Оглавление

Введение

Физические свойства и механизм образования фото-ЭДС в пленках А₂В₆ исследовались во многих работах [2—7], но глубокие уровни в них почти не изучались. В то же время, комплексное изучение фото-ЭДС и фотопроводимости позволяет определить не только энергии их активации, но и свойства межкристаллических барьеров вдоль слоя, а также их различия на поверхности и в глубине слоя. В данной главе рассмотрим структуру края поглощения пленок, что необходимо для упрощения анализа спектров фотопроводимости и тока короткого замыкания, а также систематизируем электрофизические свойства слоев, полученных с разной скоростью конденсации. Будут рассмотрены и некоторые простые феноменологические модели этих слоев. В конце главы сделана попытка построить более реальную модель АФН-пленки и теорию образования АФН в косо напылённых поликристаллических пленках в области собственного и примесного поглощения света.

§1. Край поглощения света тонких пленок CdTe с глубокими уровнями

Изучение спектральных зависимостей оптических постоянных в области края поглощения является весьма эффективным методом исследования особенностей дефектности строения энергетических зон в тонких пленках. В связи с этим нами были измерены коэффициенты пропускания (Т) при перпендикулярном освещении слоев теллурида кадмия, полученных при разных скоростях конденсации. Как известно, коэффициент пропускания зависит от оптических постоянных: показателя преломления пленок (n) и коэффициента экстинкции (k), толщины пленки (d), длины волны света (λ), а также от показателя преломления подложки (n₁).

На рис.1. представлена зависимость T от энергии кванта света (hν) для пленок CdTe: Ag, полученных при разных скоростях конденсации (см. табл.1.).

Из рисунка видно, что в длинноволновой области спектра в пленках наблюдается интерференция. Для пленок, полученных со скоростью конденсации 0.2 и 1.73 нм/c в области спектра hν = 0.5—1.0 эВ, T_max достигает 90—97%. При скоростях конденсации 2.5 нм/с T_max и T_min интерференции уменьшаются (кривая 3) и T_max достигает 30% в длинноволновой области спектра. В пленках, полученных при сравнительно больших скоростях 2,53 нм/с, интерференция наблюдается только в области 2—2.5 мкм, а T_max в этой области достигал 20%. Отсюда следует, что с увеличением скорости конденсации коэффициент пропускания уменьшается.

Далее с использованием метода огибающих функций максимумов и минимумов интерференции, изложенного в главе II, мы определяли показатель преломления, толщину пленок d, значения которых приведены в таблице 1 и являются несущественно меньшими, чем в монокристаллах n =2.7 при λ=1.5 мкм [25], что совпадают данным полученным, для пленок CdSe [26].

Кроме того, толщина пленок определялась с помощью микроинтерферометров МИИ — 4 и МИИ — 9 посредством смещения интерференционных полос, возникающих при отражении света от поверхности слоя и подложки. Величина d, вычисленная по формуле (2.5.10) совпадает по погрешности с измеренной на МИИ — 4 и МИИ — 9. Затем, зная значения n, d, мы определяли коэффициент поглощения () c помощью формулы (2.5.8) и представили их зависимости от hν на рис. 2. Как видно, в спектрах поглощения света в этих пленках имеется явно выраженная примесная полоса поглощения. В области (1.46—1.5) эВ поглощение света почти совпадает с данными для монокристаллов (имеется длинноволновый сдвиг около 0.02 эВ) и соответствует собственной полосе поглощения. Длинноволновый сдвиг может быть объяснен внутренним механическим напряжением в пленке 2.5·10⁸ Па, если использовать для барического коэффициента изменения ширины запрещенной зоны значение эВ· см²/кГ [24]. Далее имеется одна более явно выраженная полоса с красной границей около 1.3 эВ и другая, не подающаяся надежной расшифровке, в которой коэффициент поглощения уменьшается от порядка 10³ до 10²см^-1 в области 0.7—1.3 эВ (рис.2). Обе эти полосы связаны с поглощением света глубокими центрами.

Отметим, что в исследуемых нами пленках поглощение в примесной области вблизи края поглощения достаточно большое 10⁴см^-1, как и при собственном поглощении обусловливает пространственно неоднородное возбуждение носителей.

§2. Некоторые общие соображения о спектральном распределении фотоЭДС и фотопроводимости

Анализ спектров фотопроводимости (ФП) и фото-ЭДС проведен, поддерживаясь следующих общеизвестных положений:

а) если толщина полупроводника превышает длину диффузии неравновесных носителей, то при возбуждении сильно поглощаемым светом ФП определяется скоростью генерации и рекомбинации носителей в области генерации носителей (когда

то в слое толщиной, равной длине диффузии носителей, можно пренебречь изгибом зон на поверхности). В тех же условиях фото-ЭДС генерируется на барьерах в той же области, а результирующая ЭДС на контактах определяется эффективной схемой образца. На краю поглощения, когда свет слабо поглощается, в объеме возможно как увеличение фотопроводимости, если скорость рекомбинации на поверхности больше, чем в объеме, так и уменьшение, когда уменьшается скорость генерации носителей из-за увеличения прозрачности образца. Переход к примесной фотогенерации носителей будет выявляться, если меняется время их жизни. Если носители возбуждаются из мелких уровней, из которых происходит быстрая термическая активизация неравновесных носителей, то в этих условиях генерация фото-ЭДС при собственном и примесном поглощении определяется только свойствами области поглощения света;

б) если толщина образца меньше длины диффузии, то возбужденные как в объеме, так и на поверхности носители будут рекомбинировать на тех же центрах, которые захватывают не основные носители. При переходе к примесной генерации носителей может меняться их время жизни и, как в первом случае, возможны особенности, связанные со свойствами глубоких уровней (характером конкуренции различных каналов рекомбинации при наличии термической генерации не основных носителей).