§
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
"ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
Вірт Ігор Степанович
УДК 621.315.592
ФОТОЕЛЕКТРОННІ ЯВИЩА У СТРУКТУРАХ НА
ОСНОВІ ВУЗЬКОЩІЛИННИХ НАПІВПРОВІДНИКІВ
ЗА НАЯВНОСТІ МАКРОДЕФЕКТІВ ТА НЕОДНОРІДНОСТЕЙ
01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем.
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора фізико-математичних наук
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у Львівському національному університеті імені Івана Франка і Дрого-биць-ко-му державному педагогічному університеті імені Івана Франка Міністерства освіти і на-у-ки Ук-раїни
Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор
Савицький Вадим Григорович , Львів-сь--кий на-ціональний уні--верситет імені Івана Франка.
Офіційні опоненти: член-кореспондент НАН України, доктор фізико-ма-те-ма-тич-них наук, професор
Сизов Федір Федорович, Інститут фізи-ки на-пів-про---відників НАН України, завідувач відділенням;
доктор фізико-математичних наук, професор, за-слу-жений діяч науки і техніки України
Раренко Іларій Михайлович, Чернівецький на-ціо---на-ль-ний уні-вер-ситет імені Юрія Федьковича, за-ві--ду-вач ка-фед-рою на-пів-про-від-никової мікроелек-т-ро-ніки;
доктор фізико-математичних наук, професор
Пашковський Мар`ян Владиславович, Львів-сь-кий на-ці--о--наль-ний університет імені Івана Франка, про--фе-сор ка-федри фізики на-пів-провідників;
Провідна організація: Прикарпатський університет імені Василя Сте-фа-ника, кафедра фізики твердого тіла, Мі-ні-с-тер-с-т-во освіти і науки Укра-ї-ни, м. Івано-Фран-ківськ.
Захист відбудеться 21 вересня 2001 р. о 1400 на засіданні спеціалі-зо-ва-ної вче-ної ради Д.35.052.12 при Наці-ональному університеті "Львів-ська пол--і-тех-ні-ка" (79013, м. Львів-13, вул. Ст. Бан-де-ри 12)
З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Наці-она-ль-но-го університету "Львів-ська політехніка" (Львів, вул. Про-фе-сорська, 1)
Автореферат розісланий 15 серпня 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Заячук Д.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Покращення елементної бази приймачів інфрачервоного (ІЧ) випромінювання є основою підвищення технічного рівня систем теплоба-чен-ня, створення ІЧ-систем нового покоління. Найширше засто-су-вання для виро-б--ни-ц-т-ва фотоприй-ма-чів ІЧ-випромінювання знайшли вузькощілинні напів-про-від-ни--ки з ене-р--гетичною щіли-ною Eg 0,3 еВ і структури на їх основі, які становлять ос-но--ву еле----ментної ба---зи сучасної фото- і оп-тоелектроніки.
Вузькощілинні напівпровідники володіють низкою уні-каль-них властивостей, які відкривають бага-ті перс-пективи їх прак-тич--но-го використання. Весь спектр мо-ж----ливих застосувань цих мате-ріалів базується на над-зви-чай-но високій їх чут-ли-вості до зовнішніх дій: електромаг-нітного випро-мінювання, маг-ніт--ного по-ля, тис-ку і т.п. На цей час переконливо пока-за-но, що сис-те-ма твер-дих розчинів Hg1-хCdхTe є най-при--дат----нішим матеріалом для створення висо-кое-фек-тив-них фото-ре-зисторних і фо-то--ді-од-них прий--ма--чів. Цьо-му сприяють унікальні фізичні влас-ти-вості: мож-ли-вість плавної зміни Eg, ви--со-ке значення рух--ливості електронів, низька діе-лек-т-рична про-ник-ність, а також мож-ли-вість пра-цю--вати в об-ласті власної про-відності, що не пот-ре--бує гли-бокого охолодження (Т > 77 К). В од-но - і малоелемен-тних фо-то-прий-ма-чах прак--тич-но досягнута тео-ре-тич-на межа ви-яв-ляючої здат---ності. Фотоприймачі на осно-ві Hg1-хCdхTe зна-ходять широке зас-тосування у вій-сь-ковій і кос--міч-ній тех-ніці (при-лади теп-лонаведення, прис-трої слід-ку-ван-ня, наведення на ціль і ІЧ-ло-ка-ції), а та--кож у медицині.
Система твердих розчинів Hg1-хCdхTe перспективна також для створення ба-га-то--ко-лір-них при-й---ма-чів випромінювання, які в сукупності з розробленими бага-то-ка-наль-ни-ми ІЧ-сис-те-ма-ми доз--воляють аналізувати випромінювання від предметів, або ділянок міс-це-вос-ті зра-зу в де----кіль-кох спек-тральних діапазонах. За однакових ро--бо-чих тем-ператур і те--оретичної межі виявляючої здатності тех-но-ло--гіч-но зруч-ні-ши--ми для цих ці-лей є фотодіодні прий-мачі на основі n–p-переходів. Фо-тодіоди зру-ч-ніші також для мікро-мі-ні---атю-ри---зації, ос-кіль-ки для їх ство-рення засто-совують такі сучасні ме-тоди, як епітаксійне наро-щу-ван-ня шарів та іонна ім-план-та-ція до-мі-шок. Фо-тодіоди також ви-ко-рис-то-ву-ють для створення гіб--рид-них дво-ви-мі-рних мо-за-їчних фо-кальних приймачів, у яких во-ни без-посередньо з`єднані з крем----ніє-ви-ми приладами зі зарядовим зв`язком (ПЗЗ), які є прин-ци-по-во новим типом фо----то-прий-мачів. Важ--ливим зас-то-су-ванням вузькощілинних напівпровідників є ство-рення ІЧ-фо--то-прий--ма------чів на основі структур ме-тал-діелектрик-напівпровідник (МДН), які від--різ-ня-ються від-нос-ною про--с--тотою ви-го-тов-лен-ня. МДН структури досить добре під--хо-дять для створення на їх ба---зі ве--ли-ких інтегрованих схем. Перспектив-ним є та-кож зас-тосування Hg1-хCdхTe у вигляді епі-так--сійних шарів для під--ви-щен--ня ко-е-фі-цієнта ко-рисної дії сонячних батарей, твер-до-тіль-них лазерів на квантових ефек-тах і т.п.
Крім цього, вузькощілинні напівпровідники є також надзвичайно цікавим об`є---к---том для фун--даментальних дос--ліджень фізики твердого тіла. Зокрема, вузько-щі---лин--ні напівпровідники - пер-спективні ма-те-ріали для вивчення релятивістських явищ у твердих тілах.
Однак, не дивлячись на вагомі успіхи, досягнуті у вивченні фізичних влас-ти-вос--тей вузь-ко--щі-линних напівпровідників та в розвитку технології отри-ман-ня дос-ко-налих матеріалів, за-ли---ша-ються невирішеними принципові проблеми, пов`язані з їх особл-и-вос-тя-ми, зокрема в Hg1-xCdxTe. Ці особл-и-вос-тi безпосередньо впли---ва-ють на параметри реальних кри-с-талів і функціональні параметри фо-то-елек-трич--них при-----ладів, а то-му їх вивчення має пер-шо--рядне значення. Йдеться насамперед про нес--та-біль-ність деяких вла-с-тивостей вузь-ко-щі-лин---них спо-лук. Ос-новною при-чиною вка--заної неста-біль-нос--ті є досить мале зна-чен-ня енергії хі--м--ічного зв`язку в кри-с-талічній підгратці Hg-Te, а та-кож струк-турні не-дос-ко-налості, по-в`я-за-ні зі спе-ци--фі-кою технології отримання пот-рійних розчинів типу Hg1-xCdxTe.
