ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЛЭ ПЛЕНОК КРТ ПОСЛЕ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ

Молекулярно-лучевые эпитаксиальные (МЛЭ) слои твердых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) широко используются для создания приемников и приемных матриц среднего инфракрасного (ИК) диапазона. В таких материалах ширину запрещенной зоны можно менять в широких пределах от нуля до 1,6 эВ за счет изменения состава. Также свойства таких гетероструктур на сегодняшний день являются недостаточно изученными. В настоящее время основная технология создания фотодиодов на этом материале – формирование слоя n-типа на p- материале при помощи ионной имплантации. По ряду причин (в частности, для уменьшения обратных токов) представляется более выгодным изготовлять фотодиодные структуры типа «p на n». Процессы радиационного дефектообразования и формирования p-n перехода в таких структурах практически не исследованы. В связи с этим необходимым является экспериментальное исследование электрофизических характеристик МЛЭ пленок КРТ n-типа проводимости после ионной имплантации.

Определение электрофизических параметров МЛЭ КРТ проводится по методике холловских измерений. Эффект Холла - один из гальваномагнитных эффектов, позволяющих изучать кинетические процессы, происходящие в материалах и структурах, создаваемых на их основе.

Экспериментальное исследование эффекта Холла является эффективным методом изучения движения электрических зарядов, обуславливающих электрический ток в проводниках как с металлической, так и с полупроводниковой проводимостью. Эффект Холла несет информацию о таких важных характеристиках проводников, как концентрация носителей тока и знак носителей тока. В полупроводниках он позволяет установить принадлежность полупроводника к n–типу (с электронной проводимостью) или к p–типу (с дырочной проводимостью), благодаря чему является одним из важнейших методов исследования полупроводников.

В настоящее время среди современных методов получения эпитаксиального материала КРТ наибольшее внимание уделяется методу молекулярно-лучевой эпитаксии. Метод МЛЭ позволяет получать пленочные образцы высокой чистоты и совершенной кристаллической структуры, выращивать материал с заданным распределением внутренних напряжений, которые модифицируют зонную диаграмму полупроводника. Данный метод позволяет создавать эпитаксиальные структуры со сложным профилем распределения состава (варизонные структуры) и легирования [1].

Основными преимуществами метода МЛЭ применительно к выращиванию гетероэпитаксиальных структур КРТ являются:

1.   Рост материала осуществляется при наиболее низких температурах (» 180 – 200 оС) по сравнению с другими методами получения эпитаксиальных пленок (500 – 550 °С для жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) и 350 – 380 °С для выращивания методом металлоорганической газофазной эпитаксии (МОГФЭ)). Снижение температуры выращивания предотвращает диффузию примесей из подложки и снижает фоновое легирование полупроводникового материала.

2.   В методе МЛЭ отсутствует агрессивная среда как, например, в методе ЖФЭ. Отсутствие агрессивной среды, а также наличие средств аналитического контроля состояния поверхности позволяет использовать для выращивания эпитаксиальных пленок КРТ альтернативные подложки (Al2O3, GaAs или Si).

3.   Метод МЛЭ идеально подходит для осаждения многослойных структур, которые будут использоваться для создания двухцветных ИК фотоприемников и монолитных ИК матриц. МЛЭ является единственным методом для изготовления детекторов на сверхрешетках, состоящих из чередующихся слоев CdTe и HgTe толщиной 10 - 20 нм, которые используются для приема ИК излучения сверхдальнего диапазона [1].

В настоящее время создано оборудование для МЛЭ КРТ, обеспечивающее создание структур с высокой однородностью состава по площади на подложках диаметром 76.2 мм при непрерывном контроле состава в процессе выращивания с высокой точностью.

В работе были исследованы три образца твердого раствора КРТ (𝐶𝑑𝑥𝐻𝑔1−𝑥𝑇𝑒) под номерами 1, 4 и 8. Образцы представляли собой эпитаксиальные пленки с составом x=0.2, выращенные на подложке арсенида галлия (GaAs) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Толщина пленок КРТ составляла 6,1 микрометра. Образец крепился на держателе (Рисунок 1).

Измерения проводились при температуре жидкого азота (77 К). Из полученных данных рассчитаны коэффициент Холла Rх, подвижность μ, концентрация n, p носителей заряда, а также проводимость образцов. Поскольку априорной информации о преобладающем типе рассеяния у нас нет, то холл-фактор [2] принимается равным единице.

В Табл.1 представлены значения рассчитанных значений проводимости, концентрации и подвижности для исследованных образцов.

Таблица 1 Значения проводимости, концентрации и подвижности для образцов №8, 1, 4 при температуре 77К и токе питания электромагнита 10 А