Features of transformation of impurity-defect complexes in СdTe:Сl under the influence of microwave radiation

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

ÓÄÊ 53.097, 535.241.5

К. ф.-м. н. С. И. БУДЗУЛЯК, д. ф.-м. н. Д. В. КОРБУТЯК, к. т. н. А. П. ЛОЦЬКО, к. ф.-м. н. Н. Д. ВАХНЯК, к. ф.-м. н. С. М. КАЛИТЧУК, к. ф.-м. н. Л. А. ДЕМЧИНА, д. т. н. Р. В. КОНАКОВА, к. ф.-м. н. В. В. ШИНКАРЕНКО, д. ф.-м. н. А. В. МЕЛЬНИЧУК* Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Иíñòèòóò фèзèêè ïîëóïðîâîдíèêîâ èм. В. Е. Лàшêàðёâà НАН Óêðàèíы;

*Нåжèíñêèé ãîñóдàðñòâåííыé óíèâåðñèòåò èмåíè Нèêîëàÿ Гîãîëÿ E-mail: kdv45@isp.kiev.ua , shynkarenko@isp.kiev.ua

ОСОБЕННОСÒИ ÒРАНСФОРМАЦИИ

ПРИМЕСНО-ÄЕФЕÊÒНЫХ ÊОМПЛЕÊСОВ В CdTe:Cl

ПОÄ ВОЗÄЕЙСÒВИЕМ СВЧ-ОБЛÓЧЕНИЯ

Одíèм èз íàïðàâëåíèé ñîâðåмåííîé ýëåêòðîí-íîé òåõíèêè ÿâëÿåòñÿ ðàзðàбîòêà ïðèбîðîâ ðàдè-àцèîííîãî мîíèòîðèíãà, àêòóàëьíîñòь êîòîðîãî âîзðîñëà ïîñëå ðÿдà êàòàñòðîф íà ÿдåðíыõ îбъ-åêòàõ. В ñâÿзè ñ ýòèм íà ïåðâыé ïëàí âыñòóïàюò мàòåðèàëы, ïåðñïåêòèâíыå дëÿ èзãîòîâëåíèÿ íå-îõëàждàåмыõ дåòåêòîðîâ èîíèзèðóющåãî èзëóчå-íèÿ. Эòî, íàïðèмåð, âыñîêîîмíыå мîíîêðèñòàë-ëы òåëëóðèдà êàдмèÿ, îбëàдàющèå óдàчíым ñîчå-òàíèåм òàêèõ ñâîèõ õàðàêòåðèñòèê, êàê бîëьшèå àòîмíыå íîмåðà âõîдÿщèõ â ñîåдèíåíèÿ ýëåмåí-òîâ (ZCd=48, ZTe=52), бîëьшàÿ шèðèíà зàïðåщåí-íîé зîíы (Е≈1,5 ýВ ïðè 300 Ê) è âыñîêàÿ ïîд-âèжíîñòь íîñèòåëåé зàðÿдà (µ_e≈103 _ñм2_/(В⋅_ñ),

µ_h≈102 _ñм2_/(В⋅_{ñ)) ïðè êîмíàòíîé òåмïåðàòóðå} [1—3]. Вàжíым òðåбîâàíèåм ê дåòåêòîðíîмó мà-òåðèàëó òàêжå ÿâëÿåòñÿ âыñîêîîмíîñòь, êîòîðàÿ â ñëóчàå ñ CdTe дîñòèãàåòñÿ ïóòåм ëåãèðîâàíèÿ мîíîêðèñòàëëîâ õëîðîм.

Одíèм èз òåõíîëîãèчåñêèõ ïðîцåññîâ, ïî-зâîëÿющèõ âëèÿòь íà ðàñïðåдåëåíèå ïðèмåñè â êðèñòàëëàõ, ÿâëÿåòñÿ мèêðîâîëíîâîå îбëóчå-íèå, êîòîðîå âîздåéñòâóåò íà âåñь îбðàзåц â цå-ëîм, íå âызыâàÿ ãðàдèåíòà òåмïåðàòóðы (âîз-íèêàющåãî ïðè òåðмèчåñêîм èëè быñòðîм òåð-мèчåñêîм îòжèãå). Сðåдè ïåðâîïðîõîдцåâ, èз-óчàâшèõ ýòó îñîбåííîñòь, мîжíî îòмåòèòь àâòî-ðîâ ðÿдà ðàбîò, íàïðèмåð [7—9]. В íàñòîÿщåå âðåмÿ èзóчàюòñÿ êàê òåðмèчåñêèå, òàê è àòåð-мèчåñêèå мåõàíèзмы âîздåéñòâèÿ мèêðîâîëíî-âîãî îбëóчåíèÿ íà мàòåðèàëы, îбíàðóжåíы òåõ-íîëîãèчåñêèå óñëîâèÿ, ïðè êîòîðыõ íå òîëьêî âîзðàñòàåò îдíîðîдíîñòь ðàñïðåдåëåíèÿ ïðèмå-ñåé â îбðàбàòыâàåмыõ îбðàзцàõ, íî è èзмåíÿåò-ñÿ âíóòðåííåå мåõàíèчåñêîå íàïðÿжåíèå [5, 10].