Виходячи з цього, надзвичайно важливим є вивчення впли-ву дефектів структу-ри на фізичні, а особ-ливо фо-то-елек-трон-ні властивості матеріалів ІЧ-опт-о-елек-т-ро-ні--ки і на процеси деградації при-ла-дів на їх ос-но-ві; вивчення процесів де-фек-то-ут-во-рен---ня в реа-ль---них кристалах і плівках вузькощілинних на-пів-про-від-ни-ків під впли-вом різ-них факторів та про----це-сів взаємодії дефектів різного типу. Саме ви-рі-шен-ню цих проб-лем і присвячена ди-сертаційна робота. Тому те-ма ди-сер---та-ції є ак-ту-аль--ною.
Зв`язок праці з науковими програмами, планами, темами. Наукові дос-лід-жен--ня ди---сер---таційної роботи провадились за наступними темами і науковими про-г-ра--мами:
1. На-у-кові теми Ін--сти-ту-ту прикладної фі-зи-ки Львівського національного уні-вер---си-тету імені Івана Франка "Наукові основи підготовки та організації на-ці-о-на-ль--но-го ви-робництва систем теплобачення різного застосування" (1994-1996 рр., № д.р. Ь01.94.ВV001145) та "Розробка фізико-тех-нологічних ос-нов ство-рен--ня на-пів-----про--від---никових фо-то-прий-мальних мо-ду-лів ІЧ діа-пазону для теп-ло-візій-них сис-тем" (1997-2000 рр., № д.р. 0197U08092).
2. Наукові теми Мі-ніс--тер-с-т-ва ос-ві--ти Ук---раїни Дрогобицького дер--жавного пе-да-го---гіч-ного університету імені Івана Франка "Оде-р-жа-ння та дос-лід-жен-ня фізич-них влас--ти-вос-тей ге-те-ро-струк--тур на основі ву-зь--ко-щі-линних напів-про-від--ни-ків" (1993-1995 рр.) і "От-ри-ман-ня епі-так-сій--них плі---вок на основі вузь-кощі-лин-них на-пів--про-від--ників" (1995-2000 рр.).
3. Гос-по-дар----сь--ко-державна наукова тема кафедри загальної фізики Дрогоби-ць-ко-го дер-жавного педагогічного університету імені Івана Франка з Ін-с-ти-тутом фі-зич---них про-б-лем (м. Зеленоград: 1989 -1992 рр., № д.р. 01910017938).
Мета і задачі досліджень. Дослідження, приведені в дисертації мають на меті визначення впливу дефектоутворення у матеріалах ІЧ-оп-то-елек-троніки на їх фотоелектричні властивості за дії різних зовнішних факторів, установлення особ-ли-вос-тей фо-тоелектронних явищ у реальних базових кристалах вузь-ко-щі-лин-них на---пів--про-відників із різним типом дефектів та не-о--д-норідностями, розробку ме-то-дів удо-сконалення ряду властивостей елементних структур ІЧ-фо-то-прий-ма-чів та вив-чен-ня процесів деградації у базових матеріалах і фун-к-ці-о-наль-них ІЧ-структурах на їх основі.
Для досягнення цієї мети поставлено такі задачі:
удосконалити методики отримання тонкоплівкових структур придатних для фун-кціональних вузлів ІЧ- оптоелектроніки на базі вузь-кощілинних напів-про--від--ни-ків на різного типу підкладках;
визначити особливості дефектоутворення в базових областях ІЧ-пристроїв (зокрема, в кристалах Hg1-xCdxTe) під дією іонізуючого випро-мі-ню-ван-ня: ней-т-ро-нів, рентгенівського вип-ро-міню-ван-ня, ла-зерного опромінення з різ-ними дов-жи-на-ми хвиль і тривалістю ім-пуль-сів, а та-кож іонів низь-кої та високої енер-гій;
визначити вплив дефектоутворення в процесах пластичної де-фор-ма-ції на характеристики фоторезисторів на основі Hg1-xCdxTe;
виявити характер протікання фотоелектричних процесів у реальних фо-то-ре--зисторних матеріалах, зокрема, в неоднорідних об`ємних, плів-ко-вих та по-лі-крис-та-лічних напівпровідниках Hg1-xCdxTe; встановити механізми реком-бі-нації не-рів-но-важних носіїв заряду (ННЗ) в альтернативних вузько-щі-лин-них напів-про-від-ни-ко-вих ма-те-ріалах Hg1-xMnxTe, Hg1-x-yCdyZnxTe;
дослідити ступінь і мікромеханізми деградації фо-то-електричних па-ра-мет-рів фо-торезисторних матеріалів на основі вузькощілинних напів-ро-про-від-ників, як у при--род-них умовах, так і в умовах низькотемпературного від-па-лу; розробити ме-то--ди--ки підвищення стабільності параметрів фото-ре-зис-тор-них матеріалів ІЧ-оп-то-елек--тро--ніки, зокрема, от-ри-ма-ти напівпровідникові матеріали зі ста-бі-лі-зуючими ком-----по-нен--тами;
дослідити фотоелектричні і імпульсні властивості фо-то-діодів на ос-но-ві ву-зь---кощілинних напівпровідників та визначити причини їх деградації під дією тем-пе-ратури і радіації.
Наукова новизна одержаних результатів. На основі проведення ком-п-лек-с-них ви---мі-рю-вань і теоретичних дос-лід-жень одержано наступні наукові результати:
1. Установлено, що характер деградації фотоелектричних па-раметрів фото-ре-зис-торів на основі халькогенідів ртуті (Hg1-xCdxTe), виз-на-ча-є-ть-ся в ос-нов-ному ви--ник-ненням неоднорідних каналів діркової провідності з під-вищеною кон-цен-т-ра-ці-єю вакансій ртуті (акцептори). У цих областях ва-кан-сії частково можуть ут-во-рю-ва--ти комплекси ти-пу VHg - VHg. Відносно ви-щою стабільністю параметрів і ме-ха-ніч-ною міц-ніс--тю (~ 1,5 раза) володіє ба-зо-вий матеріал Hg1-x-yCdyZnxTe (об`ємні мо-но-к--рис--тали і отри-мані методом па-рофазної епітаксії плівки).
2. Установлено, що фоторезистори у вигляді тонких шарів твердих розчинів Hg1-xCdxTe, Hg1-x-yCdxZnyTe, Hg1-xZnxTe, Hg1-xMnxTe з до--с-ить якісними фо-то-е-лек-----т-ри-ч---ними і електрофізич-ними характеристиками на під-клад-ках різного типу, а та---кож надгратки ти-пу HgTe-CdTe, HgTe-ZnTe можна отримати методом ла-зер---ного осад-ження. Стру-к-турними властивостями шарів - від амор-ф-ної структури до мо-за-ї--ки - у процесі росту можна керувати зов-ніш-ні-ми фак-то-ра-ми: температурою і ти-пом під--кладок, післяростовим від-па-лом і т.п.
