Электрические и фотоэлектрические свойства гетероструктур ZnS-GaP тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат физико-математических наук Сусляков, Юрий Васильевич

• Сусляков, Юрий Васильевич
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Сусляков, Юрий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ И ВЫСОКООМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.1 Зонные диаграммы гетеропереходов

1.1.1 Плавные гетеропереходы

1.2 Механизм прохождения тока через гетеропереход

1.2.1 Анизотипные гетеропереходы

1.2.2 Изотопные гетеропереходы

1.3 Прохождение тока в высокоомных полупроводниках и диэлектриках

1.4 Некоторые механизмы возникновения участка отрицательного сопротивления на вольтамперной характеристике

1.5 Кристаллические приборы с поляризованной памятью и переключением

1.6 Полупроводниковые свойства GaP и ZnS

1.7 Выводы к главе

ГЛАВА 2 ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ СУЛЬФИДА ЦИНКА

2.1 Газотранспортный метод получения эпитаксиальных слоев

2.2 Получение эпитаксиальных слоев сульфида цинка на фосфиде галлия

2.3 Структура слоев сульфида цинка, полученных на фосфиде галлия

2.4 Локальные уровни в слое сульфида цинка

2.5 Вольтамперные характеристики слоя ZnS

2.6 Выводы к главе

ГЛАВА 3 ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ZnS - GaP

Электрические характеристики Анизотипные структуры ZnS-GaP Изотопные гетероструктуры ZnS-GaP Фоточувствительность ZnS - GaP гетероструктур Обсуждение результатов Выводы к главе

ГЕТЕРОСТРУКТУР

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрические и фотоэлектрические свойства гетероструктур ZnS-GaP»

Актуальность проблемы. Одним из актуальных направлений твердотельной электроники, микро- и наноэлектроники является создание полупроводниковых гете-роструктур - контактов двух различных по химическому составу и свойствам полупроводников. Научный интерес к этим объектам обусловлен, с одной стороны, их нетривиальными физическими свойствами, связанными со сложной упорядоченной структурой и взаимодействием на границе раздела, а с другой - перспективами использования для создания эффективных фотопреобразователей в ультрафиолетовой, видимой и дальней инфракрасной областях спектра, инжекционных лазеров и све-тодиодов [1,2]. Кроме того, в последние годы в связи требованиями медицины, биологии, военной техники и проблемой «озоновой дыры» сформировалась ультрафиолетовая фотоэлектроника. Её особенностью является необходимость регистрировать слабые, но сильно влияющие на жизнедеятельность человека сигналы на фоне мощного видимого и инфракрасного излучения. Основу ультрафиолетовой электроники составляют структуры с потенциальными барьерами, созданными основе Si, GaP и широкозонных материалов ZnO и ZnS [3]. Анализ современного состояния в области критических направлений электронной техники указывает на то, что растет интерес к так называемой «экстремальной электронике», основу которой составляют приборы для эксплуатации в условиях высоких температур, радиации, агрессивных средах, в системах с повышенными значениями напряжений и плотностей тока. Естественным фактором, определяющим возможность развития данного направления, является использование в качестве материаловедческого базиса широкозонных материалов, в

А £ частности соединений А В [4-6]. Однако, за исключением CdTe, все полупроводники соединений А2В6 обладают монополярной проводимостью: ZnS, ZnSe, CdS, CdSe -электронной, ZnTe - дырочной [7]. Поэтому получить р-п-переходы в этих материалах весьма затруднительно. Естественным разрешением этого вопроса является создание гетеропереходов.

О А

Несмотря на обилие публикаций о выращивании кристаллов соединений А В , имеется сравнительно мало сведений об эпитаксиальном росте этих соединений из паровой фазы на подложки из других полупроводниковых соединений, а также об исследовании свойств полученных структур. Этим объясняется большой интерес исследователей к изучению гетеропереходов между полупроводниками А2В6 и А3В5.

В качестве объектов исследований были выбраны гетероструктуры на основе сульфида цинка и фосфида галлия.