Методом низкотемпературной фотолюминесценции исследовано влияние микроволнового излучения на трансформацию примесно-дефектных комплексов в монокристаллах CdTe:Cl. Показано, что ак-тивированные микроволновым облучением продолжительностью 10 с донорные центры СlTe и акцеп-торные центры VCd, имеющиеся в образцах, создают эффективные условия для формирования де-фектных центров (VСd—СlTe), на которых связываются экситоны. Детальные исследования фор-мы полосы фотолюминесценции донорно-акцепторных пар монокристаллов СdTe:Cl позволили опре-делить зависимость параметра электрон-фононного взаимодействия (фактор Хуанга—Рис) от времени облучения.

Ключевые слова: теллурид кадмия, фотолюминесценция, микроволновое излучение.

Äëÿ мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl òàêжå íàбëю-дàåòñÿ îïðåдåëåííыé ïðîãðåññ â èзóчåíèè ïðè-ðîды дåфåêòîâ, îдíàêî мåõàíèзмы òðàíñфîð-мàцèè ïðèмåñíî-дåфåêòíыõ цåíòðîâ êðèñòàë-ëîâ ïîд дåéñòâèåм СВЧ-îбëóчåíèÿ дî ñèõ ïîð èзóчåíы íåдîñòàòîчíî. В òî жå âðåмÿ, íàõîж-дåíèå ïàðàмåòðîâ òåõíîëîãèчåñêîé îбðàбîòêè CdTe:Cl, ïîзâîëÿющåé óïðàâëÿòь ðàñïðåдåëå-íèåм ïðèмåñåé, ïîзâîëèò ïîâыñèòь êàчåñòâî дå-òåêòîðîâ íà èõ îñíîâå.

В дàííîé ðàбîòå èññëåдîâàíы ëюмèíåñцåíò-íыå ñâîéñòâà мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl è ïðî-àíàëèзèðîâàíы îñîбåííîñòè òðàíñфîðмàцèè ïðèмåñíî-дåфåêòíыõ цåíòðîâ ïðè ðàзëèчíыõ ðåжèмàõ СВЧ-îбðàбîòêè.

Методы исследований и оборудование

Обëóчåíèå èññëåдóåмыõ îбðàзцîâ ïðîâîдè-ëè â ðàбîчåé êàмåðå мàãíåòðîíà, íàãðóжåííî-ãî íà êâàзèñòàцèîíàðíыé СВЧ-ãåíåðàòîð íà чà-ñòîòå 2,45 ГГц. Мîщíîñòь èзëóчåíèÿ ñîñòàâëÿëà 7,5 Вò/ñм2_{. Äëÿ èñêëючåíèÿ òåðмèчåñêîãî} âîз-дåéñòâèÿ îбðàзцы îбëóчàëè â òåчåíèå íå бîëåå чåм 3 ñ (ñêâàжíîñòь 20—40). Пðè ýòîм

èíòå-гральный разогрев образцов не превышал 10°С.

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

íåñцåíцèè (ФË) èñïîëьзîâàëñÿ ãåëèé-íåîíîâыé ëàзåð íåïðåðыâíîãî дåéñòâèÿ мîщíîñòью 40 мВò (дëèíà âîëíы λ=632,8 íм). Äèàïàзîí òåðмîðåãó-ëèðîâàíèÿ ñîñòàâëÿë 4,2—300 Ê, дèñêðåòíîñòь óñòàíîâêè òåмïåðàòóðы 0,1 Ê, òîчíîñòь ñòàбè-ëèзàцèè òåмïåðàòóðы 0,1 Ê. Сïåêòðàëьíîå ðàз-ðåшåíèå âî âñåõ ñëóчàÿõ быëî íå õóжå 1 мýВ.

Îбсуждение результатов

Сïåêòð íèзêîòåмïåðàòóðíîé ФЛ ïðè òåмïåðà-òóðå Т=5 Ê мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl â îбëàñòè ýíåðãèé 1,3—1,5 ýВ ïîêàзàí íà рис. 1. Оí ñîñòî-èò èз дâóõ ïîëîñ: îдíà (1,45 ýВ) îбóñëîâëåíà èз-ëóчàòåëьíîé ðåêîмбèíàцèåé дîíîðíî-àêцåïòîðíыõ ïàð (ÄÀÏ), âòîðàÿ (1,470—1,478 ýВ) — Y-ïîëîñà ñ фîíîííымè ïîâòîðåíèÿмè, êîòîðóю èдåíòè-фèцèðóюò êàê ïîëîñó ðåêîмбèíàцèè ýêñèòîíîâ, ñâÿзàííыõ íà дèñëîêàцèÿõ.

