НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2007, том 43, № 11, с. 1316-1320
УДК 621315592
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ОТКЛИКА КРИСТАЛЛОВ С^.^^Те
© 2007 г. В. П. Мигаль, А. С. Фомин
Национальный аэрокосмический университет им. НЕ. Жуковского "ХАИ", Харьков, Украина
Поступила в редакцию 12.07.2005 г.
С помощью фазовых диаграмм I(t)_dI/dt, полученных при зондовом и интегральном фотовозбуждении, исследована устойчивость динамического фотоотклика кристаллов Cd0 9Zn0 хТе, содержащих двумерные дефекты структуры и их ансамбли. Показано, что они раскрывают характер возникновения и потери динамической устойчивости фотоэлектрического отклика кристаллов при одновременном П-образном фотовозбуждении и монотонном нагреве в интервале температур 293-450 К.
ВВЕДЕНИЕ
Экстремальные условия эксплуатации детекторов у-излучения на основе соединений _ ^пхТе (АЭС, аэрокосмическая техника и др.) накладывают особые требования на динамическую устойчивость их характеристик. Однако сильно неравновесные условия получения крупногабаритных буль способствуют возникновению многообразия ростовых дефектов и их ансамблей, тип и характер распределения которых определяют электрофизические свойства образцов [1]. Так, двумерные дефекты структуры ухудшают транспортные и диэлектрические свойства материала [2-4]. Они приводят к возникновению "плохо работающих" или шумящих пикселей в детекторных матрицах [3] и, как следствие, могут обусловливать динамическую неустойчивость отклика. Это уменьшает возможность использования були (до 20-30%) и затрудняет изготовление приборов с большим объемом рабочего элемента детектора, т.е. более 1 см3 [2, 5]. Поэтому целью данной работы являлось исследование устойчивости фотоотклика кристаллов Сё092п01Те, содержащих различные структурные неоднородности, сформированные двумерными дефектами.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследовались зависимость стационарного фототока (I) от координаты положения монохроматического светового зонда (х) и динамический отклик кристаллов Сё092п01Те, выращенных методом вертикальной кристаллизации из расплава при различных условиях [6].
На противоположные грани образцов с удельным сопротивлением р ~ 1010_1011 Ом см, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 2 х 25 х 2 мм, наносили золотые или
индий-галлиевые контакты. Частоту следования монохроматических световых импульсов варьировали в диапазоне 0.01-1 Гц. При этом скважность следования импульсов составляла п = 2-20. Стационарные спектры фототока 1(Х) или динамический фотоотклик 1(1) образцов на П-образное фотовозбуждение измеряли в поле с напряженностью 10-104 В/см с помощью электрометрического преобразователя на основе операционного усилителя AD795. При этом осуществляли оцифровку сигнала и обработку полученных данных на компьютере.
Структурные неоднородности выявляли методами травления, инфракрасной поляризационной микроскопии и модифицированным теневым методом, а также фотоэлектрическим методом посредством измерения зависимостей 1(х) при автоматическом перемещении образца со скоростями от 0.5 до 10 мм/мин относительно светового зонда шириной 50 мкм. Фотовозбуждение кристаллов осуществлялось слабо поглощающимся светом из диапазона длин волн 850-910 нм. В случае интегрального фотовозбуждения диаметр светового пучка составлял 1-10 мм при плотности мощности излучения 1-10 мВт/см2. Углы разориентации блоков определяли методом рентгеновской дифракции по форме и положению кривых дифракционного отражения, полученных в монохроматическом СиАа-излучении. Наличие двойников выявлялось регистрацией дополнительных рефлексов 111 [6].
В ходе эксперимента при зондовом или интегральном фотовозбуждении образцов измеряли зависимости фототока от времени л/) и скорость его изменения со временем dI(t)/dt. Поэтому динамическое состояние в каждый момент времени t оказалось возможным охарактеризовать парой измеренных значений 1(/), dI(t)/dt и соответственно отобразить графически некоторой точкой на фа-
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТИ
1317
I, отн. ед. 1.0
10
15
20
25
X, мм
Рис. 1. Зависимость I = f(x) кристалла Cd0.9Zn0.1Te второй группы: X = 880 нм, T = 293 K, E = 2 х 103 В/см (1-4 - см. текст).
зовой плоскости {/(0, dI(t)/dt} [7]. Кривая, образованная на фазовой плоскости при нанесении точек {1^), dI(ti)/dt} в последовательные моменты времени ti, представляет собой фазовую траекторию, которая отображает характер изменения динамических состояний при возбуждении кристалла световым импульсом.
Полученные таким образом совокупности фазовых диаграмм I(t)-dI/dt при одновременном П-об-разном фотовозбуждении и монотонном нагревании или охлаждении позволили выявлять устойчивые (аттракторы) и неустойчивые циклы динамического фотоотклика промышленных фотоприемников [8]. Нагревание и охлаждение образцов проводили в температурном интервале 293-450 К в течение 10120 мин по линейному закону.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Все исследованные образцы, изготовленные из буль диаметром 50 мм, условно можно разделить на две группы.
