Примесные состояния и дефекты в слоистых полупроводниках GaSe и InSe
|
СтатусДиссертация была зашищена 17 сентября 2010Утверждена Национальным Советом 4 ноября 2010 Автореферат – 0.95 Mb / на румынском |
Аннотация
В диссертационной работе представлены результаты многостороннего анализа структурных, оптических, фотоэлектрических и люминесцентных свойств двух представителей из класса слоистых материалов типа АIIIBVI-GaSe и InSe, нелегированные и легированные элементами из групп I-VII. На основании структурных измерении при помощью дифракции рентгеновских лучей и спектров FTIR в широкой области волновых чисел определено что первоначальные монокристаллы GaSe являются многофазными. Показано что фазовый переход ε-γ и ε-δ может произойти и в результате механического воздействия на кристаллы и при их дробление. Введение легирующеи примеси (Sn, Cu) при малых концентрациях приводит к увеличению параметра “а” и к не больших уменьшений параметра “c” гексогональной решетки кристаллов ε-GaSe. Примеси Cd (Cu) в количестве 0,50 ат. % и больше приводят к появлению кластеров CdGa2Se4. Определены волновые числа основных оптических фононы для примеси в этих кристаллах.
Исследование спектров оптического поглощения, отражения и фотолюминесценции показало что длинноволновый край полосы основного поглощение нелегированных кристаллах и легированных примесями из групп I-VII формируется экситонами большого радиуса. Определены параметры экситонов (энергия связи, приведенное масса, энергии локализации экситонов) а также характер оптических переходов в изученных материалах. Длинноволновое крыло экситонной краевой полосы образован взаимодействием экситонов с фононами и определены константы таких взаимодействии. Полосы оптического поглощения обусловленные примесями элементов (Li, K, Cu, Cd, Zn, Sn, Bi, Mn) примыкают непосредственно к экситонным полосам. Из анализа спектров оптического поглощения и фотолюминесценции определены энергии акцепторных уровней созданных примесями в запрещенной зоне GaSe и InSe.
Введение примесей Cu, Cd, Sn в GaSe и InSe приводит к увеличению концентрации основных носителей на 2÷3 порядка. Так введение 0,05 ат. % Cd в GaSe приводит к увеличению концентрации дырок при комнатной температуре с 3·1012 см-3 до 4·1015 см-3, увеличении концентрации Cd с 0,01 ат. % до 0,05 ат. % приводит к изменению с n на p основных носителей в InSe. Из анализа температурной зависимости электропроводности в интервале температур от 80 К до 300 К определены энергии уровней созданных атомами примеси Cu, Cd и Sn в запрещенной зоне GaSe и InSe. Созданные атомами примеси уровни определяют и фотоэлектрические свойства кристаллов. Так увеличении концентрации атомов меди до 0,20 ат. % приводит к увеличению в ~ 100 раз относительной фоточувствительности кристаллов ε-GaSe при комнатной температуре. Дальнейшее увеличение концентрации атомов Cu в GaSe приводит к созданию на поверхности слоевых пакетов локальные состояния через которые интенсивно рекомбинируют неравновесные носители тока.
Из анализа спектральных зависимостей фотолюминесценции, её температурного тушении и термостимулированной люминесценции определены уровни рекомбинации и ловушек созданные собственными дефектами в нелегированные кристаллы ε-GaSe и γ-InSe и уровней созданных атомами примеси (Cu, Cd, Sn) в этих кристаллах.
Путём термического окисления тонкого слоя металла были созданы гетеропереходы In2O3, SnO2, ZnO, CdO, TiO2, Bi2O3-ε GaSe и In2O3, SnO2-γ InSe и изучены механизмы токопрохождения в гетеропереходе и их фотоэлектрические свойства. Из анализа кривых релаксации фототока и спектральных зависимостей фотонапряжение и оптического поглощения определены времена релаксации ответственные за высокую фоточувствительность этих структур в видимой и УФ областей спектра а также длины свободного пробега неосновных носителей в области перехода.
Основные результаты опубликованы в 91 научных работах. Диссертация написана на румынском языке, содержит 292 страниц текста, 160 рисунков, 27 таблиц и 346 литературных ссылок.
Официальные оппоненты
- Valerii Muşinschi
доктор хабилитат, профессор - Gheorghe Rusu
doctor inginer, profesor universitar, Universitatea „Al.I.Cuza” din Iaşi, România - Dmitry Khokhlov
doctor habilitat în ştiinţe fizico-matematice, profesor universitar,, membru corespondent, AŞR, Federaţia Rusă
Диссертации