Сïåêòðàëьíàÿ фîðмà дîíîðíî-àêцåïòîðíыõ ïî-ëîñ ФЛ ñ óчåòîм фîíîííыõ ðåïëèê îïèñыâàåòñÿ õîðîшî èзâåñòíîé фîðмóëîé (ñм., íàïðèмåð, [9])

( )

! – Ã

– –

exp

I

p

S ep – 1₂ p

p

S LO

2

0

0 2

+

ω ω ω ω ω

=

`

j

; E

/

ãдå чàñòîòà ω0 ïîñðåдñòâîм ïîñòîÿííîé Пëàíêà

ћ (ћω0) зàдàåò ýíåðãåòèчåñêîå ïîëîжåíèå íóëь-фîíîííîé ëèíèè (ÍФË), à ïàðàмåòð зàòóõàíèÿ Г чåðåз ћГ îïðåдåëÿåò шèðèíó ëèíèè. Сóммà бå-ðåòñÿ ïî âñåм âîзмîжíым фîíîíым ðåïëèêàм (p=0, 1, 2 ...). Фàêòîð Хóàíãà—Рèñ S îïðåдå-ëÿåò âåðîÿòíîñòь Wp≈e–S Sp/p! èзëóчàòåëьíыõ

ïåðåõîдîâ íà ïðèмåñíîм цåíòðå ñ óчàñòèåм p LO-фîíîíîâ, îí мîжåò быòь ðàññчèòàí ïî фîð-мóëå Фðåëèõà дëÿ íåïðåðыâíîé ñðåды: S=[2πe2_/(Vћω

LO)](1/ε∞–1/ε0)∑q|ρq|2/q2,

ãдå q — âîëíîâîé âåêòîð;

V — îбъåм êðèñòàëëà; ћω_LO — ýíåðãèÿ LO-фîíîíîâ;

ε∞ — âыñîêîчàñòîòíàÿ дèýëåêòðèчåñêàÿ

ïðîíèцà-åмîñòь;

ε0 — ñòàòèчåñêàÿ дèýëåêòðèчåñêàÿ ïðîíèцàåмîñòь; ρ_q — Фóðьå-êîмïîíåíòà ðàñïðåдåëåíèÿ

ïëîòíî-ñòè зàðÿдà.

Сèëьíî ëîêàëèзîâàííыå íà ïðèмåñÿõ îñíîâ-íыå ñîñòîÿíèÿ íîñèòåëåé îïèñыâàюòñÿ îãèбàю-щåé âîëíîâîé фóíêцèåé

Ψν_i(r)=Nvir

νi_∙exp[–_r/(ν

iai*)],

ãдå i=e дëÿ ñâÿзàííîãî ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíà íà дî-íîðå è i=h дëÿ ñâÿзàííîãî ñîñòîÿíèÿ дыðêè íà àê-цåïòîðå;

ai*, mi* — ýффåêòèâíыå бîðîâñêèé ðàдèóñ è мàññà

ñîîòâåòñòâóющåãî íîñèòåëÿ, ai*=ћ2ε0/ (e2_m

i*); r — ðàдèóñ-âåêòîð;

Nνi — êîýффèцèåíò íîðмèðîâàíèÿ,

Nνi=[2/(νiai*)]νi/[(νiai*)1/2Г(νi+1)].

Вåëèчèíà ν_i — ýòî òàê íàзыâàåмыé ïàðàмåòð êâàíòîâîãî дåфèцèòà, êîòîðыé îïðåдåëÿåòñÿ èз ñîîòíîшåíèÿ ýíåðãèé:

ν_i2_=E

iR/ED(A),

ãдå EiR — ýíåðãèÿ ñâÿзè íîñèòåëÿ íà

ïðèмåñ-íîм цåíòðå â ðàмêàõ âîдîðîдîïîдîбíîé мîдåëè (EiR=e4mi*/(2ε02ћ2)), à ED(A) ÿâëÿåòñÿ ýêñïåðè-мåíòàëьíî èзмåðåííым зíàчåíèåм ýíåðãèè èî-íèзàцèè îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ ñîîòâåòñòâóющå-ãî íîñèòåëÿ.

