Электронный транспорт и фотопроводимость в нанокристаллических пленках PbTe(In) (1105304), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Оба эти фактора должны приводить к возрастанию амплитуды зонной модуляции и увеличению энергии активации ЕА.Уменьшение энергии активации при повышении температуры отжига в кислороде может быть обусловлено туннельной прозрачностью наиболее высокихмежкристаллитных барьеров. Эти барьеры не будут вносить вклад в температурные зависимости сопротивления исследованных образцов. Активационныезависимости удельного сопротивления в этом случае связаны с присутствиемболее низких, но туннельно непрозрачных барьеров. Повышение туннельнойпрозрачности барьеров в нанокристаллических пленках, отожженных в кислороде при температуре 350 оС, приводит к увеличению темпа рекомбинации,резкому уменьшению амплитуды фотоотклика и существенному снижениютемпературы появления задержанной фотопроводимости.При гелиевых температурах импеданс-спектры пленок PbTe(In) p-типа,отожженных в разных условиях, представлены одной ветвью.
Расчет параметров эквивалентных схем показал, что эти ветви соответствуют разным механизмам переноса носителей. В образце, отожженном при температуре 300 оС,энергия активации является наиболее высокой, и доминирующим механизмомтранспорта в данном случае являются активационные переходы через межкристаллитные барьеры. Этот же механизм транспорта отвечает и за высокочастотную ветвь импеданс-спектра неотожженной пленки.
В образце, отожженномпри 350 оС, импеданс-спектр определяет транспорт носителей заряда вдоль инверсионных каналов на поверхности зерен. На это указывает высокое значениеемкости в соответствующей эквивалентной схеме. Годограф для этой пленкипри гелиевой температуре аналогичен годографу, полученному для неотожженных образцов при подсветке. Подсветка не приводит к существенномуизменению импеданс-спектра этих пленок.
Поскольку вклад в общую проводимость от переноса через межкристаллитные барьеры для пленок, отожженных17при 350 oС, незначителен, анализ частотных зависимостей проводимости позволяет получить дополнительную информацию о характере переноса зарядавдоль инверсионных каналов на поверхности зерен. При температуре Т = 4.2 Кдействительная часть проводимости σ ' в области частотсвыше 10 кГц возрастает,следуя закону σ ' ~ ω 0.7 .
Подобные частотные зависимости характерны для прыжкового механизма проводимости. Температурная зависимость сопротивления в области низких температур Т <20 К следует закону Моттадля прыжковой проводимо-Рис.7. Температурная зависимость удельного сопротивления ρ, измеренного на постоянном токе при подсветке,для образца, отожженного при 350 оС.сти ρ ~ exp(T -1/4) (рис.7).В условиях подсветки на импеданс-спектре пленки, отожженной при 300оС, помимо контура, соответствующего транспорту носителей заряда вдольинверсионных каналов, наблюдается также высокочастотная ветвь, связанная сактивационными переходами через межкристаллитный барьер. Наличие наимпеданс-спектре окисленного образцавклада от проводимости черезмежкристаллитные барьеры даже в условиях подсветки связано с увеличениемвысотыбарьеровврезультатеотжига.ОтношенияZ ' DARK / Z ' LIGHTиZ ' ' DARK / Z ' ' LIGHT , полученные при Т = 77 К, имеют немонотонные частотные за-висимости, на частотных зависимостях наблюдается хорошо различимый максимум, вследствие суперпозиции двух механизмов транспорта.
На частотныхзависимостях фотоотклика компонент импеданса при температуре Т = 4.2 Каналогичного максимума не наблюдается. Отсутствие пика на частотных зависимостях относительного фотоотклика, по-видимому, связано с тем, что вкладот транспорта носителей заряда по инверсионным каналам в окисленных плен18ках в данном диапазоне температур является незначительным по сравнению свкладом барьеров.Следует отметить, что частотные зависимости фотоотклика в неотожженных и окисленных пленках при температуре жидкого гелия существенно отличаются. Это обстоятельство может быть обусловлено изменением микроструктуры пленок в процессе отжига.
В неотожженных пленках p-типа с малым размером кристаллита формирование инверсионных каналов обусловлено оборванными связями на поверхности зерен. Оже-спектральный анализ не обнаружил присутствия кислорода в этих пленках. При окислении пленок появляютсяоксидные фазы, а также дополнительные акцепторные состояния, образованныедиффундирующим кислородом.
