Диссертация (1097819), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Применениедифосфидов и диарсенидов цинка икадмия.5.1Кристаллохимические основы образования гетеропереходов наполиморфных модификациях кристаллов.В работе [200] представлены результаты исследований электрических и фотоэлектрических свойств впервые обнаруженных гетеропереходов на полиморфных модификациях дифосфида цинка. Природа гетероэпитаксии в этой полиморфной системе фаз изучена сравнительно недавно [239]. В [239] показано,что эпитаксиальный рост, одной модификации на другой, возможен благодаряпрактически идентичным атомным цепям, образованным атомами и (1) фазы и атомами (2) и (1) фазы в кристаллографических направлениях(110) и (010) соответственно.Структуры гетеропереходов − 2 , исследованные в данной работе, получены из газовой фазы и при охлаждении расплава 2 (рис. 5.1).
Кристаллы — и — фазы дифосфида цинка, составляющие гетеропереходную структуру, полученную из газовой фазы, имеют четко выраженные грани естественногороста. Граница гетероперехода только в некоторых случаях имеет выраженнуюкристаллографическую ориентацию (рис. 5.1 (А)).259Рисунок 5.1: Гетеропереходные структуры − − 2 ,выращенные из газовой фазы (слева) и израсплава (справа).260Технологические условия управляемого получения кристаллов и фаз2 газотранспортным к настоящему времени окончательно не установлены.В процессе переноса получены, как правило, либо кристаллы фазы, при температурах 830 · · · 850, либо обе модификации. Это связано с проблемамиконтроля состава газовой фазы и достаточно близкими термодинамическимихарактеристиками обеих фаз.
В процессе многочисленных переносов в газовойфазе 2 установлено, что морфология роста областей и фаз 2 достаточно многообразна (рис. 5.1). Ориентация и областей 2 относительнодруг друга представлена на рис. 5.2. Как следует из изучения морфологии роста гетероструктур плоскость (001) — фазы образует с плоскостью (110) — фазы 2 угол 123°, а ось [001] — фазы 2 направлена к плоскости(001) — фазы под углом 37°.
Плоскость сращивания (101) — фазы с —фазой расположена под углом 30°по отношению к направлению (100) — фазы.В тоже время сращивание — фазы с — фазой происходит также по другим направлениям с нарушением плоскостности границы раздела. Во многихслучаях наблюдались 3 — мерные кристаллы — фазы в матрице — фазы.Из жидкой фазы гетеропереходные структуры образуютсяпри медленном охлаждении расплава в камере высокого давления и представляют собой чередующиеся и слои. Приизбытке фосфора, до полногоистощения этим компонентомжидкой фазы, кристаллизуетРисунок 5.2: Ориентация кристаллографических осейфаз в гетеропереходных структурах − − 2 .ися черная фаза, затем красная,при этом раствор обогащаетсяфосфором до концентрации, при которой снова начинается кристаллизациячерной фазы и т.д. При этом направление роста области фазы совпадаетс направлением кристаллографической оси С, а области с — фазой имеютполикристаллическую структуру (рис.
5.1 (В)). Толщина слоев колеблется в261пределах 0.8 ÷ 1 мм. Такой характер роста указывает на то, что переход в слоях из одной фазы в другую, в данном случае, связан с изменением соотношенияконцентраций компонентов соединения и параметров кристаллической решеткипри отклонении состава от стехиометрии при температуре кристаллизации. Всоответствии с диаграммой состояния − максимальная растворимость и в соединении составляет ≈ 0.01 ат.% [149, 240].В классическом варианте эпитаксиальный рост имеет место при рассогласовании параметров решеток = −( и нормальные межатомные рассто-яния в подложке и эпитаксиальном слое в двух выбранных на поверхностинаправлениях), не превышающем 15% при условии, что в обеих областях имеются параллельные атомные плоскости на которых расположение атомов идентично или подобно в соответствии с принципом Руайе о структурно — геометрическом подобии [241]. В данном случае можно говорить также о проявлениипсевдоморфизма [242].
Экспериментально известен одномерный полиморфизм,соответствующий этим принципам, на политипах карбида кремния [243].Подобные структуры могут быть реализованы для пар из полиморфных модификаций допускающих топологический переход одной пары в другую [88].Для соединений группы 2 5 наблюдается по диаграммам состояния цепочкаполиморфных превращений в конденсированном состоянии: 410 − 410 (410 ) −5915.) − 2ℎ2(2ℎКристаллические структуры полиморфных фаз 2 подчиняются правилу полной валентности тетраэдрически скоординированных атомов - равенствачетырех электронов на атом. В каждой из них каждый атом цинка окруженчетырьмя атомами фосфора и каждый атом фосфора окружен двумя атомамицинка и двумя атомами фосфора. В — фазе атомы цинка занимают эквивалентные с кристаллографической точки зрения позиции, а два атома фосфораразные 1 и 2 .