Пðè ðàñчåòå фàêòîðà Хóàíãà—Рèñ дëÿ ïðî-цåññà ðåêîмбèíàцèè íà èзîëèðîâàííîм цåíòðå (дîíîðå èëè àêцåïòîðå) Фóðьå-êîмïîíåíòà ðàñ-ïðåдåëåíèÿ ïëîòíîñòè зàðÿдà îïðåдåëÿåòñÿ фîð-мóëîé

ρ_qi=Nρ∫exp(iqr)r2(νi–1)exp[–2r/(νiai*)]d3r,

ãдå Nρ — êîíñòàíòà íîðмèðîâàíèÿ, êîòîðóю

íà-õîдÿò ïðè óñëîâèè ρ0i=1.

Еñëè èзëóчàòåëьíàÿ ðåêîмбèíàцèÿ ïðîèñõî-дèò íà ÄАП ñ óчàñòèåм êàê дîíîðà, òàê è àê-цåïòîðà, òî Фóðьå-êîмïîíåíòà ðàñïðåдåëåíèÿ îбщåé (ýëåêòðîí-дыðîчíîé) ïëîòíîñòè зàðÿдà îïðåдåëÿåòñÿ фîðмóëîé

ρ_eh(q)=〈Ψ_e(re)Ψh(rh)∙|exp(iqrh)–

–exp(iqr_e)|∙Ψ_h(r_h)Ψ_e(r_e)〉. (2) Пðè òàêîм ðàñïðåдåëåíèè зàðÿдà зíàчåíèå фàêòîðà Хóàíãà—Рèñ õàðàêòåðèзóåò ñòåïåíь ýëåêòðîí-фîíîííîãî âзàèмîдåéñòâèÿ è ÿâëÿåò-ñÿ фóíêцèåé ðàññòîÿíèÿ R мåждó дîíîðîм è àê-цåïòîðîм â ÄАП:

( ) –

S R e 1 1

LO 2

0 #

'

π ω ε ε

=

3

c m (3)

– sin

qR qR

q

2

d qe2 qh2 qe qh

0

# ρ ₊ ρ ρ ρ

3

; E

#

ãдå ρ_qe, ρ_qh — Фóðьå-êîмïîíåíòà ïëîòíîñòè зà-ðÿдà ýëåêòðîíîâ è дыðîê ñîîòâåòñòâåííî.

Рèñ. 1. Рàзëîжåíèå ýêñïåðèмåíòàëьíîãî ñïåêòðà ФЛ (1) â îбëàñòè îò 1,3 дî 1,5 ýВ íà дâå ñîñòàâëÿющèå: ÄАП (2) è Y-ïîëîñы (3) ñ èõ фîíîííымè ïîâòîðåíèÿмè

Иíòåíñèâíîñòь ФЛ, îòí. åд.

1,34 1,36 1,38 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48 1,50 Эíåðãèÿ, ýВ

1

2

3

Y

4LO

3LO

2LO

1LO

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

В [8] ïîêàзàíî, чòî â ðåзóëьòàòå СВЧ-îбðàбîòêè мîжåò ïðîèñõîдèòь ïåðåðàñïðåдåëå-íèå ïðèмåñåé â êðèñòàëëàõ. В ýòîм ñëóчàå èз-мåíåíèå фàêòîðà Хóàíãà—Рèñ мîжåò быòь îб-óñëîâëåíî èзмåíåíèåм âзàèмîðàзмåщåíèÿ ïðè-мåñåé â ïðèïîâåðõíîñòíîé, àíàëèзèðóåмîé, îб-ëàñòè êðèñòàëëà. В чàñòíîñòè, óâåëèчåíèå ðàñ-ñòîÿíèÿ íà íåñêîëьêî íàíîмåòðîâ мåждó дîíîð-íымè è àêцåïòîðдîíîð-íымè цåíòðàмè â ÄАП â ïðå-дåëàõ 5—20 íм ïðèâåдåò ê îщóòèмîмó âîзðàñ-òàíèю фàêòîðà Хóàíãà—Рèñ.

В дàííîé ðàбîòå îïðåдåëåíî зíàчåíèå фàêòî-ðà Хóàíãà—Рèñ дëÿ ÄАП (SÄАП) â зàâèñèмîñòè îò ïðîдîëжèòåëьíîñòè СВЧ-îбëóчåíèÿ дëÿ îб-ðàзцîâ CdTe:Cl ñ ðàзëèчíым ñîдåðжàíèåм õëî-ðà: NCl=5∙1017 cм–3 è NCl=5∙1019 cм–3 (NCl — ñî-дåðжàíèå Cl â èñõîдíîé íàâåñêå ïðè âыðàщèâà-íèè, à íå ðåàëьíàÿ êîíцåíòðàцèÿ ëåãèðóющåé ïðèмåñè â âыðàщåííыõ êðèñòàëëàõ).

