Диссертация (1097819), страница 48
Текст из файла (страница 48)
После отключения напряжения кристалл возвращаетсяв исходное высокоомное состояние.Как отмечалось выше на — образные ВАХ монокристаллов 3 2 оказывает влияние температура. С ростом температуры переключение происходитпри меньших напряжениях. При высоких температурах исчезает — образ-281ность ВАХ, образцы обладали положительным дифференциальным сопротивлением во всей исследованной области напряжений. Зависимость напряженияпереключения от обратной температуры в полулогарифмической шкале представляет прямую линию. При низких температурах переключение наблюдаетсятолько при освещении кристаллов.
После переключения, ВАХ имеет линейныйхарактер, и сопротивление образца в низкоомном состоянии не зависит от температуры и освещенности. Одновременно следует отметить, что были обнаружены кристаллы, которые обладали свойством электрической памяти [251–253].В переключенном низкоомном состоянии (состоянии памяти) образец мог находиться в течение длительного времени без приложенного напряжения смещения. Для этих образцов переход в выcокоомное состояние осуществляется нагревом до температуры ∼ 400 К.
Действие интегрального света на переключениебыло аналогично изменению температуры образца. ВАХ смещались в сторонуменьших напряжений, уменьшалось пороговое напряжение с ростом интенсивности света и при больших интенсивностях (∼ 10 лк) исчезала — образностьВАХ. При восстановлении высокоомного состояния можно было выделить двапроцесса: восстановление высокого сопротивления и восстановление пороговогонапряжения. На образцах без электрической памяти восстановление высокогосопротивления происходит практически мгновенно после снятия напряжениясмещения. Однако если после снятия напряжения через короткий интервал времени ∼ 1 с снова приложить напряжение , то образец сразу оказывается внизкоомном состоянии без переключения, то есть переключение наступает применьших пороговых напряжениях ′ .
Время восстановления порогового напряжения возрастает при увеличении выдержки образца в низкоомном состоянии.5.6Фотоэлектронные эмиттеры.Фотоэлектронные эмиттеры используются для регистрации одиночных фотонов в системах квантовой связи и квантовой криптографии, а также в традиционных сферах их применения для регистрации слабых световых потоков вфотометрии, ядерной физике, в приборах ночного видения 3 — го поколения идр. [155, 259–262].282В настоящее время созданы полупроводниковые фотокатоды (ФК) с расширенным в УФ области диапазоном 0.35 ÷ 0.9 мкм, с высокой чувствительностью в зеленой области спектра 0.5 ÷ 0.65 мкм и со сдвинутым в длинноволновую область краем чувствительности 0.55 · · · 1.1 мкм на основе гетероструктур //, // и /и // соответственно.
Организован промышленный выпуск фотокатодных ГС / с высокой однородностью параметровна подложках большой площади, пригодных для создания на их основе ЭОП3 — го поколения. Спектральная чувствительность фотокатодов в промышленных приборах на длине волны 1.06 мкм составляет ∼ 0.4 А/Вт, интегральнаячувствительность — 800 · · · 1000 мкА/лм.Расширение длинноволновой области чувствительности и увеличение квантового выхода фотокатодов является актуальной задачей. В частности, для этихцелей исследуются новых материалы, например, диарсенид цинка [196,263]. Использование анизотропных кристаллов в качестве фотокатодов придает новыекачественные характеристики таким приборам, такие как, поляризационнуючувствительность, расширение спектрального и температурного диапазона работы и др.Рассматривая поток фотонов, падающий на кристалл, с коэффициентом поглощения , коэффициентом отражения , ограниченный плоскостью = 0,интенсивность генерации электронно — дырочных пар в полупроводнике нарасстоянии от поверхности, можно описать выражением [155]:() · = · · (1 − ) · − · ,(5.1)где / определяет количество генерируемых электронов, участвующих в эмиссии.
В большинстве полупроводников − это отношение близко к единице.Поток электронов в плоскости = 0 определяется соотношением: ⃒⃒ (1 − )(0) = ⃒ =· =0 + /∫︁∞0− · −/ · ,(5.2)283где — скорость поверхностной рекомбинации в плоскости , и — коэффициент диффузии и диффузионная длина неосновных носителей заряда. Числоэмитированных электронов на один падающий фотон определяется [259]: = (1 − ),(1 + )( + /)(5.3)где — вероятность выхода с поверхности эмиттера.Из последнего выражения видно, что , , , произведение определяютвеличину фотоэмиттера с ОЭС, в тех случаях, когда отсутствуют факторыограничивающие диффузию неравновестных носителей заряда к границе эмиссии.