При подсветке относительное изменение расчетного значения сопротивления барьеров ρB(DARK)/ ρB(LIGHT) в неотожженнойпленке составляет ~ 100, а в отожженной в кислороде при 300 oС - ~ 2000. Сопротивление инверсионных каналов в неотожженной пленке при подсветкеприблизительно в 30 раз выше, чем в отожженной пленке. Столь различные соотношения параметров, характеризующих транспорт в исследованных нанокристаллических структурах, приводит к качественно отличающимся частотнымзависимостям фотоотклика.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Проведены исследования транспортных свойств и фотопроводимости в на-нокристаллических пленках PbTe(In) в статических и переменных электрических полях при температурах от 4.2 до 300 К в диапазоне частот 20 Гц – 1МГц.2.
Показано, что микроструктура пленок является фактором, определяющимсоотношение вкладов в проводимость от различных структурных элементов:объема зерен, их поверхности и межзеренных границ. В текстурированныхпленках со средним размером кристаллита 300 нм проводимость n-типа определяетсяобъемомкристаллита.Задержаннаяфотопроводимостьнаблюдается при температурах Т < 25 K и связана с особенностями19поведения примеси индия в теллуриде свинца.
В пленках со среднимразмером кристаллитов от 60 до 170 нм проводимость определяетсятранспортом дырок по инверсионным каналам на поверхности зерен имежзереннымибарьерами.фотопроводимостьВобусловленаданныхструктурахкрупномасштабнымзадержаннаяпотенциальнымрельефом зон в наноструктуре и наблюдается при существенно болеевысоких температрурах Т < 150 K.3.
Анализ импеданс-спектров пленок PbTe(In) p-типа, проведенный в рамкахпредставления эквивалентных схем, позволил разделить вклады в проводимость от инверсионных каналов и межзеренных барьеров, оценить параметры (сопротивления и емкости), характеризующие эти вклады и определитьизменение этих параметров в зависимости от температуры и в условиях подсветки.4. Показано, что в области высоких температур (Т = 300 К) для всехисследованных образцов PbTe(In) p-типа доминирующим механизмомтранспортаявляетсяпроводимостьпоинверсионнымканаламнаповерхности зерен. При уменьшении температуры вклад в проводимость,связанный с переносом носителей через барьер, возрастает.5.
Обнаружено, что суперпозиция двух различных механизмов проводимости внанокристаллических пленках PbTe(In) может приводить к немонотоннойчастотной зависимости амплитуды относительного фотоотклика. Варьируятемпературу и частотный диапазон измерений, удается получить фотоотклик, амплитуда которого в несколько раз превышает соответствующее значение на постоянном токе. Для исследованных образцов максимальная амплитуда пика фотоотклика наблюдается для пленки со средним размеромкристаллита 130 нм.6. Показано, что отжиг в атмосфере кислорода пленки PbTe(In) с n-типом про-водимости (размер кристаллита 300 нм) приводит к формированию межкристаллитных барьеров, смене типа проводимости и появлению модуляциизонного рельефа.207.
Изучено влияние отжига в атмосфере кислорода на транспортные свойстваисследованных пленок PbTe(In) p-типа проводимости. Показано, что окисление пленок приводит к доминированию механизма транспорта носителейзаряда, связанному с активацией носителей на межкристаллитных барьерах,и увеличению фотоотклика.
Дальнейшее окисление приводит к повышениютуннельной прозрачности барьеров. Проводимость пленок в этом случае определяется инверсионными каналами на поверхности зерен. При этом в области низких температур наблюдается прыжковый механизм транспорта носителей заряда.Основные результаты диссертации опубликованы в работах:1. Добровольский А.А. Модификация свойств наноструктурированных пленокPbTe(In) при отжиге в кислороде // Материалы докладов XV Международ-ной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Ломоносов”, 811 апреля 2008 г., Москва, с.208-209.2. Ryabova L., Dobrovolsky A., Komissarova T., Dashevsky Z., Kasiyan V., Khokhlov D.
Grain size effect on the photosensitivity of nanocrystalline PbTe(In)films // Abstracts of Sixth International Conference on Inorganic Materials, Dresden, Germany, 2008, September 28-30, P2-64.3. Черничкин В.И., Хохлов Д.Р., Добровольский А.А. Транспортные свойстваокисленных наноструктурированных пленок PbTe(In) // Труды X Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике, 1-5 декабря 2008, СанктПетербург.4. Добровольский А.А., Черничкин В.И., Dashevsky Z., Kasiyan V., Рябова Л.И.,Хохлов Д.Р. Импеданс-спектроскопия фоточувствительных наноструктур наоснове PbTe(In) // Труды XIII Международного симпозиума “Нанофизика инаноэлектроника”, 16-20 марта 2009 г., Нижний Новгород, т.2, с.328-329.5. Dobrovolsky A., Dashevsky Z., Shufer E., Khokhlov D., Ryabova L.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
