русская версия

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
НПО «ФИЗИКА-СОЛНЦЕ» им. С.А. АЗИМОВА
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С.В.СТАРОДУБЦЕВА
____________________________________________________________
На правах рукописи
УДК 621.315.592
ХОЛИКОВ КУРБОНБОЙ ТУЙЧИЕВИЧ
ПОЛУЧЕНИЕ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
pSi-n(Si2)1-x(CdS)x, nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y ГЕТЕРОСТРУКТУР
01.04.10 - Физика полупроводников
А В ТО Р Е Ф Е РА Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Ташкент-2010
Работа выполнена в Физико-техническом институте НПО «Физика-Солнце»
им. С.А.Азимова Академии Наук Республики Узбекистан
Научный руководитель:
кандидат физико-математических наук,
с.н.с. Усмонов Шукрулло Негматович
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук,
проф. Мирсагатов Шавкат Акрамович
кандидат физико-математических наук,
с.н.с. Махкамов Шермахмат
Ведущая организация:
Ташкентский государственный
технический университет
Защита состоится «____» ___________ 2010 года в ___ часов на заседании
Специализированного совета Д.015.08.01 при Физико-техническом институте НПО
«Физика-Солнце» им. Академика С.А.Азимова АН РУз по адресу: 100084, г. Ташкент, ул.Бодомзор йули, 2б, Факс (371)235-42-91, E-mail: karimov@uzsci.net
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института
НПО «Физика-Солнце» АН РУз.
Автореферат разослан
«_____»________________2010 г.
Отзыв на автореферат заверенный печатью в двух экземплярах просим отправить по
вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета
Ученый секретарь
Специализированного совета,
д.ф.-м.н., профессор
Каримов А.В.
2
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы. В настоящее время ведутся интенсивные исследования
в области полупроводникового материаловедения с целью получения новых материалов, снижения их стоимости, а также изготовления структур, используемых для создания приборов оптоэлектроники. Соединения A2B6 и A3B5 и их твердые растворы считаются основными материалами для создания на их основе полупроводниковых приборов. Но многие соединения A2B6 и A3B5 являются дорогостоящими материалами, и
поэтому использование массивных элементов на их основе в широком масштабе будет ограничено с экономической точки зрения. Учитывая, что активная область
оптоэлектронных элементов составляет несколько микрометров, целесообразным
является выращивание таких соединений на доступных и дешевых подложках, изготовленных, в частности, из монокристаллического кремния. Однако, из-за различия
параметров решетки и коэффициентов термического расширения кремния и выращиваемых на нем эпитаксиальных пленок соединений A2B6 и A3B5 трудно получить
качественные пленки непосредственно на Si- подложках [1]. Эти несоответствия
можно исключить, используя промежуточный буферный слой, встроенный между Si
и эпитаксиальной пленкой. В качестве буферного слоя можно использовать варизонные твердые растворы (Si2)1-x(A2B6)x, (Si2)1-x(A3B5)x с плавно изменяющимся составом (0х1). Буферный слой, сглаживая параметры решетки, предотвращает механическое напряжение между подложкой и эпитаксиальной пленкой. Однако, этот
слой может существенно влиять на электронные процессы во всей структуре в целом и, следовательно, на работу прибора [2].
Принципиальная возможность получения твердых растворов (С24)1-x(A2B6)x и
(С24)1-x(A3B5)x была продемонстрирована в работах [3-5]. До настоящей работы были
экспериментально получены твердые растворы (Ge2)1-x(ZnSe)x, (Ge2)1-x(ZnS)x, (Si2)1x(GaP)x, (Si2)1-x(GaAs)x, (Si2)1-x(ZnS)x, (Sn2)1-x(InSb)x, (Ge2)1-x(InP)x. Многие твердые растворы такие как: (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x(ZnSe)x, (Si2)1-x(ZnTe)x ранее не были получены.
Полученные твердые растворы глубоко не изучены и требуют дальнейших исследований.
В связи с этим выращивание твердых растворов замещения (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y на Si подложках, исследование их электрофизических, фотоэлектрических характеристик и влияние радиационного облучения на их фотоэлектрические
свойства является актуальной задачей полупроводникового материаловедения.
Степень изученности проблемы. Твердые растворы (Si2)1-x(CdS)x до настоящей работы не были синтезированы и исследованы. Немногочисленные работы посвящены выращиванию и исследованию твердого раствора (Si2)1-x(GaAs)х. Эпитаксиальные слои (Si2)1-x(GaAs)х выращивались на Si подложках из оловянного и галлиевого растворов-расплавов [5]. Исследование электрофизических свойств таких
твердых растворов находится на начальном этапе.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР. Работа
выполнена в Физико-техническом институте НПО «Физика- Солнце» АН РУз в
рамках гранта фундаментальных исследований АН РУз № Ф-2-152 «Исследование
примесного фотовольтаического эффекта в структурах на основе кремниевых и ар3
сенид галлиевых твердых растворов». Основные результаты были включены в отчеты лаборатории «Рост полупроводниковых кристаллов».
Цель исследования. Синтез новых кристаллических совершенных твердых
растворов замещения (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y, выявление их монокристалличности, определение их некоторых электрофизических и фотоэлектрических
параметров.
Задачи исследования:
- исследовать условия роста и получить эпитаксиальные пленки твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y методом жидкофазной эпитаксии из ограниченного объема раствора-расплава.
- исследовать структурных совершенств, электрофизических и фотоэлектрических свойств эпитаксиальных слоев твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y
(Ge2)x(GaAs)y полученных на Si- подложках.
- исследовать механизм токопрохождения в pSi-n(Si2)1-x(CdS)x, nSi-p(Si2)1-x-y
(Ge2)x(GaAs)y гетероструктурах.
- исследовать влияние гамма-облучения на электрофизические и фотоэлектрические свойства pSi-n(Si2)1-x(CdS)x, nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y структур.
Объект и предмет исследования. Объектами исследований являются твердые растворы (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y (Ge2)x(GaAs)y и р-n переходы на их основе. Выявление структурных совершенств, определение фундаментальных параметров
твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x и (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y и выявления закономерности
механизма прохождения тока в pSi-n(Si2)1-x(CdS)x и nSi-p(Si2)1-x-y (Ge2)x(GaAs)y гетероструктурах является предметом исследования.
Методы исследований:
- структурное совершенство выращенных эпитаксиальных слоев твердых растворов исследовано методами рентгенодифрактометрии и рентгеновского микрозондового анализа;
- фотоэлектрические характеристики pSi-n(Si2)1-x(CdS)x и nSi-p(Si2)1-x-y
(Ge2)x(GaAs)y гетероструктур исследованы методом поглощения монохроматического излучения;
- подвижности основных носителей эпитаксиальных слоев определены по эффекту Холла;
- методики определения электрофизических параметров образцов на основе
экспериментальных данных токовых, спектральных измерений, а также анализ полученных экспериментальных данных;
- для оценки времени релаксации неосновных носителей тока применен метод
релаксации фотопроводимости.
Гипотеза исследований базируется на предположения об образовании молекул химических элементов для синтеза твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x и (Si2)1-x-y
(Ge2)x(GaAs)y.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Физические основы получения твердых растворов замещения (Si2)1-x(CdS)x и
(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y обеспечивающие выращивание кристаллических совершенных
пленок твердых растворов на Si подложках, которые основаны на молекулярном замещении Si2 и CdS, а также Si2, Ge2 и GaAs.
4
2. Механизм токопереноса в pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) и nSi-p(Si2)1-x-y
(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) структурах обусловленный встречными направлениями амбиполярной диффузии неравновесных носителей и их амбиполярного
дрейфа, который определяется инжекционной модуляцией заряда глубоких примесей.