3. Установлено, що основним типом дефектів, які виникають у тех-но-ло-гіч-них про-цесах ІЧ-приладобудування із застосуванням радіаційного вип-ро-мі-ню-ван-ня (ней----трони, високо- і низь-ко-е-нер-ге-тич-ні іони, рентгенівські про-ме-ні, уда-р-ні ла-зер-ні хви-лі) є пари Френкеля Hgі -VHg. Міграція міжвузлових ато-мів ртуті (Hgі) ве-де до ут-ворення областей з високою електронною про-від-ніс--тю за рахунок зни-жен-ня сту-пе-ня компенсації матриці напівпровідника. Зок--ре-ма, кое-фі-цієнт дифузії Hgі мо-же до-сягати ано-маль-но висо-ких значень при дії ви-со-ко-час-тот-ного роз-ря-ду рту-ті.
4. Виявлено, що характер зміни типу електропровідності фоторезисторних ма--те-рі-алів (зо-к-рема, кристалів Hg1-xCdxTe) –n p, p n при дії лазерного оп-ро-мі-нен---ня за-ле-жить від параметрів імпульсу (по--туж-ні-сть випромінювання, дов-жи-на хвилі та три-ва--лість у часі) і пов`язана з кон-ку--ренцією двох механізмів де-фек-то-ут-во-рення: теп-ло--вого розігріву крис-та-ліч-ної гратки і генерацією при цьо--му ртутних ва-кансій та дії ударної хвилі, яка є причиною неоднорідного ут-во-рення пар Hgі - VHg у ртутній підгратці.
5. Пластична деформація фоторезисторів на основі вузькощілинних на-пів-про-відників (зокрема, на основі Hg1-xCdxTe) викликає появу енер-ге-тич-них бар`єрів у мат--риці, які є причиною активаційного хо-ду фо-то-елек-тричних па-раметрів у низь-ко-температурній області. Уста-нов-ле-но, що в про-цесі де-фор--мації можлива зміна ти-пу механізму рекомбінації ННЗ у базовій об-лас-ті.
6. Установлено, що поряд із точковими дефектами, визначальними у фор---му-ван-ні фотоелектричних властивостей фоторезисторів на основі Hg1-xCdxTe, зок-ре-ма, їх релаксаційних про-цесів, є макро-неод-но-рідності базової об--лас-ті: міжзеренні гра-ни-ці, дислокаційні скуп-чен-ня, МКГ і т.п. Виявлено аси-мет-рію фотовідгуку, по-в`я--за-ну із дифузійними процесами ННЗ. Уста-нов-лено, що основним типом ме-ха-ніз-му ре--комбінації ННЗ в кристалах Hg1-xCdxTe із високим вмістом Cd є ме-ха-нізм Шоклі-Рі-да за учас-тю повільних r- і швидких s-центрів.
7. Установлено, що механізм протікання струму в p–n-переходах на основі Hg1-xCdxTe залежно від ступеня дефектності їх базових областей змі-ню-ється від ди-фу-зійного до тунельного. Вия-влено, що у p–n-переходах, ство-ре-них іонною ім--план-та-цією домішки В+, існує перехідна область типу p-, тов-щи-на якої сягає кіль-кох мік--рометрів. Зокрема, встановлено, що тем-пе-ратурна дег-ра--дація фото-діодів на базі Hg1-xCdxTe має швидку і по-вільну складові, а струм в p–n-структурах після дег-ра-да-ції про-тікає через шун-тую-чі канали елек-тронної про-від-ності із під-ви-ще-ною кон-цен-т--рацією домішки.
8. Установлено, що існують релаксаційні процеси, пов`язані з від-нов-лен---ням влас-тивостей виведеної з рівноважного стану p–n-структури (або крис--талічної грат---ки на-пів-провідника), механічною дією або дією лазерного ім---пуль-су. Такі про-це-си пе-реважно визначаються міграцією міжвузлових ато-мів рту-ті або ртутних ва-кан-сій, за-лежно від співвідношення їх концентрацій у кристалічній гратці.
Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення отри-ма-них ре-зуль-та-тів насамперед визначається тією обставиною, що майже всі вони спря-------мовані на вивчення фі-зичних про-це-сів у напівпровідникових матеріалах ІЧ-оп-то--електроніки і виз-начення тих характеристик ма-те--рі-алів, які безпосередньо впли--ва--ють на фун-к-ціо--нальні параметри при-ла-дів та функціональних пристроїв. Отрима--ні результа-ти були основою на-у-кових звітів із тем науково-дослідних ро-біт, що фінансувались по лінії Міні-с-тер-ства освіти і науки Укра-їни і Інститутом фі--зич-них проблем (м. Зе-ле-ног-рад). Їх можна використати в науковій прак--тиці для роз---------робки ІЧ- систем фото-елек-т-ро-ніки. Важ-ли-ве прикладне значення ма-ють нас-туп-ні ре-зу-ль-тати і висновки:
1. Установлено підвищену температурну і механічну стійкість матеріалу Hg1-x CdxTe при вве-денні ато-----мів Zn. Причому існують можливості введення їх як без-по-се-редньо в ших-ту при виро-щу-ван---ні монокристалів, так і низькотем-пе-ра-тур-ним (~ 220 oС) дифу-зій-ним відпалом у парах ртуті та цин---ку.
2. Показано можливість отримання функціональних структур ІЧ-опто-елек-тро-ні-ки методом ім--пульсного лазерного осадження-епітаксії (ІЛО), або в ком-бінації з методом ізо-тер--мічної па---ро-фаз-ної епітаксії (ІЗО ПФЕ), зокрема, на сапфірових під-к-лад-ках із буфер-ними шарами CdZnTe або CdTe і з пасивацією CdZnTe, або CdTe, а також мож--ли-вість отримання плівок ву-зь--ко-щі-лин-них напів-провідників із амор-ф-ною стру-к---турою.
3. Визначено закономірності керування концентрацією носіїв заряду в об`ємі крис-та-лів оп-ро--міненням тепло-ви-ми нейтронами, електронними пучками та рентге-нів-сь-кими променями.
4. Установлено, що при конверсії типу провідності (p n) в процесі опро-мі-нен-ня по-вер-х-ні кристалів Hg1-xCdxTe ни-зь-ко--енер-гетичними іонами ртуті або арго-ну ча-си життя ННЗ наб-ли---жа-ю-ться до порогових теоретичних значень.
5. Показано, що підбором параметрів лазерного випро-мі-ню-ван-ня мож-на здій----снити травлення поверхні кристалів Hg1-xCdxTe з виявленням фігур трав-лення.
6. Проведено моделювання фотоелектричних явищ у неоднорідних напів-про-від-ни-ках, яке ба-зу-ється на процесах дифузії і рекомбінації ННЗ, зокрема, вста-нов-ле-но за-лежність між фо--то-про-відністю, яка визначається усередненим часом життя ННЗ та характером і кон-цен-тра-цією не-однорідностей (виділення, границі зерен). По-каза-но, що одним із критеріїв наяв-нос--ті круп-но-масштабних неоднорідностей у на--пів-про-віднику є асиметрія часового фронту наростання і спа-ду фо-то-провідності.
7. Установлена роль проміжного шару р --типу (або n -) провідності у формуван-ні ім-пуль--с---них ха-рак-теристик у p–n-переходах, зокрема виявлено його затягуючий ефект у ре-лак-са-цій-них про-цесaх. Пока-за-но мож-ли-вість управління ме-ха--ніз-ма-ми про-ход-ження струму в p–n-пе-ре-хо-дах, а також пере-хід-ними струмовими про--цесами у фото-ді-о-дах зов-нішнім маг-ніт-ним полем.