В [10] óñòàíîâëåíî, чòî â èñõîдíыõ îбðàз-цàõ CdTe:Cl ñ óâåëèчåíèåм NCl от 5∙1017 дî

5∙1019 _cм–3 _{фàêòîð Хóàíãà—Рèñ óмåíьшàåòñÿ.}

Фèзèчåñêîé ïðèчèíîé ýòîãî мîжåò быòь бîëь-шàÿ íåîдíîðîдíîñòь ðàñïðåдåëåíèÿ è мåíьшåå ðàññòîÿíèå мåждó дîíîðàмè è àêцåïòîðàмè â êðèñòàëëàõ ñ бîëьшèм ñîдåðжàíèåм Cl.

Из ïðèâåдåííîé íà рис. 2 зàâèñèмîñòè âèд-íî, чòî ñ óâåëèчåíèåм ïðîдîëжèòåëьíîñòè СВЧ-îбëóчåíèÿ мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl фàê-òîð Хóàíãà—Рèñ ðàñòåò, чòî ñâèдåòåëьñòâóåò îб óâåëèчåíèè ðàññòîÿíèÿ мåждó ÄАП âñëåдñòâèå óмåíьшåíèÿ èõ êîíцåíòðàцèè èëè âîзðàñòàíèÿ îдíîðîдíîñòè ðàзмåщåíèÿ дîíîðíыõ è àêцåï-òîðíыõ цåíòðîâ.

Äåòàëьíыé ñðàâíèòåëьíыé àíàëèз ñïåê-òðîâ «êðàåâîé» ФЛ мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl ñ NCl=5∙1017 cм–3 дî è ïîñëå СВЧ-îбðàбîòêè (рис. 3) ïîêàзàë, чòî êðàåâàÿ ëюмèíåñцåíцèÿ ñâÿзàíà ñ íàëèчèåм â êðèñòàëëàõ CdTe мåëêèõ дîíîðîâ (СlTe) è мåëêèõ àêцåïòîðîâ (VCd), òîч-íåå — ñ ïåðåõîдîм ýëåêòðîíîâ èз зîíы ïðîâî-дèмîñòè íà мåëêèå àêцåïòîðíыå цåíòðы (ëè-íèÿ (e-A)) è дîíîðíî-àêцåïòîðíымè ïåðåõîдà-мè (ëèíèÿ (Ä-А)). В íèзêîýíåðãåòèчåñêîé îб-ëàñòè ñïåêòðîâ «êðàåâîé» ФЛ íàбëюдàюòñÿ LO-фîíîííыå ïîâòîðåíèÿ ýòèõ ïîëîñ.

Êàê âèдíî èз ðèñ. 3, ïîñëå СВЧ-îбðàбîòêè ïðîдîëжèòåëьíîñòью 10 ñ íàбëюдàåòñÿ òóшå-íèå èíòåíñèâíîñòè ïîëîñ фîòîëюмèíåñцåíцèè (Ä-А) è (å-А), чòî ñâèдåòåëьñòâóåò îб óмåíьшå-íèè êîíцåíòðàцèè àêцåïòîðíыõ цåíòðîâ VCd â ïðèïîâåðõíîñòíîé îбëàñòè êðèñòàëëîâ. В ñïåê-òðàõ ýêñèòîííîé ФЛ мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl ëèíèÿ (A0_{,X) íàèбîëåå èíòåíñèâíàÿ (рис. 4),} îíà ñâÿзàíà ñ ýêñèòîíàмè, ëîêàëèзîâàííымè íà íåéòðàëьíыõ àêцåïòîðàõ (CuCd). Лèíèю (D0,X) èдåíòèфèцèðóюò êàê èзëóчåíèå ýêñèòîíîâ, ñâÿ-зàííыõ íà дîíîðíыõ цåíòðàõ ClTe. Óâåëèчåíèå èíòåíñèâíîñòè ФЛ ëèíèè W, îòâåчàющåé зà ñâÿ-зàííыå ýêñèòîíы íà цåíòðàõ (VСd—СlTe), ïîñëå СВЧ-îбðàбîòêè êðèñòàëëîâ (ðèñ. 4) ÿâëÿåòñÿ ðå-зóëьòàòîм óâåëèчåíèÿ êîíцåíòðàцèè ñëîжíыõ дåфåêòíыõ êîмïëåêñîâ (VСd—СlTe).

Рèñ. 2. Зàâèñèмîñòь фàêòîðà Хóàíãà—Рèñ îò ïðîдîë-жèòåëьíîñòè СВЧ-îбðàбîòêè мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl

ñ NCl=5∙1017 ñм–3 (1) è NCl=5∙1019 ñм–3 (2)

SÄАП

1,7

1,6

1,5

1,4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Вðåмÿ СВЧ-îбðàбîòêè, ñ

1

2

Рèñ. 3. Сïåêòðы «êðàåâîé» ФЛ мîíîêðèñòàëëîâ CdÒe:Cl ñ N_Сl=5∙1017_cм–3 _{дî (1) è ïîñëå СВЧ-îбðàбîòêè}

ïðîдîë-жèòåëьíîñòью 10 c (2), 30 c (3), 180 c (4) [6]

Иíòåíñèâíîñòь ФЛ, îòí. åд.