3. Уменьшение энергии ионизации молекул CdS, находящихся в тетраэдрической ковалентной связи с атомами кремния в кристаллической решетке твердого
раствора (Si2)1-x(CdS)x.
4. Увеличение постоянного времени релаксации неравновесных носителей от
30,8 до 82 мкс в твердом растворе (Si2)1-x(CdS)x (0х0.01) после гамма облучения
дозой 105 рад, обусловленное возникновением дефект-примесных комплексов, приводящие к уменьшению концентрации эффективно работающих центров рекомбинации.
Научная новизна:
1. Впервые на монокристаллических Si подложках с ориентацией (111) методом жидкофазной эпитаксии из Sn раствора-расплава выращены монокристаллические слои твердых растворов замещения (Si2)1-x(CdS)x (0х0.01) n–типа проводимости и из Pb раствора-расплава (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.90 и 0у0.92) p–типа
проводимости. Образование таких твердых растворов замещения обусловлено изовалентностью и близостью суммы ковалентных радиусов атомов молекул компонентов твердых растворов.
2. Экспериментально показано, что жидкофазная эпитаксия твердого раствора
(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.90 и 0у0.92) из раствора-расплава – Si-Ge-GaAs-Pb
сопровождается наращиванием на Si подложке последовательных подслоев с плавно
изменяющимся составом - Si1-xGex (0х0.20) - (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0.20х0.90,
0у0.09) - (Ge2)1-x(GaAs)x (0.09х0.92). Переход от Si подложке к эпитаксиальному слою GaAs через переходной слой, обогащенный Ge, обусловлен минимизацией
энергий искажений кристаллической решетки.
3. Показано, что прямая ветвь вольт-амперных характеристик pSi-n(Si2)1-x
(CdS)x (0x0.01) и nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) структур при
напряжениях от 2 до 3 В имеет участок сублинейного роста тока с напряжением, который возникает за счет инжекционного обеднения при встречных направлениях
амбиполярной диффузии неравновесных носителей и их амбиполярного дрейфа.
4. Впервые обнаружено, что когда молекула CdS находится в тетраэдрической
ковалентной связи с атомами кремния в кристаллической решетке твердого раствора
(Si2)1-x(CdS)х под влиянием окружающих атомов Si энергия ионизации ковалентной
связи Cd-S - 2,48 эВ уменьшается до 2,35 эВ.
5. Обнаружено, что после облучения гамма квантами дозой до 10 5 рад наблюдается подъем фоточувствительности pSin(Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01) структур в коротковолновой области спектра излучения, что связано с увеличением диффузионной длины неравновесных носителей за счет уменьшения концентрации эффективно
работающих рекомбинационных центров в результате образования дефектпримесных комплексов при гамма облучении.
Научная и практическая значимость результатов исследования. Твердые
растворы эпитаксиальных пленок (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y, полученные
5
на кремниевых подложках считаются новыми полупроводниковыми материалами и
могут быть использованы как фотоактивный элемент для проектирования солнечных элементов и как качественный, дешевый подложечный материал для наращивания на них полупроводниковых соединений А2В6 и А3В5. Структуры, полученные
на их основе, представляют теоретический и практический интерес для полупроводникового материаловедения.
Реализация результатов. Результаты диссертационной работы включены в
отчеты лаборатории «Рост полупроводниковых кристаллов» за 2005-2008 годы. Полученные данные по параметрам твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y являются важными. Полученные структуры могут быть использованы в качестве дешевого подложечного материала в полупроводниковом приборостроении и солнечной энергетике при проектировании солнечных элементов, а также нового класса приборов на их основе. Использование таких структур в качестве
подложек удешевляет себестоимость готовых приборов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на
объединенном семинаре при Спецсовете ФТИ АН РУз, а также в республиканских и
международных конференциях: «Рост, свойства и применение кристаллов», 27-29
октябрь (Нукус, 2005); «Фундаментальные и прикладные вопросы физики полупроводников», 20-21 декабрь (Андижан, 2005); «Физика и физическое образование: достижения и перспективы развития», 7-9 сентябрь (Кыргызская Республика, Бишкек,
2006); «Неравновесные процессы в полупроводниках и в полупроводниковых структурах», 1-3 февраль (Ташкент, 2007); «Рост, свойства и применение кристаллов», 1112 апрель (Андижан, 2008); «Физика фанинг бугунги ривожида истеъдодли ёшларнинг роли», 17-19 апрель (Ташкент, 2009); «Физика фанинг бугунги ривожида истеъдодли ёшларнинг роли», 8-9 апрель (Ташкент, 2010); «Замонавий физиканинг
долзарб муаммолари», 28-29 май (Самарканд, 2010).
Опубликованность результатов. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 научных работ, из них 5 статей опубликованы в реферируемых зарубежных международных журналах, 1 - в республиканском журнале, а
остальные в трудах международных и республиканских конференций.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав,
заключения, приложения. Она изложена на 126 страницах, включая 41 рисунок, 9
таблиц, содержит 110 библиографических наименований и приложение.
2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении дана общая характеристика работы, включая актуальность темы
диссертации, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведено современное представление об условиях образования непрерывных твердых растворов замещения класса (C24)1-x(A2B6)x и (C24)13 5
x(A B )x, рассмотрены основные литературные данные по выращиваниям и исследованиям твердых растворов замещения класса (C24)1-x(A2B6)x и(C24)1-x(A3B5)x.
Во второй главе приведены особенности выращивания твердых растворов
замещения (Si2)1-x(CdS)x и (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y методом жидкофазной эпитаксии на
6
технологической установке с вертикально расположенным реактором и результаты
структурного исследования полученных эпитаксиальных слоев.
Твердые растворы (Si2)1-x(CdS)x выращивались на монокристаллических Si
шайбах диаметром 20 мм и толщиной ~350 мкм, р- типа проводимости с ориентацией (111) из Sn раствора-расплава (Si-CdS-Sn). Оптимальными значениями параметров технологического процесса являются следующие: температура начала кристаллизации  950ОС, расстояние между верхними и нижними подложками 1 мм, скорость охлаждения раствора-расплава 1 град/мин. Выращенные кристаллические
совершенные слои с зеркально гладкими поверхностями, ориентацией (111), удельным сопротивлением ~ 0,016 Омсм имели n-тип проводимости. В зависимости от
параметров технологического режима толщина слоев составляла 1025 мкм.
Рентгеновский микрозондовый анализ химического состава поверхности и
скола выращенных эпитаксиальных слоев (Si2)1-x(CdS)x показывает, что распределение компонентов по поверхности пленки однородное, отсутствуют макроскопические дефекты и металлические включения, состав твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x по
толщине слоя изменяется монотонно в пределах 0≤х≤001.
Для сглаживания параметров решетки Si (5,41 Å) и GaAs (5,65 Å) и, следовательно, для плавного перехода от Si-подложки к эпитаксиальному слою GaAs мы
использовали буферный слой, состоящий из компонентов Si2, SiGe, Ge2 и GaAs. Отличие суммы ковалентных радиусов атомов молекул Si2, SiGe, Ge2 и GaAs не превышает 4,3%, эти компоненты удовлетворяют условиям образования твердого раствора замещения [6]. Твердые растворы (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y выращивались из Pb
раствора-расплава (Si-Ge-GaAs-Pb) на монокристаллических Si шайбах диаметром
20 мм, толщиной ~ 350 мкм, n- типа проводимости с ориентацией (111).
Эпитаксиальные слои твердого раствора (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y с зеркально
гладкими поверхностями выращивались при следующих условиях технологического
процесса: температура начала кристаллизации - 850 oC, скорость охлаждения раствора-расплава – 1 град/мин, зазор между подложками - 1÷1,5 мм. Выращенные
слои имели р-тип проводимости. В зависимости от параметров процесса толщина
пленок составляла 2055 мкм.