8. Визначено, що ступінь деградації фотодіодів на основі Hg1-xCdxTe, ство-ре-них іон-ною імп-лантацією до--мішок (B+), можна зменшити їх короткочасним від-па-лом при температурі T > 60 оС.
9. Установлено, що однією із причин деградації фотодіодів на основі Hg1-x CdxTe є при-поверхневі канали протікання струму, пов`язанні з нагромадженням за-ря-дів у па-си-ва-ційному діе-лектричному шарі, яке може змінюватись за дії ос-віт-лен-ня.
Більшість результатів роботи у формі кількісних значень, у вигляді графіків, таб-лиць і т.п. можна використати в наукових закладах, на підприємствах і в ла-бо-ра--то-ріях, які зай-ма-ються технологією, розробкою і виготовленням напівпро-від-ни-ко--вих матеріалів і при-ладних стру-ктур для ІЧ-оптоелектроніки.
Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі викладені результати дос--лід-жень, ви---конаних автором особисто [19, 22, 29, 30, 31, 33, 34, 35, 47], а також у співавторстві зі спів---ро--біт-ни-ками Дрогобицького дер-жавного педагогічного уні-вер--ситету імені Івана Франка [1, 2, 5, 7, 8, 10, 12, 15, 20, 26, 27, 39, 45, 50, 51]; Ін-с-ти-туту прикладної фізики, фізичного фа-куль-тету [28, 32, 36, 42, 44] та факуль-тету при--к-лад-ної математики [49] Львівського національного уні-вер-си-те-ту імені Івана Фран---ка; Ін-сти-туту напівпровідників НАН України [3, 4, 6, 46]; Інституту фі-зич-них проб--лем (м. Зе-ле-но-г-рад) [11, 14, 16, 17, 21, 23, 24, 25]; Національного уні-вер-си-тету "Львів-ська по-літех-ні-ка" [38, 40, 48]; Інституту фізики Жешув-сь-кої Вищої пе-да-го-гіч-ної школи (РП) [9, 13, 18, 37, 41, 43].
Дисертанту належить загальна постановка задач; вибір проблем, цілей i ме-то-дів дос--лід-жень; розробка конкретних фізичних моделей, а також безпосередня участь в от-риманні біль---шо-сті експериментальних зразків і проведенні вимірювань (зок-рема елек-трофізичних і фот--о--елек-тричних), в обробці та узагальненні експе-ри-мен-тальних та теоретичних резуль-та-тів, у під--готовці публікацій.
Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації допо-ві-да-лись і об-го-во-рю--вались на: ХV Всес. симпоз. по акустоэлектронике (Кишинев, 1989); Респ. конф. "Фи-зи-ка и хи--мия поверхности и границ раздела узкощелевых по-лу-провод-ников" (Львов-Алушта, Ук-ра-и-на, 1990); II Simpozjum "Techniki Lase(Szczecin, Poland, 1990); Conf. "Phys. for. in-EPS, PPS" (Krakow, Poland, 1991); V Міжнародн. конф. з фізики і технології тонких плівок (Іва-но-Франківськ, Ук----раї-на,1995); ІІ Росс. конференция по "Физике полу-про-вод-ни-ков" (Пе-т-ро--заводск, Рос-сия, 1996); Int. Conf. "Science and Mater. Prop. Inf. Opt." (Uzhgorod, Uk-1996); VI міжнар. конф. "Фізика і технологія тонких плівок" (Івано-Франківськ, Ук-ра-їна, 1997); Spring Meeting Symposium, E-MRS (Strasbourg, France, 1996); Spring MeSym--um, E-MRS (Strasbourg, France 1998); Internat. Conf. "Solid State Cry(Zakopane, Po1998); Conf. "Physics and Technology of Nanostr. MuNate" (Uzhgorod, Ukraine 1998); III InSe"Hidden Symmetry Phys. Stru(Rzeszow, Poland, 1998); Spring MeSym---E-MRS (Strasbourg, France, 1999); Conf. "Phys. problems in Mater. Sci. of Se(Cher----Uk); VII міжнар. конф. "Фізика і технологія тонких плівок" (Іва-но-Фран-ківськ, Ук-ра-їна, 1999); 9 th International Conference "Narrow Gap Semiconductor" (BerGer--1999); Conf. "Phys. problems in Mater. Sci. of Semicond." (Kiev, Ukraine, 2000), Spring MeSy-um, E-MRS (Strasbourg, France, 2000); Internat. Conf. "Solid State Crys(ZaPo2000); ІХ Haцион. конференция по роc-ту криc-тaллов "HKPK-2000" (Mocквa, Рос-сия, 2000).
Публікації
Основний зміст дисертації викладено у 80 наукових публікаціях, у тому числі 49 статтях у наукових виданнях (із них 39 статей у наукових журналах, 10 статей у збір--никах нау-ко-вих праць), 29 публікаціях у тезах наукових конференцій. Захи-ще--но 2 авторських свідоцтва на ви------находи.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п`яти розділів ори-гі-наль-них досліджень, вис-нов-ків і списку використаних джерел. Вона містить 318 сторінoк, у т.ч. 152 ілюстрації, 7 таблиць і спи--сок використаних джерел із 370 назв.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі подано загальну характеристику роботи, сформульовано стан про-б-ле-ми та об-г-рун-товується актуальність теми і доцільність про-ведення досліджень, зв`я--зок роботи з нау-ко-ви-ми темами; сформульовано мету і задачі дос-ліджень, вис-віт-ле-но наукову новизну, прак-тич-не значення, відзначено особистий внесок ав-то---ра, приве-дено відомості про апробацію нау-ко-вих результатів, публікації та струк-ту-ру ди-сер--таційної роботи.
У першому розділі описано ряд методик отримання матеріалів ІЧ-техніки на основі ву-зь----кощілинних напівпровідників. Потреби ІЧ-оптоелектроніки, а також пос---туп у фізичних до-с-лід-женнях вузькощілинних напівпровідників, вимагають по-шуку поряд із існуючими нових ме---то-дів отримання базового матеріалу для ви-го-тов-лен-ня функціональних приладних стру-ктур. Крім цього, проблемою є часова не-ста-біль-ність електрофізичних па-ра-мет-рів, яка по-в`я--зана зі структурою власних де-фек-тів. Тому першочерговими є задачі вста-нов-лен-ня мікро-ме--ханізмів тем-пера-тур---н-о-го ста--ріння напівпровідників на основі ртуті та ста-бі-лі-за-ції кри-ста-ліч-ної грат--ки (нап-рик-лад, легуючим компонентом). Значна сегрегація компонент не доз-во-ляє прак--тич-но отримувати однорідний за складом напівпровідник (у вигляді мо-но--крис-та-ла чи епі-таксійної плівки) традиційними методами, наприклад, методом Брід--ж-ме-на–Сток--бар-гера або рі--дин--ною епітаксією. Альтернативними методами з точки зору су-міс-ності фун-к-ці-ональних стру-к----тур і підкладок є методи епітаксії ІЛО, а також епі--так-сії ІЗО ПФЕ.