1,50 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 1,56 Эíåðãèÿ, ýВ

1 4

2LO

1LO

(Ä-А)(å-А) 1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

3

2

Рèñ. 4. Сïåêòðы ФЛ мîíîêðèñòàëëîâ CdÒe:Cl ñ

NСl=5∙1017 ñм–3 дî (1) è ïîñëå СВЧ-îбðàбîòêè ïðîдîë-жèòåëьíîñòью 10 c (2)

Иíòåíñèâíîñòь ФЛ, îòí. åд.

1,584 1,586 1,588 1,590 1,592 1,594 1,596 Эíåðãèÿ, ýВ

1 2

W (D0_{, X)}

(А0_{, Х)} 1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

Пîдîбíîå èзмåíåíèå ëèíèé ФЛ мîжåò быòь âызâàíî óâåëèчåíèåм âíóòðåííèõ мåõàíèчåñêèõ íàïðÿжåíèé ïîд âîздåéñòâèåм СВЧ-îбðàбîòêè [8], чòî мîжåò ïðèâåñòè ê óâåëèчåíèю êîíцåí-òðàцèè бåзызëóчàòåëьíыõ цåíòðîâ è ñïàдó èíòåí-ñèâíîñòè ëèíèé ФЛ (Ä-А) è (å-А) ïîñëå СВЧ-îбðàбîòêè â òåчåíèå 10 ñ (êðèâàÿ 2 íà ðèñ. 3) è ïîñëåдóющåé ðåëàêñàцèè ýòèõ íàïðÿжåíèé ïðè óâåëèчåíèè дëèòåëьíîñòè îбðàбîòêè. Äëÿ ïîд-òâåðждåíèÿ ïîдîбíîãî ïðåдïîëîжåíèÿ íåîбõî-дèмы дàëьíåéшèå èññëåдîâàíèÿ.

Âыводы

Òàêèм îбðàзîм, óñòàíîâëåíî, чòî óâåëèчå-íèå фàêòîðà Хóàíãà—Рèñ, õàðàêòåðèзóющåãî ñòåïåíь ýëåêòðîí-фîíîííîãî âзàèмîдåéñòâèÿ â дîíîðíî-àêцåïòîðíыõ ïàðàõ мîíîêðèñòàëëîâ CdTe:Cl, âîзðàñòàåò ïî мåðå óâåëèчåíèÿ дëè-òåëьíîñòè СВЧ-îбðàбîòêè, чòî ñâÿзàíî ñ ãîмîãå-íèзàцèåé ðàñïðåдåëåíèÿ дîíîðíыõ è àêцåïòîð-íыõ цåíòðîâ, à òàêжå ñ óâåëèчåíèåм ðàññòîÿíèÿ мåждó дîíîðîм è àêцåïòîðîм. СВЧ-îбðàбîòêà â òåчåíèå 10 ñ îбðàзцîâ ñ ñîдåðжàíèåм Cl â

èñ-ходной шихте 5∙1017 _ñм–3 _{âызыâàåò âîзðàñòàíèå}

âíóòðåííèõ мåõàíèчåñêèõ íàïðÿжåíèé â êðè-ñòàëëå, чòî â ñâîю îчåðåдь ïðèâîдèò ê óмåíь-шåíèю êîíцåíòðàцèè èзîëèðîâàííыõ âàêàíñèé êàдмèÿ VCd âñëåдñòâèå фîðмèðîâàíèÿ дåфåêò-íыõ цåíòðîâ (VСd—СlTe), íà êîòîðыõ ñâÿзыâà-юòñÿ ýêñèòîíы.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ

1. Êîðбóòÿê Ä. В. , Мåëьíèчóê С. В., Êîðбóò Є. В., Бîðèñюê М. М. Òåëóðèд êàдмію: дîмішêîâî-дåфåêòíі ñòàíè òà дåòåêòîðíі âëàñòèâîñòі.— Êèїâ: «Іâàí Фåдîðîâ», 2000.

2. Êóëьчèцêèé Н. А., Нàóмîâ А. В. Обзîð мèðîâыõ ðыíêîâ êàдмèÿ, òåëëóðà è ñîåдèíåíèé íà èõ îñíîâå // Цâåòíàÿ мåòàëëóðãèÿ.— 2010.— ¹ 2.— C. 31—44.