Растровые снимки скола выращенных пленок, полученные на рентгеновском
микроанализаторе «Jeol» JSM 5910 LV-Japan показаны на рис. 1.
эпислой
подложка
а) вторичная
электронная эмиссия
б) SiK
в) GeK
г)GaK
д) AsK
Рис.1.Растровый снимок скола эпитаксиального слоя
(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0x0.64 и (0y0.14)
Рис.1 (а) свидетельствует об образовании сплошного эпитаксиального слоя,
(б) - об образовании переходного подслоя твердого раствора, (в, г, д) – о присутствии атомов Ge, Ga и As в эпитаксиальном слое. Профиль распределения атомов Si,
Ge, Ga, As в эпитаксиальном слое (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y показан на рис.2. Анализ
7
подложка
ат.%
этих результатов показывает, что в процессе жидкофазной эпитаксии на Si подложки сначала начинается рост подслоя твердого раствора Si1-xGex с постепенным увеличением содержания Ge. До достижения состава эпитаксиального слоя Si0,8Ge0,2
(х=0,2) GaAs входит в состав твердого раствора с содержанием меньше 1 мол.%.
После достижения содержания герэпитаксиальный слой
100
мания 20 ат.% в эпитаксиальном
Si
слое происходит интенсивное заме80
щение атомов кремния Si-Si молекуGa
60
лой Ga-As, и далее с ростом эпитаксиального слоя содержание как Ge,
40
As
так и GaAs растет, а Si уменьшается.
Ge
20
Этот процесс происходит до критического значения содержания Ge ~
0
-5
0
5
10
15
20
25
90 ат.%, что соответствует образоd, мкм
ванию подслоя твердого раствора
Рис. 2. Профиль распределения атомов Si, Ge,
(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0.20х0.90,
Ga, As в эпитаксиальном слое твердого
0y0.09) с большим содержанием
раствора (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
германия. Далее с ростом эпитаксиального слоя молярное содержание GaAs растет, достигая на поверхности пленки 92
мол.%, а германия уменьшается. В результате образуется подслой твердого раствора
(Ge2)1-x(GaAs)x (0.09x0.92). Поверхностный слой твердого раствора определяется,
в основном, параметрами кристаллической решетки присущей GaAs.
В третьей главе изложены результаты исследования электрофизических и
фотоэлектрических свойств твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x и (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
и полученных p-n структур на их основе. При исследовании к образцам методом вакуумного напыления создавались омические контакты из серебра.
На основе n(Si2)1-x(CdS)x (0≤х≤0.01) твердого раствора с удельным сопротивлением ~ 0,016 Омсм были изготовлены pSi–n(Si2)1-x(CdS)x структуры толщиной базового n-слоя W  25 мкм. pSi подложка имела удельное сопротивление 10 Омсм.
Были исследованы вольтамперные характеристики (ВАХ) pSi-n(Si2)1-x(CdS)x
(0≤х≤0.01) структур в диапазоне температур - от 293 до 423 К (рис.3 ). Начальные
участки ВАХ до 0,5 В хорошо описываются экспоненциальной зависимостью [7,8]:
I  I 0  exp( qV / ckT )
(1)
где q – элементарный заряд, k – постоянная Больцмана, V – напряжение смещения, Т
– абсолютная температура. Значения показателя экспоненты с непосредственно
можно вычислить из экспериментальных точек экспоненциального участка ВАХ:
q V2  V1
(2)
c

kT ln( I 2 / I1 )
где I1, I2 – значения тока при двух напряжениях V1, V2. При комнатной температуре с
 5.71, что характерно для так называемого «длинного» диода ( W / L p  1, L p  D p p
– диффузионная длина неосновные носители). Значения «с» при различных температурах приведены в таблице 1. С другой стороны «с» описывается выражением [7]:
8
c


2b  ch W / L p  1
(3)
b 1
где b=n/p – отношение подвижностей электронов и дырок. Подвижность основных
носителей, определенная методом Холла, составляла при комнатной температуре n
~ 290 см2/(Вс). Предполагая, что как обычно, в материалах группы АIIBVI подвижность дырок (р) намного меньше подвижности электронов, для оценки принималось р ~10 см2/(Вс). Определив значение «с» из экспериментальных кривых и учитывая, что в этом случае b  29 из (3) можем найти отношение W/Lp. Затем можно
вычислить Lp. Значения этих параметров приведены в таблице 1. Из таб.1 видно,
что в диапазоне температур – 293-423 К диффузионная длина неосновных носителей
слабо зависит от температуры.
Предэкспоненциальный множитель I0 в формуле (1) имеет вид [7]:
S  b  ch(W / Lp )
kT
Io 

.
(4)
q 2(b  1)  Lp    tg (W / 2 Lp )
где S – площадь образца,  - удельное сопротивление переходного слоя pn перехода. Определив значения I0 из экспериментальных точек ВАХ с помощью
формулы (4) можно вычислить значения  (рис.4). Из рис.4 видно, что между подложкой и эпитаксиальной пленкой (Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01) образуется высокоомный
слой с большим удельным сопротивлением, равным при комнатной температуре
7.2107 Омсм.
Таблица 1.
T, K
с
Lp, mkm
Характеристические параметры
твердого раствора n(Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01)
293
323
343
363
383
5.71
6.91
8.48
9.92
8.46
4.55
4.35
4.16
4.03
4.16
403
7.95
4.22
423
7.5
4.27
С ростом температуры  уменьшается, что связано с ростом концентрации
свободных носителей заряда за счет тепловой генерации носителей.
1
10
I, мА
0
10
-1
10
7x10
7
6x10
7
, Ом*см
1-293
2-323
3-343
4-363
5-383
6-403
7-423
5x10
7
4x10
7
7
0,0
0,5
1,0
1,5 2,0
V, B
2,5
3,0
Рис.3. Прямые ветви ВАХ pSi–n(Si2)1(0≤х≤0,01) структур при различных
температурах
x(CdS)x
3x10
280
320
T, K
360
400
440
Рис.4. Температурная зависимость удельного
сопротивления высокоомного переходного
слоя pSin(Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01) структуры
При напряжениях от 1,7 до 3 В (рис. 3) независимо от температуры наблюдаются сублинейные участки. Эти участки хорошо описываются в рамках теории эффекта инжекционного обеднения и подчиняются закономерности вида [8]:
9
V  V0  exp( JaW ) ,
(5)
где a  1 /( 2qDn N t )  параметр, зависящий только от коэффициента диффузии основных носителей (т.е. от их подвижности  Dn  kTn / q ) и концентрации глубоких
примесей Nt, J – плотность тока. Одним из важнейших условий наблюдения сублинейного участка ВАХ является требование:
JaW  2 ,
(6)
которое выполняется при всех температурах (например, при Т = 293 К, S = 0,2 см2,
JaW  5 ). Теоретически появление такой ВАХ возможно только при встречных
направлениях амбиполярной диффузии неравновесных носителей и их амбиполярного дрейфа, который в этом случае определяется инжекционной модуляцией заряда
глубоких примесей [9]. Параметр а можно определить из данных ВАХ:
ln V2 / V1   S
(7)
a
I 2  I1   W
где I1, I2 – значения тока при двух напряжениях V1, V2. Знание величины а, позволяет определить концентрацию глубоких примесей Nt, которая составляла при комнатной температуре Nt  9,21012 см-3.