В — модификации — шесть неэквивалентных позиций атомов— 2 (1 и 2 ) и 4 (1 , 2 , 3 и 4 ). Атом 1 имеет слабо деформированную тетраэдрическую координацию, атом 2 имеет координацию подобнуюатому в — фазе. Атом 1 — фазе связан с атомом 2 и является аналогомпо позиции с атомом 2 в — фазе. Атомы 2 , и 3 в — фазе структурно эк-262вивалентны и каждый связаны атомами 1 и 2 . Атом 4 — фазе являетсяаналогом по позиции с атомом 1 в — фазе по тетрагональному углу [244].Можно предположить, что с увеличением напряжений в кристаллической решетке с ростом числа вакансий фосфора энергетически выгодными становятсясвязи − , что ведет к изменению структуры кристалла и трансформацииполитипа в процессе роста. Межатомное расстояние связи − при перехо-˚, аде от тетрагональной фаз к моноклинной уменьшается от 2.397 до 2.36 ˚ соответственно. При1 − 4,1 и 2 − 3,2 от 2.164 до 2.167 и от 2.218 до 2.222 переходе от — фазы к — фазе расстояние между фосфорными соседяминезначительно уменьшается (отношение расстояний равно 0.998), а между цинком и фосфором увеличивается (отношение расстояний равно 1.016).
Максимумэлектронной плотности в связях −2 −1 в тетрагональной фазе расположенближе к отрицательному фосфору, чем в моноклинной. Следствием этого является большая локализация электронов и большая ширина запрещенной зоны.Связи 2 −1 в цепочках 1 −2 −1 и 2 −4 −3 в и фазах соответственноэквивалентны [239, 244].Состав структурных дефектов и равновесие в дефектной системе определяются соотношениями компонентов при температуре кристаллизации, режимомохлаждения и характеристиками газовой фазы при кристаллизации и охлаждении кристаллов.
Тип проводимости и концентрации носителей заряда в фазепри росте кристаллов из газовой фазы также определяются давлением паровкомпонентов и температурой [149]. В зависимости от условий роста из газовой фазы образуются изотипные и анизотипные − гетеропереходы [152].В изотипных гетеропереходах (1 область — фаза, 2 область — фаза)зависимость тока от напряжения смещения определяется обратно смещеннымибарьерами на границе раздела при обоих полярностях приложенного смещения.В [200] изучены гетеропереходы, полученные из газовой фазы. На рис. 5.1представлен общий вид таких сростков. Образцы гетеропереходов, используемые для исследований, были вырезаны из описанных выше структур.
Использовались в основном два варианта образцов. В одном из вариантов торец гетероперехода выходит на поверхность (торцовый гетеропереход), во втором —263Рисунок 5.3: Энергетическая диаграмма анизотипного гетероперехода() − () − 2 .плоскость гетероперехода параллельна плоскости структуры. Ниже представлены результаты исследований анизотипных гетеропереходов () − () − 2 ,полученных из газовой фазы, и изотипных гетеропереходов ()−()−2 ,полученных из газовой и жидкой фаз.5.2Электрические характеристики гетеропереходов − − 2 .5.2.1 Вольт — амперные характеристики гетероперехода () −() − 2.Энергетическая диаграмма анизотипного гетероперехода () − () − 2построена в соответствии с моделью Шокли — Андерсона [245].
Разрыв — зоны Δ определяется разностью значений электронного сродства поверхностейсращивания — и — модификаций. Так как обе контактирующие поверхностиимеют практически одинаковые конфигурации атомных сеток, можно предположить, что близкими являются энергетические характеристики поверхностей.В этом случае разрыв зоны проводимости Δ ≈ ±0. Разрыв валентной зоныΔ и контактная разность потенциалов · определены в соответствии с [245]и составляют ≈ 0.6 и 0.9 эВ соответственно (рис. 5.3).Вольт — амперные характеристики гетерероперехода − − 2 представлены на рис. 5.4 В области малых токов и при напряжениях > 50 · · · 100 мВ264Рисунок 5.4: Вольт — амперные характеристики гетероперехода − − 2a — прямые, b — обратные.зависимости тока от напряжения описываются экспоненциальной функцией = 0 · exp [/ ] с коэффициентом = 1.22 · · · 1.23 при комнатной температуре.
Коэффициент с ростом температуры до 380 · · · 390незначительноуменьшается, затем растет. Увеличение обусловлено ростом темпа рекомбинационных процессов. Так как высота барьера для дырок намного больше высотыбарьера для электронов, то током дырок можно пренебречь и считать, что токопределяется электронной составляющей, а рекомбинация происходит в узкозонной части структуры. При дальнейшем росте напряжения ток ограниченсопротивлением базы диода.Во всех исследованных структурах ВАХ при обратном включении до пробояописывается линейной зависимостью. Ток гетероперехода при обратном включении определяется неосновными носителями — и — модификаций 2 .Температурная зависимость тока на этом участке имеет активационный характер с энергией = 0.25 · · · 0.27 эВ. Линейный характер тока в допробойнойчасти ВАХ может быть связан с токами ограниченными пространственным зарядом в высокоомной части — фазы при инжекции носителей заряда из —области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