Поряд із вагомими перевагами Hg1-xCdxTe має і суттєві не-доліки, насамперед це ви-сока чут---ли-вість матеріалу до температурних і механічних дій. Ці особливості по--в`язані зі слабким зв`я--зком ато----мів ртуті в кристалічній гратці кристала, що спри-чи-няє низький поріг генерації влас--них де-фектів і є однією з причин по-гір-шен-ня парамет-рів на різних етапах виготовлення при---ладів на основі Hg1-xCdxTe, а та-кож призво--дить до прискореної їх деградації в процесі ек-с-п-лу--а-та-ції. Тому було про-ведено по--шук підвищення порогу генерації дефектів. Часткове вве-ден-ня ато----мів цин-ку за-мість атомів кадмію збільшує частку іонної складової хімічного зв`язку в грат------ці, зав-дяки чому зв`язок Hg-Te стає міцнішим. Кристали Hg1-x-yCdxZnyTe ма-ють ста-бі-ль--ні-ші па-ра-метри та міцність кристалічної гратки порівняно із крис-та-ла-ми Hg1-xCdxTe, а в дея-ких ви--пад--ках можуть бути альтернативним базовим мате-рі-а-лом із ці-ка-вими фізичними влас--ти-вос--тя-ми. Зокрема, легування цинком можливе та-кож че-рез парову фазу при відпалі в па-рах рту--ті і цин-ку. При цьому залежно від ча-су від--па-лу на поверхні утворюється широ-ко--щі-лин--не "вік-но", збагачене ZnTe за ра-хунок час-ткового заміщення атомів ртуті атомами цин-ку та утво-рення твер-дого розчину Hg1-x-yCdxZnyTe.
Метод ІЗО ПФЕ, який було застосований нами, у деяких випадках конкурує з ме--тодом мо-----ле-ку-лярно-променевої епітаксії. Зо-к-рема, характерною рисою цього ме--то-ду є одержання дос---ко---на-лої мор-фології поверхні. Тонкі ша-ри Hg1-xCdxTe було на--ро-щено на монокристалічний CdTe (111), або на діелектричні підкладки Al2O3 орі--єн-тації (0001), на поверхню яких по-пе-ред-ньо на-но-сили лазерним осадженням бу--фе-р-ний шар CdTe зав-тов-шки ~1-2 мкм. Контроль стру-к----ту-р-ної дос--ко-на-лості буферних шарів провадили за допомогою методу електронографії. На ос-но-ві ви-мі--рю--ван-ня фо-то-е.р.с. UФЕРС() виявлено нелінійну варизонність по товщині плі-вок. Да-ні тем-пе--ра--тур-них залеж-ностей часів жит-тя ННЗ нестаціонарного і ста-ціо-нар-но-го - ts і -ss ха-рак---терні для пе--ре-ва-жання меха-нізму ре-ком-бі-нації ННЗ типу Оже, од-нак аси--мет-рія цих зна--чень вка--зує і на вклад пас-ток у ре---комбінаційні процеси. Наяв--ність реком-бі--на--цій-них пас-ток у цьому ра-зі можна пов`язати з точковими де-фек-тами структури.
Метод отримання тонких плівок ІЛО є досить перспективним і та-кож має низ-ку пе-реваг. Тон-кі плівки Hg1-xCdxTe (d = 100-1500 нм) було отримано методом ла-зер--но--го випа-ро----ву-ван-ня на підкладки Al2O3, а також на традиційні підкладки CdTe. Ви---ко-рис-тано та-кож під-к-лад-ки KCl, NaCl, BaF2. У деяких випадках плівки от-ри-мано випаровування од-но-час-но із двох дже-рел (HgTe і CdTe, або HgTe і ZnTe). Стру-к--ту-ра, розмір зерен та морфологія поверхні плівок Hg1-xCdxTe залежать від ба-га-тьох фак----торів, основними з яких є температура та тип підкладки. За ни-зь-ких тем-ператур підкладок (Т = 30 оС) плів-ки мали полікристалічну структуру (рис.1).
Рис. 1. Електронограми плівок Hg1-xCdxTe, осаджених лазерним роз--пи---лен--ням на мо----нокристалічний KCl: а) при Ts = 30 oС; б) при Ts = 200 oС і піс-ля відпалу в па-рах рту--ті (T = 280 oС; t = 48 год.)-
На підкладках Al2O3 з амор--ф-ним при--поверхневим шаром методом ІЛО було от-ри-ма--но в основному плівки з амор-ф-ною струк-ту--рою за малої кількості лазерних ім-пу-ль-сів. При під-ви--щен-ні температури підкладок стру---к---тура плі-вок покращується, роз--мір по-лі-к-рис-та-ліч-них зерен зрос-тає. Усереднені роз-----міри по-лі-крис-та-ліч-них зе-рен оці-нювали за допо-могою елек-т-ро--нографічного методу та тран---с--міс--ій-ної елек-т-рон--ної мік-роскопії (ТЕМ). Усереднений розмір крис-талітів у випадку амор--ф---ної плів-ки становив d < 7 нм і d ~ 0,5 мкм у випадку тек-сту-ро-ва-ної плівки. Го-мо-ге-ні-зу-юч-ий від--пал полікрис-та-лічних плівок Hg1-xCdxTe у парах ртуті при тем-пе-ра-ту--рі ~ 280 oС при--водив до ук--ру-п-нення крис-та-лі-тів, очевидно за рахунок дифузійних про-це-сiв нa границях крис-та-літів і орі-єн-тації зерен у на-й-більш сприятливому крис-та-ло-гра-фіч-но-му напрямі. На основі електронографічних дос-ліджень структури плі-вок Hg1-xCdxTe, отри-ма-них ме---то---дом ІЛО, обчислено ек-спе-риментальні значення між-пло-щинних від-да-лей кристалічної грат---ки і зіставлено з таб-личними зна-------чен-ня-ми для цього матеріалу.
Ус-та-новлено залеж-ність мор-фології поверхні плі--вок Hg1-xCdxTe від типу ла-зе-ра, який вико-ристовували для роз-пи---лен-ня мі-ше--ней. Мор-фо-ло-гію поверхні плівок дос--лід-жували за допомогою растрової елек-т-рон---ної мік-рос-копії (РЕМ). По-казано, що мор-фологія плівок Hg1-xCdxTe, отри-ма-них за до-по-мо-гою ла-зе-ра YAG:Nd3+, є знач---но кращою ніж морфологія поверхні плі-вок, отриманих за до-по-мо--гою ек-си--мер-ного лазера XeCl. Так, плівки, осаджені за допомогою лазера XeCl, мають більш ви-ра-же-ний рельєф поверхні.
Сві-жопри-го-тов-лені плівки HgCdTe мають пере-важ-но n-ти-п про-від-ності незалежно від типу провідності мі-шеней. Кра-----щі плів---ки, отри-мані при тем-пе-ратурі 210 оС, ма--ли концентрацію електронів n 2.1014 cм-3, рух--ли-вість n 1.104 см2/(Вс). Енер-гія за-бо-ро-неної зо-ни, визначена в області ви-со-ких тем-пе-ра-тур (Т = 300-150 К) у цих плівках, ста-но-вить Eg 160 меВ при ши-рині за-бороненої зони ма-теріала мі-ше-ні Eg 130 меВ. На основі фо--то--елек-т-рич-них ви-мірювань можна стве-р----джувати, що плівки ма-ють високі зна-чен-ня часу жит-тя ННЗ ?при ме-х-анізмі ре-ком--бінації, характерному для Оже-про--цесів.