Спектральная чувствительность кремниевых pSi-nSi структур расширяется в
сторону коротких волн при замене эпитаксиального nSi слоя твердым раствором
n(Si2)1-x(CdS)x (0х0,01) (рис. 5, кривые 2, 3, 4), при этом также наблюдается сдвиг
максимума чувствительности в сторону увеличения энергии фотонов. В образцах с
эпитаксиальными слоями из n(Si2)1-x(CdS)x (0х0,01) присутствует пик чувствительности в коротковолновой области спектра при значении энергии фотонов Еph ≈
2,35 эВ. Энергия ионизации связи Cd-S, находящаяся в матрице кристаллической
решетки сульфиде кадмия - ECd-S = 2,48 эВ больше, чем энергии ионизации связи SiSi, находящаяся в матрице кристаллической решетке кремния - ESi-Si = 1,1 эВ. Ковалентная связь атомов молекул Сd-S прочнее, чем Si–Si связь. Однако, когда молекула СdS образует твердый раствор замещения с кремнием замещая двух атомов
кремния в тетраэдрической решетке, связь Сd–S ослабляется под влиянием окружающих ее атомов кремния и в результате энергия ионизации молекул CdS, находящаяся в кристаллической решетке твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x уменьшается на
величину E = ECdS - Еph ≈ 0.13 эВ (рис.6).
Площадь сечения фотоэмиссии электронов с ковалентной связи Cd-S больше,
чем площадь сечения фотоэмиссии электронов со связи Si-Si. Рентгеновский микроанализ показывает, что в выращенных эпитаксиальных слоях мольное содержание
CdS составляет ~ 11020 см-3, поэтому в образцах с эпитаксиальными слоями из
n(Si2)1-x(CdS)x наблюдается повышение фотоотклика в коротковолновой области
спектра при значениях энергии фотонов Еph ≥ 2,2 эВ. Это, по-видимому, обусловлен
влиянием фотовольтаического эффекта на изовалентном примеси CdS, суть которого заключается в том, что кванты с энергией Еph ≥ 2Еg,Si поглощенные на ковалентной связи Cd-S, создают дырки, расположенные на уровне Ei,CdS (переход – а, рис. 6),
на место которых могут, переходить электроны с потолка валентной зоны кремния,
испуская кванты с энергией Еhv ≥ Еg,Si (переход – б, рис. 6). Эти кванты, будучи поглощенными атомами кремния, создают дополнительные электронно-дырочные пары (переход – с, рис. 6). В результате один фотон с энергией Еph ≥ 2Еg,Si генерирует
10
две пары фотоносителей (1,1! и 2,2!), что обуславливает повышение чувствительности структуры при энергиях фотонов Еph ≥ 2Еg,Si.
1.63 эВ
1.74 эВ
1-d=10 мкм (nSi)
1.84 эВ
чувствительность, от.ед.
1.51 эВ
1
2-d=10 мкм
3-d=8 мкм
4-d=7 мкм
1,0
0,8
hv ≈ 2,4 эВ
0,6
2
0,4

-
-
EC,Si
2.35 эВ
3 4
2

1!
+
EV,Si
1
с
2!
+
Ei ≈ 1,3 эВ
0,2
0,0
а
1,2
1,6
2,0
Еhv, эВ
2,4
Ei,CdS
б

1 – с эпитаксиальным слоем nSi; 2, 3, 4 – с эпитаксиальными слоями из твердого раствора
n(Si2)1-x(CdS)x (0х0,01).
а – с уровня Ei,CdS; б – с испусканием фотона энергией
Еhv = Ei; с – образование дополнительной электронно-дырочной пары за счет излучения б.
Рис. 5. Спектральная зависимость
фоточувствительности структуры
pSi–n(Si2)1-x(CdS)x (0х0,01)
для разных серий образцов
Рис.6. Энергетическая зонная диаграмма твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x. Электронные переходы
На рис.7 представлены прямые ветви ВАХ nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
(0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) структур, снятые при различных температурах  303-413 К.
p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0,28, 0≤y≤0,03) слой структуры имел удельное сопротивление ~ 0,5 Омсм и толщину ~ 25 мкм. Начальные участки ВАХ хорошо описывается экспоненциальной зависимостью (1). Показатель экспоненты с при комнатной температуре имеет значение ~ 5,7. Подвижность основных носителей – дырок,
определенная по методу Холла составляла р=55 см2/В∙с. В работе [10] экспериментально получено, что подвижность электронов твердого раствора (Si2)1-xу(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03), выращенного методом жидкофазной эпитаксии
составляет  800 см2/В∙с. Тогда отношение b=n/p в этом случае принимает значение b=14,5. Значения показателя в экспоненты с и диффузионной длины неосновных
носителей (Ln) твердого раствора p(Si2)1-x-у(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03), вычисленных из данных ВАХ при различных температурах, приведены в табл. 2.
Таблица 2.
Характеристические параметры твердого
раствора p(Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03)
Т, К
303
323
353
383
413
с
5.7
3.4
3.3
3.28
4.47
Ln, mkm
5.2
6.5
6.68
6.7
5.7
С помощью формулы (4) и на основе данных ВАХ было вычислено удельное
сопротивление переходного слоя подложка «nSi−эпитаксиальная пленка p(Si2)1-x-y
(Ge2)х(GaAs)у (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03)» при различных температурах. Результаты расчетов показаны на рис.8. Видно, что между подложкой и эпитаксиальной пленкой об11
разуется высокоомный слой из твердого раствора (Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у с большим
удельным сопротивлением, равным при комнатной температуре 2.6107 Омсм.
Из рис.7 видно, что при напряжениях от 1.5 до 3 В на всех ВАХ прослеживаются сублинейные участки как и в случае pSi–n(Si2)1-x(CdS)x (0х0.01) структур.
Концентрация глубоких примесей, ответственных за появление эффекта инжекционного обеднения в твердом растворе p(Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03)
при комнатной температуре, имела значение Nt  8,71014 см-3.
7
3,0x10
10
2
10
1
10
0
7
2,5x10
10
-1
, Ом*см
I, мA
7
1-303K
2-323K
3-353K
4-383K
5-413K
2,0x10
7
1,5x10
7
1,0x10
6
5,0x10
0,0
0
1
V, B
2
300
3
Рис.7. Прямые ветви ВАХ nSip(Si2)1-x(Ge
y
2)х(GaAs)у (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) структур при различных температурах
320
340
360 380
Т, К
400
420
Рис. 8. Температурная зависимость удельного
сопротивления высокоомного переходного
слоя nSip(Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у (0≤x≤0.28,
0≤y≤0.03) структуры
Спектральные зависимости nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03)
структур снимались при различных значениях толщины эпитаксиального слоя
(рис.9). При больших значениях содержания GaAs (92 мол.%) наблюдается широкий
подъем чувствительности в коротковолновой области спектра, а с уменьшением содержания GaAs наблюдается постепенный спад чувствительности в коротковолновой области. При небольших значениях мольного содержания GaAs, не большей 1
моль.%, наблюдается пик фотоотклика с энергией квантов Eph  1,55 эВ. При содержании GaAs меньшем 0,5 мол.% пик исчезает и наблюдается спад в коротковолновой области спектра.
чувствительность, отн.ед
1,0
1-50 мкм
2-10 мкм
3-5 мкм
4-12 мкм (nSi-pSi)
0,8
0,6
0,4
0,0
3
1,0
1,2
4
1,4
1,6
Еhv, eV
Eph  1,55 эВ
Eg,SiGe=0,85 эВ
EV
1
0,2
EC
2
Ei,GaAs
1,8
+
2,0
Рис.9. Спектральная зависимость фоточувствительности структуры nSi–p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
при разных толщинах эпитаксиального слоя
12
Рис.10. Энергетическая зонная
диаграмма Si0,72Ge0,28<GaAs> с
энергетическим уровнем Еi,GaAs
Появление пика фотоотклика в коротковолновой области спектра с энергией
квантов Eph  1,55 эВ, по-видимому, обусловлено ионизацией ковалентной связи молекул GaAs, находящихся в кристаллической решетке твердого раствора Si0,72Ge0,28
(рис.10).