Цель и задачи работы. Определение режима эпитаксиального осаждения монокристаллических слоев ZnS в открытой системе в потоке водорода на подложки из GaP различной кристаллографической ориентации. Исследование электрофизических и фотоэлектрических свойств гетероструктур ZnS-GaP, а также установление особенностей переходной области и механизма прохождения тока через гетероструктуру ZnS-GaP и выяснение природы отрицательного сопротивления на вольтамперных характеристиках этих структур.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- подбирался режим эпитаксиального осаждения монокристаллических слоев ZnS в открытой системе в потоке чистого водорода на подложки из GaP, ориентированные по плоскостям (111) и (100);

- проводились рентгеноструктурные и электронографические исследования слоев ZnS с целью подтверждения их монокристалличности и высокой степени совершенства;

- исследовалось распределение химических элементов (Ga, Р, Zn, S) в области гетероперехода;

- определялось энергетическое положение локальных уровней в пленках ZnS методами термовысвечивания, термостимулированного тока и по спектрам фотолюминесценции;

- исследовались вольтамперные, вольтемкостные и спектральные характеристики гетероструктур в широком интервале температур;

- исследовалось влияние легирования хлоридами металлов (ZnCl, А1С13) слоев ZnS на их электрофизические свойства.

Научная новизна работы:

- показано, что возможно эпитаксиальное выращивание слоев сульфида цинка в потоке чистого водорода без применения специального агента. Выращенные слои ZnS имеют смешанную кубическую и гексагональную структуру с характерными дефектами типа двойников. Гексагональная фаза образуется при 650°С. Растущие слои сульфида цинка имеют такую же ориентацию, что и подложка, и фигуры роста, зависящие от ориентации подложки;

- установлено, что эпитаксиальные слои ZnS толщиной d^ > 5мкм, получен

19 ные из нелегированного порошка сульфида цинка, высокоомны (р ~ 10 Ом-см), с концентрацией свободных электронов порядка 108 см "3 при комнатной температуре;

- обнаружено, что добавка хлоридов цинка и алюминия в процессе выращивания слоев ZnS приводит к снижению сопротивления последних на 3-4 порядка;

- установлено, что в эпитаксиальных слоях ZnS имеются локальные уровни с глубиной залегания 0,17; 0,20; 0,25; 0,33; 0,42; 0,71 эВ от дна зоны проводимости и 1,15 эВ от потолка валентной зоны;

- показано, что гетероструктуры ZnS-GaP представляют собой сложную структуру, состоящую из гетеропереходной области и высокоомного полупроводника;

- установлено, что переходная область гетероструктуры ZnS-GaP состоит из двух встречно включенных потенциальных барьеров;

- обнаружено, что электрические характеристики гетероструктур ZnS-GaP, полученных из нелегированного сульфида цинка с толщиной слоя ZnS d^ > 5мкм, в основном определяются условиями прохождения тока через высокоомный слой ZnS;

- установлено, что изотипные гетероструктуры ZnS-GaP, выращенные из легированного алюминием, хлором и цинком сульфида цинка с толщиной слоя dZnS > 5 мкм, а также анизотипные гетероструктуры с толщинами сульфида цинка dZnS < 5 мкм обладают переключением и памятью. Кроме высокомного и низкоомного состояний эти структуры имеют промежуточное состояние;

- выявлено внутреннее поле в ZnS-GaP структурах, находящихся в низкоомном состоянии. Величина поля зависит от напряжения переключения структуры;

- обнаружено S-образное отрицательное сопротивление на вольтамперной характеристике толстопленочных гетероструктур, полученных из нелегированного сульфида цинка;

- установлено, что спектральная характеристика изотопных гетероструктур n-ZnS-n-GaP имеет три максимума с длинами волн 550, 400 и 335 нм. При переходе из длинноволновой области в коротковолновую область излучения происходит смена знака фотоответа. Вид спектральной характеристики изотопной гетероструктуры n-ZnS-n-GaP зависит от знака и величины приложенного напряжения смещения, а также от ориентации подложки.