3. Del Sordo S., Abbene L., Caroli E. et al. (Review) Progress in the development of CdTe and CdZnTe semiconductor radiation detectors for astrophysical and medical applications // Sensors.— 2009.— Vol. 9.— P. 3491—3526. DOI:10.3390/s90503491

4. Ржàíîâ А. В., Гåðàñèмåíêî Н. Н., Вàñèëьåâ С. В., Обîдíèêîâ В. И. СВЧ íàãðåâ êàê мåòîд òåðмîîбðàбîò-êè ïîëóïðîâîдíèêîâ // Пèñьмà â ЖÒФ.— 1981.— Ò. 7, Выï. 20.— С. 1221—1223

5. Вèííèê Е. В., Гóðîшåâ В. И., Пðîõîðîâèч А. В., Шåâåëьåâ М. В. Иñïîëьзîâàíèå мîщíîãî СВЧ-èзëóчåíèÿ дëÿ быñòðîãî îòжèãà àðñåíèдà ãàëëèÿ // Оïòîýëåêòðîíèêà è ïîëóïðîâîдíèêîâàÿ òåõíèêà.— 1989.— Выï. 15.— С. 48—50.

6. Êðышòàб Ò. Г., Сåмåíîâà Г. Н., Лèòâèí П. М. è дð. Нåмîíîòîííîñòь ïðîцåññîâ ñòðóêòóðíîé ðåëàêñàцèè ïðè СВЧ-îбðàбîòêå àðñåíèдà ãàëëèÿ // Оïòîýëåêòðîíèêà è ïîëóïðîâîдíèêîâàÿ òåõíèêà.— 1996.— Выï. 31.— С. 140—145.

7. Yao-Jen Lee, Ta-Chun Cho, Shang-Shiun Chuang et al. Low-temperature microwave annealing processes for future IC fabrication — a review // IEEE Transactions on electron devices.— 2014.— Vol. 61, N 3.— P. 651—665.

8. Atanassova E. D., Belyaev A. E., Konakova R. V. et al. Effect of active actions on the properties of semiconductor materials and structures.— Kharkiv : NTC “Institute for Single Crystals”, 2007.

9. Soltani M., Certier M., Evrard R., Kartheuser E. Photoluminescence of CdTe doped with arsenic and antimony acceptors // J. Appl. Phys.— 1995.— Vol. 78, N 9.— P. 5626—5632.

10. Êîðбóòÿê Ä.В., Лîцьêî А.П., Вàõíÿê Н.Ä.è дð. Вëèÿíèå СВЧ-îбëóчåíèÿ íà фîòîëюмèíåñцåíцèю ñâÿзàííыõ ýêñèòîíîâ â мîíîêðèñòàëëàõ CdTe:Cl // ФÒП.— 2011.— T. 45, âыï. 9.— C. 1175—1181.

Дата поступления рукописи в редакцию 15.05 2014 г.

С. І. БУДЗУЛЯК, Д. В. КОРБУТЯК, О. П. ЛОЦЬКО, Н. Д. ВАХНЯК, С. М. КАЛИТЧУК, Л. А. ДЕМЧИНА, Р. В. КОНАКОВА, В. В. ШИНКАРЕНКО, А. В. МЕЛЬНИЧУК*

Óêðàїíà, м. Êèїâ, Іíñòèòóò фізèêè íàïіâïðîâідíèêіâ ім. В. Є. Лàшêàðьîâà НАН Óêðàїíè; *Ніжèíñьêèé дåðжàâíèé óíіâåðñèòåò імåíі Мèêîëè Гîãîëÿ

E-mail: kdv45@isp.kiev.ua, shynkarenko@isp.kiev.ua

ОСОБЛИВОСÒІ ÒРАНСФОРМАЦІ

Ї

ÄОМІШÊОВО-ÄЕФЕÊÒНОГО

ÊОМПЛЕÊСÓ В CdTe:Cl ПІÄ ÄІЄЮ НВЧ-ОПРОМІНЕННЯ

Методом низькотемпературної фотолюмінесценції досліджено вплив мікрохвильового випромінювання на трансформацію домішково-дефектних комплексів в монокристалах CdTe:Cl. Показано, що активовані мікрохвильовим опроміненням тривалістю 10 с донорні центри СlTe і акцепторні центри VCd, наявні в зраз-ках, створюють ефективні умови для формування дефектних центрів (VCd—СlTe), на яких зв'язуються екситони. Детальні дослідження форми смуги донорно-акцепторних пар монокристалів СdTe:Cl дозво-лили визначити параметр електрон-фононної взаємодії (фактор Хуанга—Рис) в залежності від часу опромінення.

