235
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА
ОСНОВЕ КРЕМНИЯ И ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ В КАЧЕСТВЕ
ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ
Н.Э. Алимов, С.М. Отажонов, К.А. Ботиров, С.С. Собиров
Ферганский Государственный Университет, Ферганский филиал ТУИТ
Полупроводниковые плёнки
CdTe являются важным материалом для
создания фотоприёмных устройств на основе гетероструктур, работающих в
ближнем (до 3 мкм) и дальнем (8 – 14 мкм) ИК диапазоне. Интерес
представляет получения гетероструктур на основе фоточувствительных слоев
с разным типом проводимости. Перспективным является материал
p-типа,
легированный серебром и медью, которые дают акцепторный уровень в
запрещённой зоне с большим временем жизни не основных носителей заряда.
В связи с этим исследовано фоточувствительность стуктуры
CdTe - SiO
2
- Si,
которую можно использовать, например, в качестве металл – нитрид
кремния окисел – полупроводник (МНОП) – транзистора с поляризующимися
диэлектриком [1,2], допускающего электрическую перезапись информации.
Получены
поликристаллические
(размеры зерен составляет 0,05-0,1 мкм)
плёнки
CdTe на поверхность
SiO
2
- Si.
CdTe
и примеси
Ag и
Cu испарялись в
вакууме
10
-5
мм.рт.ст. из отдельных испарителей на
прогретую окисленную поверхность
Si.
Взаимное расположение слоев структуры
CdTe - SiO
2
- Si и омических контактов к
ним схематически показано на рис.1. В
такой структуре фоточувствительность
управляется
под действием внешних
воздействий, таких как электрическое поле
или коронный разряд, которые меняют
встроенного поля в диэлектрике. В этом
случае имеем «обратный» полевой транзистор типа
CdTe - SiO
2
- Si, когда
управляющий заряд находится под слоем полупроводника, а его поверхность
остается открытой.
Для коронной электризации исследованных структур использована
экспериментальная установка, блок схема которой представлена в работе [4].
Электризация происходит за счёт осаждения на поверхности слоя
положительных или отрицательных ионов в коронном разряде. Коронный
разряд
возникает, если между металлизированной поверхности слоя
Al и
электродом напряжение превышает 6 кВ, когда встраиваемое в структуру поле
доходило до 100 В. Заряженные таким образом структуре
CdTe - SiO
2
– Si
изучались спектры тока короткого замыкания в зависимости от величины
внешнего коронного разряда и показало, что в статическом режиме
наблюдается смещение спектров в коротко волновую область . Оказалось, что
Рис.1
Взаимное
расположение
слоев
структуры
CdTe - SiO
2
- Si. 1,2
– контакты; 3 – выбрирующие
контакты.
236
в такой структуре фоточувствительность слоя можно управлять под действием
внешнего потенциала коронного разряда (по методу “эффекта поля”), которые
как выясняется ниже, индуцируют встроенные электрические заряды в
диэлектрике.
Изучены спектральные зависимости тока короткого замыкания (I
кз
) слоя
CdTe для различных значений напряженности
коронного разряда, которые
осуществлялось контактом (2) и электрическим зондовым контактом (3) к
поверхности полупроводника
CdTe. Видно, что в отсутствии внешних
воздействий в спектрах I
кз
(ν) наблюдается инверсия знака I
кз
в окрестности
значения энергии кванта света, равным hν=1,21эВ )
включение
поверхностного потенциала коронной разрядки между слоем
CdTe и кремнием
приводит к существенному изменению спектральной чувствительностью тока
короткого замыкания (I
кз
). При изменении поверхностного потенциала в
пределах его значения от 0 до 100 В положения инверсии знака тока короткого
замыкания смешается в коротковолновую область спектра. При этом
максимум фоточувствительности I
кз
смешается в коротковолновую область
спектра в пределах от 0,93 эВ до 1,5 эВ. Положение значения максимума I
кз
возрастает более чем в 1000 раз при
Â
êð
70
.
Для качественного описания физической природы кинетического
явления в структуре полупроводник
CdTe - окись полупроводник
SiO
2
-
полупроводник
Si можно рассмотреть модель, основанная на теории МДП
(металл-диэлектрик-полупроводник) – транзистора. В этом случае имеем в
виду, что в толстом (
m
4
,
0
) окисном слое основным механизмом протекания
тока определяется моделью Фаулера – Нордгейма [5] и соответствующий ток
обозначим как
E
b
aE
j
FN
2
3
2
exp
где
i — плотность тока эмиссии,
E - напряжённость электрического
поля, φ -работа выхода, функции
а и
b зависят от геометрии и работы выхода,
например, степенью асимметрии, высотой, шириной потенциального барьера.
Поток носителя тока должен возникать: а) за счет увеличивающей (из-за
эффекта Пула - Френкеля) с ростом величины потенциала коронного разряда
термоэлектронной эмиссией через потенциальный барьер (
FN
j
) электронов, б)
за счет автоэлектронной эмиссии захваченных в окисле полупроводника
носителей тока в зону проводимости
CdTe (
FN
j
). Поскольку вклады в общий
ток от вышеперечисленных токов различны по величине, то границе раздела
нарушается непрерывность тока. Таким образом,
появляющие при этом
избыточные (неравновесные) носители тока приводят к накоплению заряда на
границе раздела. Это приводит к перераспределению внутреннего
электрического поля, что существенно при образовании рельефа
потенциального барьера.
При включении поверхностного потенциала коронной разрядки на
границе плёнок
CdTe и слоя диэлектрика происходит туннелирование
237
носителей заряда (электронов и дырок) из полупроводникового слоя в
глубокие уровни диэлектрика. Носители заряда в плёнке и на границе раздела
в зависимости от величины встроенного заряда изменяют потенциальный
рельеф, поэтому при фотовозбуждении этого слоя, они будут генерироваться
под влиянием встроенного заряда, меняет распределение генерированных на
поверхности
носителей тока таким образом, что втягивает их в область,
которая доступна только слабо поглощаемому электромагнитному излучению.
Асимметрия барьеров такова, что слабо поглощаемое излучение генерирует
фото ЭДС обратного знака по сравнению с сильно поглощаемым излучением.
Тогда под влиянием объёмного заряда инверсия знака фото ЭДС смешается
коротковолновую область, а фоточувствительность увеличивается в
исследуемой нами области спектра электромагнитного излучения.
Подводя
итоги
анализа
результатов,
что
спектральной
фоточувствительности слоя
CdTe по току короткого замыкания и фото ЭДС
можно управлять индуцированным встроенным электрическим зарядом
диэлектрика, создаваемым внешним потенциалом коронного разряда в
гетероструктуре
CdTe (пленка)
– SiO
2
(диэлектрик)
– Si (полупроводник).
Это открывает новые возможности создания
полупроводниковых
приборов, чувствительным к электромагнитному излучению, применяемым в
оптоэлектронике как фоточувствительный прибор со спектральной
характеристикой в широком диапазоне чувствительности. Этот эффект также
связан с принципиально новыми возможностями полупроводниковых
приборов с изменяемой спектральной характеристикой и согласования его с
излучателем, что актуально для роботов (зрительный орган робота, где нужно
цветовое зрение), для устройств и систем записи информации.
Do'stlaringiz bilan baham: 