Епітаксійні плівки HgTe мають електронний тип провідності у всьому тем-пе-ра-тур-ному ді-а----па-зо-ні досліджень, а їх гальваномагнітні характеристики є типовими для сильнолегованих зраз----ків. На тем-пе--ра-тур-них залежностях коефіцієнта Холла в об-ласті високих температур іс-ну---ють ак-ти-ва-цій-ні ділян-ки з різним значенням енер-гії активації Ei в межах від 5 до 11 меВ за---леж---но від умов отри--мання плівок. Рух-ли---вість но-сі-їв заряду для плі---вок HgTe різ-ної тов-щини h = 300-1500 нм, свідчить про зна-ч--ний вплив по-верх-ні на ме-ха-нізми розсіяння – кла-сичний розмірний ефект.
Наявність у кристалічній гратці феромагнітного елементу – Mn, дає можли-вість зас-то-су-ва--ти чутливий метод електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). На ос-нові інтепретації форми лінії поглинання ЕПР плівок Hg1-xMnxTe, отриманих ме---тодом ІЛО, по-казано, що поряд із де-ло-ка-лі-за-ці-єю електронів існує також об-мін-на взаємодія між ни-ми.
Методом ІЛО отримано багатошарові гетероструктури (надгратки) CdTe-HgTe, ZnTe-HgTe (11+10 шарів з товщиною ~ 10 нм кожний), нанесених з окремих дже-рел. У ви-пад-ку осад---жен-----ня CdTe-HgTe отримано електронограми від тек-с-ту-ро-ва-ного полікристала, а у ви-пад--ку ZnTe-HgTe електронограми від полікристала. За од-них і тих же умов осад-жен-ня стру-к--тур-на досконалість шарів CdTe-HgTe є кра-щою ніж ZnTe-HgTe. Дослідження краю оп--тич---но-го пог---линання гетероструктур при Т = 77 К, а саме його роз--мит--тя, свідчить про на-яв---ність ре-ль-є-фу енергетичних зон в ок-ремих шарах. Отримано також струк--тури HgCdTe-GaAs, пер--спек--тив-ні для під-ви--щення коефіцієнта корисної дії сонячних батарей, і епітаксійні плівки на під-клад-ці з феромагнетика (HgCdTe-LuFeO3), перспективні для фотомагнітних пе-ре-т-во--рю--вачів інф-ра-чер-воного випомінювання.
Напів-провідникові тверді розчини Hg1-xCdxTe характеризуються тим, що внас-лі---док сла-бо---го зв`язку атомів Hg в кристалічній гратці в ній легко утворюються влас----ні точкові де-фек-ти. Вони проявляються у зміні кінетичних коефіцієнтів при ни---зь-котемпературному відпалі (стимульована деградація). На змі---ну структури точ-ко---вих дефектів впливають і внутрішні мак-ро-де-фекти (виділення фаз, ма---ло-ку-тові гра--ниці і т.п.). Для від-палених зраз-ків n-ти-пу, крім зраз-ків із ви-да--ле-ни-ми при--по--вер--х--невими шарами, ви--явлено збільшення концентрації акцепторів. Із під-ви-щен--ням тем-пе-ра--ту--ри від-па-лу тип про-відності змінюється i збільшується роль повер-хні в ге-не-ра-ції вакансій рту---ті. Кон-центрацію до-но-рів (Nd) і акцеп-то-рів (Na) (і ступінь ком--пенсації K = Na/Nd) виз--на--че-но зі співвідношень для концентрації еле-к--тронів за ма-лих вели-чин маг--ніт-но-го поля: n = Nd -2Na, при цьому ви-користано за-ле-ж-но-с-ті їх рух-ливості від кон--центрації іонізованих до-мі-шок: n (Na+Nd)-1. Кон-цен-----т-ра-цію ак-цепторів контролювали і за температурними за-леж--нос-тя-ми ча-су жит-тя ННЗ.
За зміною концентрації донорів відпалені зразки розділено на дві групи. Для зраз-ків пе-р-шої групи після відпалу при 70 oС концентрація донорів спочатку зро-стає, а потім пicля від-па--лу при вищих температурах зменшується з подальшим ростом концентрації акцeпторів. У від--па-ле-них зразках в області домішкової про-від---нос-ті змінюється тип механізму ре-ком-бі-на-ції ННЗ з Шок-лі–Ріда на ударний -Оже. Друга група зразків зазнає на початковому етапі від-па-лу шви-д---ших змін. Від-пал зразків при 70 oС інвертує тип провідності в домішковій області за ве----ли-чи-ни магнітного по-ля B > 0,8 Тл.
На основі даних з низькотемпературного відпалу при--пускаємо, що при низь-ко-тем--пе---ра-тур-ному відпалi генерація дефектів проходить не-од-но-рідно по об`єму зраз-ків. Зміна концен-трації донорів у цьому ви-пад-ку виз-начається неод-но-рід-ніс-тю роз-----поділу пос-торонніх домішок, причому у ефективний пе-реріз каналів протікання стру---му по-падає різна усе-реднена їх концентрація. Вакансії ртуті ви-ни-ка-ють пе-ре-важ-но біля внут-ріш-ніх не-дос-ко-на-лос--тей (границь блоків, дислокацій і т.п.) і ут-во-рю--ють канали під-ви-ще-ної про-відності p+. Hе-від-повідність холлівських і фо-то-елек-т--рич--них па-ра-мет-рів існує внас-лі-док не-однорідної ге-не--ра-ції дефектів у процесі від-па-лу, ос-кіль-ки на відміну від елек-тро-про-від-нос-ті сиг--нал фо-то-від-гу-ку ха-рактеризує ін--тег-ральні влас-ти-вості кристалів.
За вищих температур відпалу (T 110 oС) на поверхні кристалів інтенсивно ут---во--рю-ються вакансії ртуті, які проникають вглиб. Для встановлення механізмів виникнення де-фек-тів зраз-ки другої групи відпалювали при 110 оС. Концентрацію ак-цепторів у травлених шарах за-леж-но від від---далі до поверхні розраховано за ве-ли--чи-ною коефіцієнта Холла на ос---но----ві за-леж-нос-тей характерних для двошарових стру-ктур. Оскільки на координатній за-леж-но-с-ті кон------центрації ак-цепторів Na не спо-с-те-рі-га-ється чіткої erf-функції, яка характеризує ди-фу---зій-ні про-цеси, кое-фі-ці-єнт ди-фуз-ії ато-мів ртуті із кристалiв оцінено ме-то-дом трапецій- DHg ~ 10-13-10-14 м2/c.
Із ростом концентрації акцепторів дифузія ртуті сповільнюється, що може бути вик--ли-ка-не як комплексоутворенням вакансійних асоціатів, так і впливом ато-мів між--вузлової ртуті, які є най-більш швидкодифундуючим дефектом. Енер-гія ак-ти--ва-ції генерації акцепторів у діа-па-зоні тем-ператур відпалу 25-120 oС, виз-на-че-на зі за--леж---ностей Na(T), в об`ємі зразків ста-но-вить EHg 0,7 еВ. Величина EHg дещо мен-ша енер--гії ак-ти--вації вакансій ртуті - VHg (EVHg 0,9 еВ), що свід-чить про вклад в дифу--зію рух-ли-ві-ших де-фек--тів- міжвузлових атомів ртуті (Hgi) з мен-шою енер-гією акти-вації (EHgi 0,2 еВ).
