, 4 — 178, 5 — 219,6 — 229, 7 — 273, 8 — 294.собственной области поглощения света или после их нагрева до комнатной температуры.
Включение прямого смещения не оказывает влияния на процессыдолговременной релаксации проводимости.На рис. 4.17 представлены вольт — фарадные характеристики (BФX) структуры − − 2 в масштабе −2 = ( ), соответствующие неравновеснымзначениям емкости (0) после выключения напряжения смещения, в моментвремени перехода к долговременной релаксации.
Зависимости, соответству-247ющие равновесным значениям емкости ( ) при заданном постоянном смещении на барьере и после установления равновесия (0) при выключенном смещении, описываются формулой (4.18) и на рисунке не показаны. Отношение=(0)− (0)(0)−( )для различных структур составляет 0.3 · · · 0.89. Коэффициент не зависит от приложенного обратного напряжения в интервале значений1 ÷ 6 В, уменьшается до нуля при уменьшении напряжения до нуля и равеннулю при прямых напряжениях смещения.
При напряжении смещения > 6 Впараметр — уменьшается.При подсветке структуры светомиз спектральной области фундаментального поглощения зависимость от времени содержит начальныйучасток быстрой релаксации, а затем становится линейной, причем влинейной зависимости проявляютсядва участка с незначительно отличающимися наклонами (рис. 4.18).Отношение длительностей линейныхучастков во всех исследуемых образцах составляет 0.4 · · · 0.5.
Время вос-Рисунок 4.17: Зависимости квадрата обратной емкостибарьера − − 2 от напряжения на частоте = 10 кГц в момент времени , при температурах , K: 1 — 80, 2 — 115, 3 — 139, 4 — 159, 5 — 169.Сплошные линии — расчет по формуле (4.18).становления емкости обратно пропорционально произведению интенсивности света и коэффициента поглощениясвета полупроводника при значениях < 110 см−1 . При > 110 см−1 изменяется незначительно. Длина волны света, начиная с которой обнаруживается его влияние на время релаксации емкости, соответствует длинноволновомукраю поглощения −2 [184] (раздел 3.7).
Инфракрасное излучение с длинойволны в диапазоне 0.85 ÷ 40 мкм на характеристики емкости и проводимостине влияет.При температурах < 250 K для постоянных времени выполняются условия3 ≫ 2 > 1 . Поэтому при воздействии незначительного по величине внешнегонапряжения, изменением заряда в ОПЗ, связанным с уровнем 3 , можно пре-248 − − 2 от времени при температурах , K: a) 1 — 152, = 0) и b) 1 — 152, 2 — 122, 3 — 90, 4 — 80 (Световой поток ̸= 0,Рисунок 4.18: Зависимости емкости барьера2 —122,3 —90,4 —80длина волны(световой поток = 833нм). Сплошные линии на а) — расчет по формулам (4.19), (4.20).небречь.
При этом положение границы 1 пересечения строчки доноров 3 иуровня Ферми (рис. 4.19) зависит от приложенного внешнего смещения.При включении смещения в запорном направлении стационарное значенияемкости устанавливается с постоянной , определяемой скоростями тепловоговыброса электронов с уровней 1 , 2 и 3 , а при выключении напряжения— скоростью обмена электронами уровней 1 и 2 с зоной проводимости,скоростью захвата электронов на уровень 3 , распределение концентрации которых в ОПЗ определяется термоэлектронными потоками носителей заряда изметалла и объема полупроводника, и скоростью захвата дырок на уровень 3 .Процесс повышения потенциала на границе ОПЗ с полупроводником при выключении обратного смещения сопровождается инжекцией электронов из металла в полупроводник в сильном электрическом поле барьера, соответствующем значению до выключения обратного смещения и нейтрализации частиионизированных глубоких уровней.
При этом в слое 3 > > 1 на диаграммеэнергетических зон образуется провал (потенциальная яма). Заряд в этом слоеопределяется захваченными электронами на центры с энергией залегания 3и ионизированными уровнями с меньшей глубиной залегания, а рекомбинационные процессы подавлены малыми концентрациями основных и неосновныхносителей заряда и встречными электрическими полями для носителей зарядав сформированной таким образом потенциальной яме.
Для выбора модели, опи-249сывающей долговременную релаксацию емкости, важным является установление временной эволюции напряженности электрического поля () на границеметалл — полупроводник после выключения обратного смещения. () восстановлена для структур − − 2 c = 0.54 по спектрам экситонногоотражение света в электрическом поле барьера [184], измеренных при различных напряжениях, приложенных к барьеру, и по временным релаксациям отражения света от структуры на разных длинах волн (рис. 1.27). Из этой зависимости следует, что после выключения обратного смещения напряженностьполя уменьшается от значения, соответствующего напряжению, приложенномук барьеру до выключения, к значениям, соответствующим отсутствию внешнего напряжения. В этой зависимости выделяются два участка изменения поляот времени.
Участок медленного изменения поля соответствует долговременнойрелаксации емкости. Следует заметить, что представленная зависимость ()соответствует структуре с = 0.54, в которой участок быстрой релаксацииемкости ярко выражен и на структуру в это время действует световой поток.Учитывая выше изложенное и принимая во внимание то, что после выключениянапряжения на барьере измеряемое значение емкости связано изменением заряда на уровнях 1 и 2 , а в слое квазиравновесия величина заряда определяется неионизированными и ионизированными центрами 3 , можно предположить, что долговременная релаксация емкости в этих структурах определяетсявосстановлением равновесного распределения заряда в области потенциальнойямы ОПЗ.Для емкости в этом случае, при дополнительных условиях, что значенияемкостей и напряженностей электрического поля на границе полупроводника сметаллом до выключения обратного смещения и сразу после его выключениясовпадают, нами получено следующее выражение˜ = 01 ,5 + ()(4.19)где 5 = 1 + 1 + 2 + 3 + 4 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