чувствительность, отн.ед.
Четвертая глава диссертации посвящена исследованию влияния гаммаоблучения на фотоэлектрические свойства выращенных твердых растворов. Образцы облучались -лучами изотопа 60Co с энергией  1,25 МэВ и мощностью 0,9 рад/с
до дозы 104 и 105 рад. На рис.11 показаны спектральные зависимости фоточувствительности pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0х0.01) структур до и после -облучения дозой 104 и
105 рад.
До облучения максимум фотоотклика
наблюдается при энергиях фотонов Eph
1,7 эВ
1,88 эВ
1,7 эВ, а после облучения – Eph 1,88 эВ.
1,0
После
облучения
pSi-n(Si2)1-x(CdS)x
2,4 эВ
0,8
1 (0х0.01) структур -излучением дозой
2 105 рад в спектре фоточувствительности
0,6
3 проявляется пик фотоотклика при энерги0,4
ях фотонов Eph 2.4 эВ. Этот пик, возможно, обусловлен ионизацией молекул
0,2
CdS, находящихся в ковалентной тетра0,0
эдрической связи кристаллической решетки твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x.
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Еhv, эВ
Время релаксации неравновесных носителей тока () оценивалось по релакса4
5
1- до, 2-после -облучения дозой 10 и 3-10 рад. ции фотопроводимости при малом уровне
Рис.11. Спектральные зависимости фото- возбуждения. Релаксационная кривая
чувствительности pSi-n(Si2)1-x(CdS)x
необлученной структуры имела два
(0х0.01) структур
экспоненциальных участка с постоянны-
2 = 72.3 мкс
10
0
40
80 120 160
, мкс
а-до облучения
1 = 62.4 мкс
100
2 = 88.4 мкс
10
фотоотклик, от.ед.
1 = 53.8 мкс
100
фотоотклик, от.ед.
фотоотклик, от.ед.
ми временами релаксации 1 53.8 мкс и 2 72.3 мкс, что свидетельствует о существовании в слое
(Si2)1-x(CdS)x, в основном, двух типов эффективно работающих центров рекомбинации. При облучении структуры дозой 104 рад постоянные времени релаксации этих центров возрастают, принимая значения 1  62.4 мкс и 2  88.4 мкс, соответственно (рис.12).
1 = 82 мкс
100
10
0 40 80 120 160 200
0
40 80 120 160 200
, мкс
, мкс
б-после -облучения
с энергией 1,25 МэВ,
дозой 104 рад
в-после -облучения
с энергией 1,25 МэВ,
дозой 105 рад.
Рис.12. Кривые фоторелаксации структуры pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0х0.01)
13
Повышение дозы облучения до 105 рад обуславливает еще больший рост постоянной времени релаксации центров первого типа 1 82 мкс, при этом влияние
центров второго типа полностью отсутствует.
Анализ ВАХ облученных pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0х0.01) структур показывает,
что начальный участок ВАХ до 0,5 В, как в случае необлученной структуры, подчиняется экспоненциальному закону (1), а в след за экспоненциальной зависимостью
следует сублинейный участок роста тока с напряжением. При облучении структуры
наблюдается увеличение диффузионной длины, произведение подвижности на время жизни неосновных носителей и удельное сопротивление () переходного слоя
(рис.13). В облученных структурах зависимость (Т) сильнее, чем необлученных, а
при более высоких температурах ~ 420 К значение  приближается к исходному
значению, какое было у необлученных структур.
10
9
чувствительность, отн.ед.
, Омсм
10
8
7
10
280
320
360
400
1,33 эВ
1,0
0,8
Т, К
1
2
3
0,6
0,4
0,2
0,0
440
1,38 эВ
1,0
1,5
2,0
Ehv, эВ
2,5
1-для необлученных и 2-облученных структур гамма лучами дозой 105 рад.
1- до, 2-после -облучения дозой 104 и 3-105 рад.
Рис.13. Зависимость удельного сопротивления переходного слоя между подложкой pSi
и эпитаксиальной пленкой n(Si2)1-x(CdS)x
(0≤x≤0.01) от температуры
Рис.14. Спектральные зависимости фоточувствительности nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
(0х0.28, 0у0.03) структур
На рис.14 представлены спектральные зависимости фоточувствительности
nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.28, 0у0.03) структур до и после -облучения.
После облучения фоточувствительность структуры сужается со стороны длинных
волн и наблюдается спад чувствительности в коротковолновой области, а также
наблюдается сдвиг максимума чувствительности в сторону коротких волн.
Наблюдаемые изменения в спектре фоточувствительности исследованных структур
после -облучения, по-видимому, обусловлены возникновением активных радиационных, дефектов влияющих на рекомбинационные параметры твердого раствора.
Радиационные дефекты, образующие при дозах облучения 104 и 105 рад как глубокие рекомбинационные центры уменьшают время жизни неравновесных носителей,
что приводит к снижению диффузионной длины и к спаду фоточувствительности в
области коротких волн.
Кривые релаксации фотопроводимости nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.28,
0у0.03) структур (рис.15) до облучения имели два экспоненциального участка с
постоянными времени релаксации 1=30,2 мкс и 2=39,2 мкс. После облучения до14
10
2=39,2 мкс
0
20
40
60
, мкс
80 100
а- до облучения
1=28 мкс
100
2=42,2 мкс
3=70 мкс
10
0
40
80
120 160 200
, мкс
б- после -облучения
с дозой 104 рад
Фотоотклик, от.ед.
1=30,2 мкс
Фотоотклик, от.ед.
Фотоотклик, от.ед.
зой 104 рад постоянные времени релаксации уменьшаются, и в релаксационной кривой появляется ещё один участок с характерным временем релаксации 70 мкс
(рис.14, б). Увеличение дозы облучения до 105 рад привело к дальнейшему уменьшению времени релаксации и появлению еще нового четвертого участка с постоянной времени релаксации 127 мкс (рис.15, в).
100
1=24,2 мкс
2=28 мкс
3=74,9 мкс
4=127 мкс
0
20
40
60
, мкс
в- после -облучения
с дозой 105рад
Рис. 15. Кривые фоторелаксации nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.28, 0у0.03) – структур
, Ом*см
Появление новых участков в кривых релаксации фотопроводимости и уменьшение постоянной времени релаксации неравновесных носителей после -облучения
nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
(0х0.28,
8
1,2x10
0у0.03) структур, возможно, связаны
8
1
1,0x10
с увеличением концентрации эффек2
7
8,0x10
тивно работающих центров рекомби3
7
6,0x10
нации за счет возникновения радиаци7
онно-стимулированных дефектов.
4,0x10
7
Вид
ВАХ
nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x
2,0x10
(GaAs)y (0х0.28, 0у0.03) структур
0,0
после -облучения не меняется,
280 300 320 340 360 380 400 420
начальный участок ВАХ до 0,5 В опиT, K
сываются экспоненциальной зависимо1-до, 2-после -облучения дозой 104 рад и 3-105 рад. стью, представленной в (1), а за экспоРис. 16. Зависимость удельного сопротивлененциальной зависимостью следует
ния высокоомного переходного слоя, распосублинейный участок.