Порівняльні дослідження дефектоутворення при низькотемпературному від-па-лі про-ве-де--но в кристалах InSb. Поведінка власних дефектів у цих кристалах під час від-палу дещо інша ніж у Hg1-xCdxTе. Характер зародкування дефектів у кристалах InSb теж принципово від-мін-ний. Про---ведення ізохронного відпалу показує, що в про-цесі термо-об-роб-ки кристалів InSb ви-ни---ка-ють донори як в електронних, так і в дір--кових зразках, які від-по-ві-да-ють вакансіям Sb (лет--кі-шо-го компонента). Кри-тич-ні тем---ператури від-палу, за яких різко змі---ню-ються па-ра--метри, ста--нов-лять Tвідп 280 oС для крис---талів n-ти-пу і Tвідп 200 oС для крис---талів p-типу про--від-нос--ті.
Другий розділ присвячено дефектоутворенню при радіаційних технологіях в процесах створення приладних структур на основі вузько-щі-лин-них на-пів--про-від-ни-ків. Характерною особливістю напів-про-----відників на основі ртуті є низька ве-личина по--рогу генерації точ--кових дефектів, особливо в рту-т--ній підгратці. Саме ця особли-вість дає змогу керу-вати дефектною структурою впливом іо-ні------зуючого опро-міненя. Од-нак крім цього, опромінення призводить до небажаних наслідків під час певних тех-нологічних ме-тодів управління типом провідності при створенні фун-кці-о-на-ль---них структур на ба-зі цих матеріалів. При використанні пучків високих енергій, зок-ре-ма при іонній ім-п-лантації домішок, трансмутаційному легуванні, лазерній об-роб--ці і т.п. мож-ли-ве ви-ни-кнення низки радіаційних дефектів, які можуть впливати як на електрофізичні, так і на фо-то--елек-тричні характеристики кристалів і епі-так-сій-них плі-вок.
Для вирішення багатьох прикладних завдань фізичної електроніки важливим є дос-лід-жен----ня елек--трофізичних параметрів двошарових структур у вигляді під-к-лад-ка – активний шар. Такі ак-----тивні шари створюють саме іонною імплантацією до-мі-шок, дифузійним від-па-лом, ла-зер-ним опроміненням. Це переважно двошарові стру--к-тури типу n–p, p–n, n+–p, p+–n і т.п. Про-ведено роз-рахунок температурних залежнос-тей коефіцієнта Холла в двошарових стру-к---ту-рах типу елек--трон-ний по-вер-хневий шар – матриця з дірковою провідністю, і по-ка-за-но, що во--ни немо-но-тон-ні в області ін-версії знаку. Яскравіше такі особливості спос-тері-га-ють-ся на тем-пе-ра--турних за-леж---ностях ефективної рухливості. Поверхневий шар n+- провіднoстi на-віть ма-лої тов---щи-ни суттєво вп-ли-ває на фор-мування електрофізичних ха-рак-те-рис-тик вузькощі-лин--них на--пів-про-від-ни-ків.
Цікавим з точки зору радіаційної дії на напівпровідники, в тому числі на тверді роз-чини Hg1-xCdxTe, є опромінення нейтронами, які створюють широкий спектр де-фек-тів. У на-пів-про-від-ни-ках, в склад яких входить Cd, теплові нейтрони ге-не-ру-ють ок-ремі точкові дефекти за учас-тю ато---мів віддачі в результаті реакції (n,) на ізо---топі 113Cd, який проявляє аномально ве-ли--ку ймо---вір-ність захоплення нейтронів (за пере-рі-зу реакції 2104 барн). У крис-та-лах n-типу про-від--ності при потоці тепло-вих нейт-ро-нів Ф = 31014 см-2 виявлено зрос-тання концентрації елек-тронів, а в крис----талах p-ти-пу – незначне збіль-шен-ня кон-центрації дірок. Зростання кон-цен--тра-ції елек-тро-нів і дірок у кри-с--талах від дози опромінення опису-єть-ся за-лежністю: n = n0exp(K1.Ф); p = p0exp(K2.Ф), причому емпіричні значення від-повідних ко-е-фі--ці-єн-тів рівні: К1 2.10-15 см2; K2 3.10-16 см2.
У кристалах n-типу провідності з низькою концентрацією рівноважних елект-ро--нів (n0) змі----нюється механізм рекомбінації ННЗ з Оже- на тип Шоклі–Ріда в дея-ко-му ін-тервалі флю---ен-су нейтронів. Енергетичний рівень, який відповідає ут-во-ре-ним реком-біна-цій-ним цент-рам зна------хо--диться на Ea 50 меВ вище вершини ва-лен-т-ної зони. Утворення таких рів-нів спосте-рі-га--ється і при інших видах опромінення. На спектральних характеристиках стаціонарної фо-то-про-від-нос--ті (ФП) - UФП() оп-ромі-нених крис---------------талів icнують немонотонності в області фун-да-мен-таль-ного по-г-ли-нання при йо-го змі-щенні в короткохвильову область. Цей ефект по-в`я-за-ний із ви-ник-нен-ням ра--ді-а--цій--но сла--бо--розувпорядкованих областей, ймовірно зба-га-че-них CdTe, роз-мі--ра-ми по-ряд-ку ди-фу-зій-ної дов--жини ННЗ, яка в кристалах з електронним ти--пом про--від-нос-ті досягає ~ 25 мкм. Із ек-с-пе--ри--мен--таль-них ре-зуль-татів оцінено кон-центрацію точкових дефектів типу Френ-ке-ля, що ви--ни-ка-ють в Hg0,8Cd0,2Te за-леж-но від потоку Ф теплових нейт-ро-нів, і яка становить ~ 40Ф [см-3]. Виходячи із мо-делей, що передбачають ядерну трансмутацію типу Hg80(n,-) Au79, по-ряд із ге-не-рацією дефектів Френкеля (до-но-ри), трансмутаційна домішка проявляє ак-цеп-тор-ну дію. На по-----чаткових стадіях опро-мінення (Ф < 1015 см-2) можлива також кла-с---те-ри-за-ція мат--ри-ці на--пів-про-відника і по-явa механічних напружень на межах роз-ді-лу, які змі--щують дов-го-хви-льо-вий край ФП.
При опроміненні кристалів Hg1-xCdхTe електронами малих енергій (~ 35 кеВ) мо-ж-лива дія де-кіль-кох кон----куруючих механізмів. Оскільки в зразках n-типу про-від-нос-ті концент-рація електронів збіль-шу-ється, а елек---тронна провідність обумовлена сто-ронньою до-мішкою, то ймовірно, що під дією елек-т-рон-ного пучка проходить пе--рерозподіл до-мішки в приповерхневих шарах і ут-во-рен-ня n+–n--пе-ре-ходів. У збід-нених до-міш-кою областях проявляється механізм рекомбінації ННЗ за учас---тю ло--кальних цен-т-рів. У зразках p-типу провідності після опромінення (дозою D 10-6 Кл/см2) утво-рю-ються шун---ту-ючі ка---на-ли електронної провідності.