Коэффициент поглощения у большинства прямозонных полупроводниковсоставляет величину порядка 104 см−1 , диффузионные длины изменяются впределах нескольких микрон, скорости поверхностной рекомбинации у и2 одного порядка. Поэтому формулу (5.4) можно упростить: = (1 − ).(1 + )(5.4)Эффективность фотоэмиссии в ИК области спектра в существенной степениопределяется вероятностью выхода , так как эта величина экспоненциально падает по мере уменьшения ширины запрещенной зоны.
Наличие барьерамежду эмитирующей поверхностью и слоем создающим ЭОЭС является ограничивающим фактором увеличения квантового выхода для термализованныхΓ — электронов.Исследования фотоэмиссионных свойств поверхностей 2 5 , влияние на фотоэмиссионный ток внешних воздействий и отжига кристаллов (3.3) показали,что некоторые материалы (2 , 4 , 2 ) этой группы с дырочным типом проводимости являются перспективными для создания приборов эмиссионной электроники. На них легко реализуется состояние ЭОЭС, обеспечивается более сильная связь поверхностного слоя кристалла с адатомами, при этоместь возможность сдвинуть край длинноволновой чувствительности до 1.35 мкм(2 , 4 ) [264].284На рис.
5.19 показаны сравнительные спектральные характеристики фотоэмиттеров на основе твердых растворов и 2 .Как следует из представленных спектров, фотоэмиссия с поверхности диарсенида цинка, активированной до состояния ЭОЭС, показывает достаточно высокую квантовую эффективность в области 1 ÷ 1.35 мкм.
Форма спектральнойхарактеристики характерна для эмиттеров с ЭОЭС. Вклад в фототок даютпереходы производные от Γ15 − Γ1 — расщепленные спин — орбитальным взаимодействием и кристаллическим полем, причем в области края при комнатнойтемпературе проявляется особенности связанные с экситонными эффектами.При больших энергиях фотонов наблюдается рост фототока, обусловленныйпереходами 3 (1,2,3 ) − 1 , и более существенный рост фототока при энергияхфотонов ℎ > 2.5 эВ связывается с переходами 5 (1,2,3 ) − 1 .Следует ожидать более высокиххарактеристик такого катода приоптимизации концентрации свободных носителей заряда. Исследования проведены на кристаллах 2с концентрацией носителей заряда ≈ (1015 − 1016 ) см−3 , на которых высота потенциального барьера с достигает значений 0.6 эВи в приповерхностной области образуется потенциальная яма, где происходит эффективная рекомбинацияРисунок 5.19: Спектральные характеристикифотоэмиттеров на основе твердых растворов[155] и2[265].неравновесных электронов.
Оптимизация концентрации основных носи-телей заряда и покрытия, создающего ЭОЭС на поверхности кристалла, позволит повысить квантовый выход такого катода и термостабилизировать егосвойства.285Рисунок 5.20: Спектры поглощения (А) и пропускания кристаллов52 (2ℎ)разной толщины (В, С) вполяризованном свете.Особенности электронных, оптоэлектронных свойств этих материалов позволяют расширить возможности эмиссионных приборов. Некоторые из них описаны в работах [263, 265–270].5.7Применение моноклинных диарсенида и дифосфида цинка дляанализа линейно — поляризованного света.Принцип действия фотоприемников с чувствительностью к поляризации световой волны основан на особенностях поглощения света в анизотропных кристаллах. На рис.
5.20 представлены спектры поглощения и пропускания светав моноклинном дифосфиде цинка при комнатной температуре. Линейный дихроизм в этих кристаллах обусловлен запрещенным оптическим переходом вточке Γ1 энергетической структуры в поляризации ⊥ ( ‖ ). Как следуетиз этих зависимостей, область наибольшего оптического плеохроизма расположена в интервале длин волн 840 ÷ 860 нм.Для регистрации поляризованного света можно использовать непосредственно фоточувствительные структуры на основе диарсенида и дифосфида цинка,характеристики которых приведены в разделах (3.7—3.8), а также гетеропереходов на основе модификаций дифосфида цинка (разделах 5.1—5.4).
Анализ работы и характеристики таких приемников приведены также в работах[62, 171, 173, 198, 271–273]. Однако при небольшой степени поляризации излучения сигнал, пропорциональный степени поляризации, регистрируется на уровне286Рисунок 5.21: Датчики поляризации света (А) — на выпрямляющих контактах металл —полупроводник [272], (В) — на−переходах.больших величин, что предъявляет высокие требования к динамическому диапазону и шумовым характеристикам регистрирующей аппаратуры.В этом случае достаточно эффективны устройства в виде стопы из двух отдельных детекторов поляризованного излучения (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