ложенного между подложкой nSi и эпитаксиОблучение структуры до дозы
альной пленкой p(Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у
5
10 рад привело к уменьшению значе(0х0.28, 0у0.03) от температуры
ния диффузионной длины и произведения подвижности на время жизни неосновных
носителей заряда. Но облучение обуславливает рост удельного сопротивления переходного слоя - подложка–эпитаксиальная пленка до значения 1.2108 и 4.2107 Омсм
при дозах облучения 104 и 105 рад, соответственно, при комнатной температуре
(рис.16). C ростом температуры значение  в облученных структурах приближается
к исходному значению, присущему необлученной структуре.
15
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Методом жидкофазной эпитаксии на Si подложках с кристаллографической ориентацией (111) впервые были выращены совершенные монокристаллические твердые растворы замещения (Si2)1-x(CdS)x (0х0.01) n–типа проводимости из ограниченного объема оловянного раствора-расплава и (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.90,
0у0.92) p–типа проводимости из свинцового раствора-расплава.
2. Рентгеновский микрозондовый анализ показывает, что распределение компонентов твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x по поверхности однородное, а по глубине молярное содержание CdS монотонно увеличивается от нуля до 1% (0х0.01) с ростом толщины слоя. Распределение компонентов твердого раствора (Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y по поверхности однородное, а по глубине изменяются немонотонно в
пределах 0х0.90 и 0у0.92. Рост эпитаксиальной пленки (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
сопровождается наращиванием на Si подложке последовательных промежуточных
подслоев Si1-xGex (х0.20)  (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0.20х0.90, 0у0.09)  (Ge2)1x(GaAs)x (0.09х0.92).
3. Исследование вольтамперных характеристик pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) и nSip(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) структур в диапазоне температур 300 420 К показывает, что при значениях приложенного напряжения от нуля до 0,5 В
имеет место диффузионный механизм прохождения тока через структуры, ВАХ при
этом описывается экспоненциальной зависимостью вида - I  I 0  exp qV / ckT  с показателем экспоненты с = 5.7, а при напряжениях от 2 до 3 В имеет место диффузионно-дрейфовый механизм прохождения тока, а ВАХ при этом имеет участок сублинейного роста тока с напряжением и описывается закономерностью вида V  V0  exp( IaW / S ) .
4. Вычисленные значения диффузионной длины (L) и произведения подвижности на
время жизни () неосновных носителей при комнатной температуре имеют следующие величины: для n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) слоя - Lp= 4.55 мкм, pp= 8.210-6
см2/В; для p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) - Ln= 5.2 мкм, nn= 1.3510-5
см2/В.
5. Между Si подложкой и эпитаксиальными пленками образуется высокоомный
слой с удельным сопротивлением при комнатной температуре для pSi-n(Si2)1-x(CdS)x
(0x0.01) структур 7.2107 Омсм, а для nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28,
0≤y≤0.03) – 2.6107 Омсм.
6. Подвижность основных носителей при комнатной температуре, измеренная по
методу Холла, имеет значение для n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) слоя n  290 см2/(Вс), а
для p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) – р = 55 см2/В∙с. В диапазоне температур 293–423 К в n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) слоях с ростом температуры подвижность основных носителей уменьшается, а в p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28,
0≤y≤0.03) – увеличивается.
7. Энергия ионизации связи Cd-S, находящейся в тетраэдрической ковалентной связи с атомами кремния в кристаллической решетке твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x
имеет величину 2,35 эВ, а связи Ga-As, находящейся в тетраэдрической ковалентной
связи с атомами кремния и германия в твердом растворе Si0,72Ge0,28 – 1,55 эВ.
16
8. После облучения гамма−квантами дозой до 105 рад фоточувствительность
pSin(Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01) структур в коротковолновой области спектра излучения увеличивается а фоточувствительность nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.28,
0у0.28) структур уменьшается.
9. Релаксационные кривые необлученных pSin(Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01) структур
имеют два экспоненциального участка с постоянными временами релаксации 1 =
53.8 мкс и 2 = 72.3 мкс. Гамма-облучение дозой 104 рад приводит к росту значений
постоянных времен релаксации, соответственно 1 = 62.4 мкс и 2 = 88.4 мкс, а после
облучения дозой 105 рад релаксационная кривая имеет только один экспоненциальный участок с постоянной времени релаксации  = 82 мкс.
10. Релаксационные кривые необлученных nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.28,
0у0.03) структур имеют два экспоненциальная участка с постоянными времени
релаксации 1 = 30.2 мкс и 2 = 39.2 мкс. Гамма-облучение дозой 104 рад приводит к
уменьшению значений этих величин до 1 = 28 мкс и 2 = 42.2 мкс, соответственно, и
появлению ещё одного экспоненциального участка с постоянной времени релаксации 3 = 70 мкс. После облучения структур дозой 105 рад наблюдается дальнейшее
уменьшение постоянных времен релаксации до значений - 1 = 24.2 мкс, 2 = 28 мкс
и 3 = 74.9 мкс, соответственно, и появлению нового четвертого экспоненциального
участка с 4 = 127 мкс.
11. Диффузионная длина и произведение подвижности на время жизни ( ) неосновных носителей заряда после гамма-облучения дозой до 105 рад для pSin(Si2)1x(CdS)х (0≤x≤0.01) структур увеличиваются, а для nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
(0х0.28, 0у0.03) структур уменьшаются.
12. Гамма-облучение дозой до 105 рад приводит к изменению значения произведения подвижности основных носителей () на концентрацию глубоких центров (Nt)
твердых растворов: для n(Si2)1-x(CdS)х (0≤x≤0.01) nNt увеличивается, до облучения nNt = 2.691014 1/(смВс), после облучения - nNt = 2.751015 1/(смВс); для p(Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y (0х0.28, 0у0.03) pNt уменьшается, до облучения - рNt =
4.81016 1/(смВс), - после облучения - рNt = 3.71015 1/(смВс).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алферов Ж.И. Наука и общество. Санкт-Петербург.: Наука, 2005. 383 с.
2. Herndon M.K., Gupta A., Kaydanov V.I., Collins R.T. Evidence for grain-boundaryassisted diffusion of sulfur in polycrystalline CdS/CdTe heterojunctions // Appl. Phys.
Lett. 1999, v 75. P. 3503.
3. Сапаев A. Б., Саидов М.С., Cаидов А.С., Каражанов С.Ж. Твердые растворы
(CIV2)1-x(AIIIBV)x, полученные из ограниченного объема оловянного растворарасплава // ФТП.Cанкт-Петербург, 2004. Т.38.С.1285-1293.
4. Cаидов А.С., Кошчанов Э.А., Раззаков А.Ш. О возможности улучшения структурного совершенства новых гетеропар GaAs-(Ge2)1-x(ZnSe)x, Ge-(Ge2)1-x(ZnSe)x, GaP(Ge2)1-x(ZnSe)x, Si-(Ge2)1-x(ZnSe)x//Письма в ЖТФ.Cанкт-Петербург,1998.Т.24.
С.12-16.
17
5. Саидов А.С. Жидкостная эпитаксия твердых растворов (IV2)1-x(A3B5)x //
УФЖ.Ташкент, 1993.  №4. С.48-51.
6. Саидов М.С. Физико-химические особенности примесного фотовольтаического
эффекта в арсениде галлия // Гелиотехника.Ташкент,2004.С.56-61
7. Стафеев В.И. Влияния сопротивления толщи полупроводника на вид вольтамперной характеристики диода // ЖТФ.Ленинград, 1958.Т.28.С.1631-1641.
8. Лейдерман А.Ю. Карагеоргий-Алкалаев П.М. К теории полупроводниковых приборов при высоких уровнях инжекции // «Изв. АН РУз. Сер.физ.-мат.
наук».Ташкент, 1965.№5.С.80-82.
9. Адирович Э.И., Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман А.Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках. М.: Сов. радио, 1978.320 с.