В опромінених рентгенівськими квантами (з енергіями Eф 7 кеВ) кристалах Hg1-xCdxTe, осо-б----ливо з електронною провідністю, збільшується концентрація до-но--рів і зменшується рух---ли--вість електронів. Зро-тан---ня концентрації донорів від ча-су оп--ромінення відповідає ем---пі-рич---ній залежності: Nd(t) = Nd0exp(K.t) -де t - час оп-ро---мі-нення, Nd0 - початкова кон-цен-тра-ція до--но-рів. Параметр K для зразків n -типу про-від-ності становить приблизно 5.10-4 с-1. При цьо--му, до---зова залежність рух------ли-вості еле-к--тронів за більших доз опромінення (D 2 кДж/см2) виходить на на-си-чен---ня. Ви--соко-тем-пе-ра-тур-ні (Т = 300 К) дефекти є відносно стабільними, такими ста--біль--ни-ми де-фек--та-ми можуть бути комплекси типу VHg-Tei, VHg-VHg, тран-с-фор-мо-вані із ра-ді-а-цій--но ви--ни-ка--ючих пар Френкеля. Після опромінення в зразках елек---т-рон--ної провідності ут-во-рюється ло--ка-ль--ний енер-гетичний рівень з Et 40 меВ, виз-начений на низькотемпературній ді-лян-ці ходу , який спри--яє збіль--шенню вкла-ду ре--ком-бі-на-ції ННЗ. У вихідних ком-пенсованих крис-талах Hg1-xCdxTe спос-те-рі--га-ємо спад рухливості елек---т-ро-нів зі зни-женням темпе-ра-ту-ри в до-міш--ко-вій об-лас-ті (n ~T 3/2), що харак-тер-но для роз--сі-яння но-сіїв заряду на іоні-зованих до----міш-ках. Піс---ля оп-ро-мі-нення ма-ли-ми доза-ми в таких крис---талах рух-ливість у до-мішковій об-лас--ті збіль-шується, а її тем--пературна за--леж--ність стає ха--рак-терною для розсіяння но-сі-їв за-ря-ду на акус-тич-них фононах (n ~ T -3/2), що свід-чить про ут--во-рення ком-п-лек-сів із власних де-фек-тів крис--та-лічної грат-ки і радіаційно ут-во--рених.
Ос-кіль-ки рен-т-ге-нів-ські кванти мають порівняно малі значення ім-пуль---су, немає під--став очі--ку-ва-ти пря-мо-го впли-ву випромінювання на об`ємні скупчення до-мішок, точ--кових де--фек-тів і до-міш-кових ат-мос--фер дислокацій, а виявлені зміни можуть бу-ти викликані роз-вит-ком кас-кад-них про-це-сів Оже. Для пе-ревірки цього при-пу-щен----ня бу-ли опро-мі-не-ні плас-тич-но де--фор-мо-вані крис-та-ли Hg1-xCdxTe, в яких після де-форма-ції спос---терігали за-лиш---кове збіль-шен-ня кон--цен-т-ра-ції до-но-рів. Після опро-мі-нення, роз---с-моктування до-міш--кових атмосфер і від-новлення елек-тро-фізичних влас---ти-вос--тей не спо-с--те-рі-гаємо.
У технології отримання n–p-переходів широко використовують імплантацію іонів B+ як най-------легшого елемента, що спричиняє електронний тип провідності при мі--німумі радіаційних пош------коджень. Пошарове стравлювання імплантованої повер-х-ні показує, що приповерхневий шар має складну структуру. Ураховуючи, що ко-е-фі-цієнт Холла (і провідність) визначаються переважно приповерхневими шара-ми, вва-жаємо, що енергетичні рівні радіаційних дефектів про-----------являються на гли-бині при--по-верхневого шару до ~ 5 мкм. Наявність рівнів із такими ене-р----гі--я-ми в забо-ро-не-ній зо-ні пов`язуємо з дефектами акцепторного типу. Радіаційні дефекти при тем---------пе--ра-ту-рах вище кімнатних є нестабільними, а їх дія усувається термо-від-па-лом. Ча----со-----ву кри--ву термовідпалу (в атмосфері азоту) можна апроксимувати залежністю ~ t1/4, яка свід---чить про пе-ревагу об`ємних центрів відпалу, а також про те, що під час відпалу бор мо--же ут--во-рювати ком-плекси. Методом ДЕВЕВ (дифракції електронів ви-соких ене-ргій на від-би---ван--ня) отримано ін-формацію про структурну дос-ко-на-лість приповерх-невих шарів ім-план-то-ва-них іо-нами В+. Ус-тановлено, що цей шар має аморф-ну струк-туру при дозах D 1014 cм-2 май---же на всю гли-би-ну про-ник-нен----ня іонів (до 400 нм). При іонній імплантації найімовірніше ут--во-рення дефектів ти--пу Френ---------келя в рту-т-ній підгратці (VHg; Hgі) і рух атомів ртуті по між-вуз-лях (Hgі), ос-кіль-ки во--ни є най-рух-ливішими дефектами з коефіцієнтом дифузії DHgі >> DVHg. При цьо-му на деякій гли-бині від по-верхні може утворитись шар слабкого n--типу про---від-нос-ті.
Альтернативою використання переходів n+–p на кристалах Hg1-xCdxTe для ви-ко--нання фун---кціональних активних шарів ІЧ-оптоелектроніки є переходи типу p+–n. Зокрема для ут-во-рен---ня об-ласті з дірковою провідністю використовують іони As+, які є акцепторами. В імп-лан---то-ва-ни-х крис-талах Hg1-xCdxTe складу х = 0,2 дір-ко-вої про-відності польовий хід ко-е-фі-ці-єн-та Хол---ла Rh(Н) характерний для зраз-ків з ін-вер--с-ною провідністю на поверхні. Тер-мо--від-пал ство--рює шар з дірковою про-від-ніс-тю, що особливо проявляється на кристалах n-ти-пу, гли--би-ною приблизно до ~ 1 мкм. Кон-центрація акцепторів у відпалених кристалах не збі-га-є-ть-ся з до-зою вве-де-ної до-міш-ки, що вказує не тільки на неповну її активацію, а і на наяв-ність ком--п-лек---со----ут-во-рен-ня, як і для іонів B+. Методом ДЕВЕВ установлено, що ім-план-то-ва-ний іона-ми ми--ш`я-ку приповерхневий шар також має аморфну структуру, однак на гли--би-ну при-б--лиз-но в чо----ти-ри рази меншу ніж при імлантації іонів бору.
Зміна спектру шумів в іонноімплантованих зразках пов`язана з відпалом раді-а-ці-й--них де---фек-тів, які виникають при імплантації поверхні кристала, а хід спектра-ль-ної залежності шу--му в цьо-му випадку визначається двошаровою структурою. Зни-к---нення генераційно-ре-ком--бі--на-ційної ком-поненти шуму у відпалених при Т > 60 оС струк-турах свідчить про те, що во-на виз--на-чається дефектами вихідних стру-к-тур і є над--лиш-ковим шумом.
Перспективою для практичного застосування є взаємодія поверхні з низь-кое-нер---ге-тич-ни-ми іонами (Hg+, Ar+) в режимі іонного травлення. Зокрема це стосу-є-ть-ся методів виго-тов--лен--ня приладів на основі Hg1-xCdxTe. Основною особливістю крис---талів із оп-ро--мі-не-ною низь-ко-е-нер---гетич-ними іонами поверхнею є інверсія типу про--відності в дір-ко-вих зраз-ках і зростання кон-цен-трації електронів у електронних зраз-ках. У травлених кристалах з дір-ко-вою провідністю ін-вер--сій-ні шари сягали кіль-------ка десятків мікрометрів. Процеси іонного трав--лення важливі і для крис--та-лів елек---трон-но-го типу провідності в процесі виготовлення (роз-ділення іонним пуч-ком) фо---то-ре-зис-тopних еле-мен---тів.
Результати пошарового травлення низькоенергетичними (~ 0,5-3,0 кеВ) іонами по-верхні Hg1-xCdxTe вка--зу---ють, що товщина n+-шару менша 2,5 мкм і практично не залежить від товщини шару мо-но--крис-тала, який був видалений іонами ртуті. Вва-жається, що шар