К первой относятся оптически и фотоэлектрически наиболее однородные кристаллы, имеющие относительно невысокую среднюю концентрацию (1.7 х 105 см-3) мелких пустот и включений [6]. Кристаллы данной группы имеют высокое структурное совершенство, которое выражается в отсутствие малоугловых (больше 10'') границ блоков. Зависимости 1(х) представляют собой плавные кривые и не содержат плохо воспроизводящихся участков.
Образцы второй группы изготовлены из буль, выращенных при большей кривизне фронта кристаллизации. Они имеют на порядок бульшую концентрацию пустот и включений. Для кристаллов данной группы характерны малоугловые гра-
ницы с разворотами блоков порядка 0.1°-0.5° [6]. Они также содержат разнообразные двумерные дефекты структуры (дефекты упаковки, двойники, границы блоков, прослойки различной природы, полосы скольжения и т.п.).
Зависимости /(х) для всех исследованных образцов второй группы являются индивидуальными. Сопоставление результатов структурных исследований с характером зависимостей /(х) позволило установить, что при изменении направления и напряженности смещающего поля возникает перестройка лишь отдельных экстремумов на зависимостях /(х) [9]. Она характерна для областей кристаллов, содержащих разномасштабные совокупности двумерных дефектов структуры различного типа. Оказалось, что при комбинированном воздействии смещающего и модулирующего П-об-разного напряжений положительной или отрицательной полярности возникают новые экстремумы на зависимостях /(х), а в спектрах фототока 1(к) этих кристаллов наблюдается перестройка полос фоточувствительности [10]. С точки зрения динамической устойчивости фотоотклика на зависимостях /(х) образцов второй группы условно можно выделить участки нескольких типов (рис. 1).
Участки 1, 3, 4 зависимости /(х) хорошо воспроизводятся при многократном сканировании, однако с ростом Е воспроизводимость участка 1 ухудшается, и возникают новые экстремумы. Вместе с тем, участок 2 содержит мелко- и крупномасштабные экстремумы, которые плохо воспроизводятся уже при малых значениях Е, а при Е > 103 В/см фотоотклик становится нестабильным. Дальнейшее увеличение напряженности поля приводит к изменению масштаба и увеличению амплитуды отдельных флуктуаций. При некотором порого-
0
5
Рис. 2. Диаграммы Щ)-^/^ кристалла Cd0.9Zn0.1Te второй группы, полученные при зондовом фотовозбуждении различных областей: а-в - соответственно области 1-3; г - область 4: площадки, ограниченные замкнутыми контурами 1-3-4-1 (51), 2-3-5-2 ^2), 2-3-4-2 (М - общий участок площадок S1 и S2); X = 880 нм, Т = 293 К, Е = 2 х 103 В/см.
вом значении Е > 104 В/см происходит пробой кристалла, причем разрушение материала происходит именно в области возникновения наибольших флуктуаций. Участки 3 и 4 зависимости являются электрически стабильными как при увеличении напряженности поля, так и при высоком уровне интенсивности излучения.
Учитывая различную воспроизводимость участков зависимости 1(х), соответствующих выделенным областям кристалла, можно предположить, что динамическая устойчивость фотоотклика кристалла в основном будет определяться вкладом электрически нестабильных областей.
Для проверки этого предположения и установления вклада в динамическую устойчивость различных областей кристаллов были исследованы фазовые диаграммы (рис. 2), получен-
ные при локальном фотовозбуждении выделенных областей образца (см. рис. 1). Как и ожидалось, наибольшая неустойчивость динамического отклика возникает при фотовозбуждении области 2 кристалла. При этом на фазовой диаграмме появляется область с хаотическим поведением фазо-
вых траекторий (рис. 26). Характерно, что с ростом напряженности поля хаотичность фазовых траекторий и охватываемая ими площадь увеличиваются. В то же время при фотовозбуждении области 3 кристалла наблюдается высокая стабильность динамического фотоотклика (рис. 2в). В этом случае фазовые траектории имеют достаточную устойчивость, т.е. являются аттракторами. Они не изменяют своей формы при увеличении температуры до 315 K, в то время как ее дальнейший рост приводит к плавному уменьшению амплитуды фотоотклика и потере его устойчивости. Фазовые диаграммы I(t)-dI/dt, полученные при фотовозбуждении областей 1 и 4, существенно отличаются, несмотря на воспроизводимость максимумов на зависимостях I(x) при многократном сканировании и устойчивость фазовых траекторий при комнатной температуре (рис. 2а, 2г). Прежде всего, обращает на себя внимание прямой участок 5-6 (рис. 2а), благодаря которому диаграмма I(t)-dI/dt, соответствующая области 1, является существенно несимметричной относительно нулевого уровня (dI/dt = 0). Более того, ее
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
1319
Рис. 3. Диаграммы I(t)-dI/dt кристалла Cd0.9Zn0.1Te второй группы, полученные при интегральном фотовозбуждении: а - нагревание от 293 до 450 К в течение 60 мин; б - охлаждение от 450 до 293 К в течение 120 мин; аттракторы: 293310 (7), 348-371 (2), 383-400 К (3); X = 880 нм, Е = 2 х 103 В/см.
нижняя часть, соответст
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.