10. Сапаев Б. Жидкофазная эпитаксия и физико-химические свойства непрерывных
твердых растворов Si1-xGex, Si1-xSnx, (Si2)1-x(GaAs)x, (Ge2)1-x(GaAs)x, (Si2)1-x(GaP)x,
(Si2)1-x(ZnS)x.: Дисс. … докт. физ.  мат. наук. Ташкент: ФТИ АН РУз, 2009.  с.264
4. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
1. Саидов А. С., Усмонов Ш.Н., Холиков К. Т., Саидов М. С. Фоточувствительность
твердого раствора (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y // Гелиотехника. Ташкент, 2005.№4. С.
52-56.
2. Саидов А.С., Усмонов Ш.Н, Холиков К. Т., Саидов М.С., Сапаров Д. Влияние примеси CdS на фоточувствительность кремния // Гелиотехника. Ташкент, 2006.  №2.
С.77-79.
3. Саидов А.С., Усмонов Ш.Н., Холиков К. Т., Сапаров Д. Получение и исследование
непрерывного твердого раствора (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y // Письма в ЖТФ.  СанктПетербург, 2007. Т 33. С. 59-64.
4. Саидов А.С., Усмонов Ш.Н., Холиков К. Т., Сапаров Д. Спектральная чувствительность твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x // Письма в ЖТФ. Санкт-Петербург, 2007. Т.
33. С.5-10.
5. Саидов А.С., А.Ю. Лейдерман, Усмонов Ш.Н. Холиков К. Т. Вольтамперная характеристика p-n структур на основе
непрерывного твердого раствора (Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y // ДАН Уз. Ташкент, 2008.  №5. С. 23-25.
6. Саидов А.С., А.Ю. Лейдерман, Усмонов Ш.Н. Холиков К. Т. Вольтамперная характеристика p-n структур на основе непрерывного твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x //
ФТП. Санкт-Петербург, 2009. Т. 43. С. 436-438.
7. Саидов А.С., Усмонов Ш. Н., Холиков К. Получение и исследование твердого
раствора (Si1-xGex)1-y(GaAs)y. // Труды конф. “Рост, свойства применения кристаллов”. 27-29 октября 2005.  Нукус, 2005.  С. 22-25
8. Саидов А.С.,Усмонов Ш.Н., Холиков К.Т. Исследование фотоэлектрических
свойств твердого раствора (Si2)1-х-y(Ge2)x(GaAs)y // Ярим ўтказгичлар физикасининг
фундаментал ва амалий муаммолари: халқаро илмий-услубий конф. мат. 20-21 декабрь 2005. Андижан, 2005.  С.172-174.
9. Саидов А.С., Усмонов Ш.Н, Сапаров Д. Холиков К.Т., Курмантаев А.Н. Получение и исследование некоторых электрофизических свойств pSi-n(Si2)1-x(CdS)x струк18
тур // Физика и физическое образование: достижения и перспективы развития:.Тез.
докл. межд. науч. конф.  7-9 сентября 2006. Бишкек, 2006.  С.15.
10. Саидов А.С., Усмонов Ш.Н., Холиков К.Т., Сапаров Д. Исследование распределения компонентов в непрерывном твердом растворе (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y // Неравновесные процессы в полупроводниках и в полупроводниковых структурах: мат.
межд. конф. 1-3 февраля 2007. Ташкент, 2007. С. 51-52.
11. Саидов А.С., А.Ю. Лейдерман, Усмонов Ш.Н., Холиков К.Т., Амонов К.А. Вольтамперная характеристика p-n структур на основе непрерывного твердого раствора
(Si2)1-x(CdS)x. // Рост, свойства и применение кристаллов: мат. V-ой респ. науч. конф.
11-12 апреля 2008. Андижан, 2002.С. 114-116.
12. Саидов А.С., А.Ю. Лейдерман, Усмонов Ш.Н., Холиков К.Т., Рахмонов У.Х.
Вольтамперная характеристика p-n структур на основе непрерывного твердого раствора (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y. // Рост, свойства и применение кристаллов: мат. V-ой
респ. науч. конф. 11-12 апреля 2008. Андижан, 2008.  С.133-135.
13. Холиков К.Т., Амонов К., Рахмонов У., Рахмонова Ш., Бобоев А. Влияние гамма-облучения на фоточувствительность pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) структур
//Физика фанинг бугунги ривожида истеъдодли ёшларнинг роли: респ. ёш олимлар
ва иқтидорли талабаларнинг илмий-амалий анжумани материаллари 17-19 апреля
2009.  Тошкент, 2009. С 98-100.
14. Холиков К.Т., Шерматов Т.Ю. Влияние гамма-облучения на вольтамперные характеристики nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y структур // Физика фанинг бугунги ривожида истеъдодли ёшларнинг роли: респ. ёш олимлар ва иқтидорли талабаларнинг
илмий-амалий анжумани материаллари 8-9 апреля 2010.Тошкент, 2010.С 193-196.
15. Холиков К.Т. Влияние гамма-облучения на фотоэлектрические свойства твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x // Замонавий физиканинг долзарб муаммолари: респ. ёш
олимлар ва иқтидорли талабаларнинг мактаб-семинари материаллари.  28-29 мая
2010. Самарканд, 2010. С 63-67.
16. Холиков К.Т. Исследования фотоэлектрических свойств структур nSi-p(Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y // Замонавий физиканинг долзарб муаммолари: респ. ёш олимлар ва
иқтидорли талабаларнинг мактаб-семинари материаллари.  28-29 мая 2010. Самарканд, 2010. С 67-71.
19
РЕЗЮМЕ
диссертации Холикова Курбонбоя Туйчиевича на тему: «Получение, электрофизические и фотоэлектрические свойства pSi-n(Si2)1-x(CdS)x, nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
гетероструктур» на соискание ученой степени кандидата физико-математических
наук по специальности 01.04.10-Физика полупроводников
Ключевые слова: твердый раствор, гетероструктура, кремний, сульфид кадмия, германий, арсенид галлий, буферный слой, спектральный анализ.
Объекты исследования: твердые растворы (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y и p-n переходы на их основе.
Цель работы: синтез новых кристаллических совершенных твердых растворов (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y, выявление их монокристалличности, определение их некоторых электрофизических и фотоэлектрических параметров.
Методы исследования: рентгенодифрактометрия, рентгеноспектральный
анализ, оптическая спектроскопия, эффект Холла, релаксация фотопроводимости.
Полученные результаты и их новизна:
1. Впервые выращены методом жидкофазной эпитаксии из Sn растворарасплава на Si подложках монокристаллические слои твердого раствора (Si2)1x(CdS)x (0≤x≤0.01) n-типа проводимости и из Pb раствора-расплава твердые растворы (Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у (0х0.90, 0у0.92) p-типа проводимости.
2. Определено, что между эпитаксиальной пленкой и подложкой образуются
высокоомный слой c удельным сопротивлениям порядка 107 Ом∙см.
3. Энергия ионизации молекул CdS, находящихся в ковалентной связи с атомами Si в кристаллической решетке твердого раствора (Si2)1-x(CdS)x составляет 2,35
эВ, а молекул GaAs, находящейся в ковалентной связи с атомами Si и Ge в твердом
растворе Si0,72Ge0,28 – 1,55 эВ.
4. ВАХ pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) и nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28,
0≤y≤0.03) структур имеет сублинейный участок роста тока с напряжением при смещениях от 2 до 3 В обусловленный встречными направлениями амбиполярной диффузии неравновесных носителей и их амбиполярного дрейфа.
5. Гамма облучение до дозы 105 рад в структуре pSi-n(Si2)1-x(CdS)x приводит к
увеличению значения постоянной время релаксации, диффузионной длины и произведения подвижности на время жизни неосновных носителей, а в nSip(Si2)1-xy(Ge2)х(GaAs)у структуре к уменьшению этих параметров.