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

S. I. BUDZULYAK, D. V. KORBUTYAK, A. P. LOTS'KO, N. D. VAKHNYAK, S. M. KALITCHUK, L. A. DEMCHINA, R. V. KONAKOVA, V. V. SHINKARENKO, A. V. MEL'NICHUK*

Ukraine, Kiev, V. E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS; *Nikolai Gogol Nezhinskii State University E-mail: kdv45@isp.kiev.ua, shynkarenko@isp.kiev.ua

FEATURES OF TRANSFORMATION OF IMPURITY-DEFECT COMPLEXES

IN CdTe:Cl UNDER THE INFLUENCE OF MICROWAVE RADIATION

High-resistance cadmium telluride single crystals are promising material for production of ionizing radiation detectors. To increase crystal resistance, they are doped with chlorine. The detector quality depends on uni-formity of chlorine impurity distribution over crystal.

It is known that low-dose microwave irradiation can homogenize impurity distribution in a specimen. In the present work, we made an attempt to improve the detector material quality by using such post-technological treatment, as well as to study state variation for impurity-defect complexes. To this end, the effect of micro-wave irradiation on transformation of impurity-defect complexes in CdTe:Cl single crystals was investigated using low-temperature photoluminescence. It is shown that activation of СlTe donor centers by microwave irra-diation for 10 s and presence of VCd acceptor centers in the specimens under investigation effectively facilitate formation of (VСd–СlTe) defect centers at which excitons are bound.

Detailed investigations of the band form for donor-acceptor pairs (DAPs) in СdTe:Cl single crystals made it possible to determine the Huang—Rhys factor (that characterizes electron-phonon interaction in CdTe:Cl DAPs) as a function of microwave treatment duration. It is shown for single crystals with NCl = 5⋅1017 cm–3

and 5⋅1019 cm–3 that the Huang—Rhys factor grows with microwave irradiation dose. This is related to both

homogenization of donor and acceptor centers distribution and increase of donor—acceptor spacing. It is shown that microwave irradiation of CdTe:Cl single crystals results in concentration reduction for separate cadmium vacancies VCd because of formation of (VСd—СlTe) defect centers at which excitons are bound. Keywords: cadmium telluride, photoluminescence, microwave radiation.

REFERENCES

1. Korbutyak D. V., Mel'nichuk S. V., Korbut Ye. V., Borisyuk M.M. [Cadmium Telluride: impurity-defect states and detector properties]. Kiev, Ivan Fedorov, 2000, 198 p.

2. Kul'chitskii N. A., Naumov A. V. Tsvetnaya metallur-giya, 2010, no 2, pp. 31-44. (in Russian)

3. Stefano Del Sordo, Leonardo Abbene, Ezio Caroli, Anna Maria Mancini, Andrea Zappettini, Pietro Ubertini. (Review) Progress in the development of CdTe and CdZnTe semiconductor radiation detectors for astrophysical and medical applications. Sensors, 2009, vol. 9, pp. 3491-3526. DOI:10.3390/s90503491

4. Rzhanov A. V., Gerasimenko N. N., Vasil'ev S. V., Obodnikov V. I. Pis'ma v ZhTF, 1981, vol. 7, iss. 20, pp. 1221-1223. (in Russian)

5. Vinnik E. V., Guroshev V. I., Prokhorovich A. V., Shevel'ev M. V. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tekhnika, 1989, iss. 15, pp. 48-50. (in Russian)

6. Kryshtab T. G., Semenova G. N., Litvin P. M., Konakova R. V., Prokopenko I. V., Mazin M. A. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tekhnika, 1996, iss. 31, pp. 140-145. (in Russian)

7. Yao-Jen Lee, Ta-Chun Cho, Shang-Shiun Chuang, Fu-Kuo Hsueh, Yu-Lun Lu, Po-Jung Sung, Hsiu-Chih Chen, Michael I. Current, Tseung-Yuen Tseng, Tien-Sheng Chao, Chenming Hu, Fu-Liang Yang. Low-temperature microwave annealing processes for future IC fabrication – a review. IEEE Transactions on electron devices, 2014, vol. 61, no 3, pp. 651-665.

8. Atanassova E. D., Belyaev A. E., Konakova R. V., Lytvyn P. M., Milenin V. V., Mitin V. F., Shynkarenko V. V. Effect of active actions on the properties of semiconductor materials and structures. Kharkiv, NTC “Institute for Single Crystals”, 2007, 216 ð.

9. Soltani M., Certier M., Evrard R., Kartheuser E. Photoluminescence of CdTe doped with arsenic and antimony acceptors. J. Appl. Phys, 1995, vol. 78, no 9, pp. 5626-5632.

10. Korbutyak D. V., Lotsko A. P., Vakhnyak N. D., Demchuna L. A., Konakova R. V., Milenin V. V., Red’ko R. A. Effect of microwave irradiation on the photoluminescence of bound excitons in CdTe:Cl single crystals. Semiconductors, 2011, vol. 49, iss. 9, pp. 1133-1139. DOI: 10.1134/ S1063782611090119