Практическая значимость: твердые растворы эпитаксиальных пленок (Si2)1x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y, полученные на Si подложках, могут быть использованы как качественный фотоактивный материал и как дешевый подложечный материал для наращивания на них полупроводниковых соединений А2В6 и А3В5.
Степень внедрения и экономическая эффективность: твердые растворы
(Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y выращенных на Si- подложках могут быть использованы как фотоактивный элемент для солнечных элементов и в качестве дешевой подложки в полупроводниковом приборостроении и солнечной энергетике.
Область применения: преобразование солнечной энергии в электрическую,
производство полупроводниковых приборов.
20
Физика-математика фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Холиқов
Қурбонбой Тўйчиевичнинг 01.04.10 – яримўтказгичлар физикаси ихтисослиги
бўйича «pSi-n(Si2)1-x(CdS)x, nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y гетероструктураларни
олиш, электрофизик ва фотоэлектрик хоссалар» мавзусидаги диссертациясининг
РЕЗЮМЕСИ
Таянч сўзлар: қаттиқ қотишма, гетеротузилма, кремний, кадмий сульфиди,
германий, галлий арсениди, буфер қатлам, спектрал таҳлил.
Тадқиқот объектлари: (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y қаттиқ қотишмалар ва улар асосидаги р-n ўтишлар.
Ишнинг мақсади: янги ўрин алмашинувчи кристалл такомиллашган (Si2)1-x
(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y қаттиқ қоришмаларни олиш, уларнинг монокристаллигига эришиш, электрофизик ва фотоэлектрик параметрларини аниқлаш.
Тадқиқот методлари: рентгенодифрактометрия, рентгеноспектрал таҳлил,
оптик спектроскопия, Холл эффекти, фотоўтказувчанлик релаксацияси.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги: олинган натижалар янги бўлиб,
қуйидагилардир:
1. Биринчи марта Si тагликларга суюқ фазали эпитаксия усулида Sn қотишмақоришмадан (Si2)1-x(CdS)x қаттиқ қоришманинг n-типли, Pb қотишма-қоришмадан
(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0х0.90 и 0у0.92) қаттиқ қоришманинг p-типли
монокристалл қатламлари ўстирилди.
2. Таглик ва эпитаксиал қатлам орасида юқори қаршиликли солиштирма
қаршилиги 107 Ом∙см га тенг бўлган қатлам ҳосил бўлиши аниқланди.
3. (Si2)1-x(CdS)х қаттиқ қоришма кристалл панжарасида CdS молекуласи Si
атомлари билан тетраэдрик ковалент боғланишда бўлган CdS молекуласи ионлашиш энергияси 2,35 эВ га, Si0,72Ge0,28 қаттиқ қоришмада Si ва Ge атомлари билан
ковалент боғланишда бўлган GaAs молекуласиники эса 1,55 эВ га тенг бўлади.
4. pSi-n(Si2)1-x(CdS)x (0x0.01) ва nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y (0≤x≤0.28,
0≤y≤0.03) структуралар ВАХси 2 дан 3 В кучланишлар орасида кучланиш ошиши
билан токнинг номувозанат заряд ташувчилар амбиполяр диффузияси ва амбиполяр
дрейфининг қарама-қарши йўналишлари билан аниқланувчи субчизиқли ўсувчи
қисмларга эга эканлиги аниқланди.
5. 105 рад дозагача гамма нурланиш pSi-n(Si2)1-x(CdS)x структурада ноасосий
заряд ташувчилар релаксация вақти доимийси, диффузия узунлиги, ҳаракатчанлик
ва яшаш вақтига кўпайтмаси қийматларининг ортишига, nSip(Si2)1-x-y(Ge2)х(GaAs)у
структурада эса бу параметрларнинг камайишига олиб келади.
Амалий аҳамияти: Si тагликка олинган (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
қаттиқ қоришмалар эпитаксиал қатламлари сифатли ва арзон тагликлар сифатида
уларга А2В6 и А3В5 яримўтказгич бирикмаларни ўстиришда ишлатилиши мумкин.
Татбиқ этиш даражаси ва иқтисодий самарадорлиги: Si тагликка олинган
(Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y қаттиқ қоришмалар фотоактив элемент ва
яримўтказгичлар асбобсозлигида ва қуёш энергетикасида арзон тагликлар сифатида
ишлатилиши мумкиин.
Қўлланиш соҳаси: қуёш энергиясини электр энергиясига алмаштириш,
яримўтказгич асбобларни ишлаб чиқариш.
21
RESUME
Thesis of Kholikov Qurbonboy of the scientific degree competition of the doctor of
philosophy in physics-mathematical sciences on specialty 04.01.10- “Semiconductors
physics” subject: “Preparation, electrophysical and photovoltaic properties of pSin(Si2)1-x(CdS)x, nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y heterostructures”.
Key words: solid solution, heterostructure, silicon, cadmium sulfide, germanium,
gallium arsenide, the buffer layer, spectral analysis.
Subjects of research: solid solutions (Si2)1-x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y and p-n
junctions based on them.
Purpose of work: The synthesis of new crystalline perfect solid solutions (Si2)1x(CdS)x, (Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y, revealing their monocrystallization, the definition of some
of their electrical and photoelectric parameters .
Methods of research: rentgenodifraktometriya, X-ray analysis, optical spectroscopy, Hall effect, photoconductivity relaxation .
The results obtained and their novelty: The results are new, and consists of the
following:
1. It was first grown by liquid phase epitaxy from Sn melting-solution on Si substrates, monocrystal layers of the solid solution (Si2)1-x(CdS)x (0≤x≤0.01) n-type conductivity and those of the Pb melting-solution solid solutions (Si2)1-x-y
(Ge2)x(GaAs)y(0≤x≤0.90, 0≤y≤0.92) p-type conduction.
2.It was determined that the high-resistance layer c resistivity of about 107 Ohm∙cm
is formed between the epitaxial film and the substrate.
3. Ionization energy of molecules CdS, had covalent bond with Si atoms in the crystal lattice of the solid solution (Si2)1-x(CdS)x is 2.35 eV, and the molecules GaAs, had in the covalent bonds with Si and Ge in the solid solution Si0, 72Ge0, 28 - 1.55 eV.
4. VCC of pSi-n (Si2)1-x(CdS)x (0≤x≤0.01) and nSi-p(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y
(0≤x≤0.28, 0≤y≤0.03) structures has sublinear part of current increasing growth area with
voltage in the bias, from 2 to 3 V the caused by opposition direction of ambipolar diffusion of nonequilibrium carriers and their ambipolar drift.
5. Gamma irradiation to a dose of 105 rad in the structure of pSi-n(Si2)1-x(CdS)x
causes increasing in the value of the constant relaxation time, diffusion length and the
product of mobility and the minority carrier lifetime, whill in nSi-p(Si2)1-x-y (Ge2)x(GaAs)y
have the structure to decreasing of these parameters.
Practical value: The solid solutions of epitaxial films (Si2)1-x(CdS)x,
(Si2)1-xy(Ge2)x(GaAs)y, obtained on Si substrates can be used as dualitative photoactive material
and as cheap substrate material to build on them semiconductor compounds A2B6 and
A3B5.
Degree of embed and economic effectivity: The solid solutions (Si2)1-x (CdS)x,
(Si2)1-x-y(Ge2)x(GaAs)y films grown on Si-substrates can be used a as photoactive element
for solar cells and as cheap substrate for semiconductor instrumentation and solar energy.
Field of application: conversion of solar energy into electricity, the production of
semiconductor devices.
22