Практическая значимость результатов:

1. Показана возможность эпитаксиального роста слоев сульфида цинка на фосфиде галлия газотранспортным методом в потоке чистого водорода.

2. Исследованные в работе изотипные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP обладают спектральной характеристикой, видом которой можно управлять величиной, знаком приложенного напряжения смещения и ориентацией подложки, что позволяет создавать фотоприемники, настраиваемые на заданный оптический диапазон излучения.

3. Гетероструктура ZnS-GaP может быть использована в качестве переключающего элемента и ячейки памяти. Переключение происходит как при подаче напряжения смещения, так и при воздействии световым импульсом.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Эпитаксия слоев ZnS на GaP подложках может быть проведена газотранспортным методом в потоке чистого водорода в интервале температур роста 650-850°С.

2. Контактная область гетероструктуры ZnS-GaP состоит из двух встречно включенных барьеров, природа которых объясняется взаимной диффузией компонентов и наличием на границе раздела поверхностных состояний вследствие различия постоянных решеток контактирующих материалов, а также валентно-несогласованных химических связей [8].

3. Видом спектральной характеристики изотипных гетероструктур n-ZnS-n-GaP можно управлять, изменяя величину и полярность внешнего приложенного напряжения, а также ориентацию подложки GaP.

Достоверность результатов диссертации. Достоверность полученных экспериментальных результатов достигнута применением стандартной измерительной аппаратуры, корректностью применения общепризнанных методик и обработкой полученных данных с помощью современных методов с использованием ЭВМ. Достоверность предложенных моделей обусловлена их соответствием экспериментальным данным.

Личный вклад автора состоит в самостоятельном выполнении представленных в диссертации экспериментальных исследований и расчетов, а также в анализе полученных результатов. При использовании данных других авторов или результатов, полученных в соавторстве, даются соответствующие ссылки на источник.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались на VI межотраслевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Москва, ГИРЕДМЕТ, 1976), на 1-ой Всесоюзной научно-технической конференции «Получение и свойства полупроводниковых соединений типа А2В6 и А4В6 и твердых растворов на их основе» (Москва, МИСиС, 1977), на Ш-ей Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетеропереходах (Одесса, 1982); на V-ой Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (Ульяновск, 2003); на VI-ой Международной конференции «Опто- наноэлектроника, нанотехнологии и микросхемы» (Ульяновск, 2004), а также на научных семинарах кафедры физики полупроводников и кафедры физики твердого тела Саратовского госуниверситета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ [100М11*]1.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 143 страницы, включая 54 рисунка, 6 таблиц. В списке использованных источников литературы содержится 136 наименований.

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Сусляков, Юрий Васильевич

3.4. Выводы к главе 3

1. На основании исследований электрофизических и оптических характеристик полученных структур можно сделать вывод, что их нельзя рассматривать как простые гетеропереходы или МДП-структуры. Они представляют собой сложную структуру, состоящую из гетеропереходной области и высокоомного полупроводника.

Переходная область гетероструктуры ZnS-GaP состоит из двух встречно включенных барьеров, на что указывают фотоэлектрические и емкостные характеристики этих образцов. Причинами, вызывающими появление встречных барьеров, являются взаимная диффузия материалов и наличие на границе раздела гетероперехода поверхностных состояний из-за различия постоянных решеток, а также валентно-несогласованных химических связей. Плотность поверхностных состояний равна 3-Ю12 см"2, что хорошо согласуется с плотностью состояний, которая

19 1 возникает из-за расхождения постоянных решеток материалов и равна 4,82-10 см" . Диффузия Zn - мелкого акцептора - в GaP приводит к инверсии типа проводимости в приповерхностной области в электронном GaP и к образованию р+- слоя в дырочном GaP. В подложках из n-GaP вследствие диффузии Zn появляется барьер высотой 1,3 эВ и шириной 1,4 -10"5см. Диффундирующие в ZnS атомы галлия частично ионизируются. Вследствие этого приповерхностная область сульфида цинка становится менее высокоомной, чем его объем, и на стороне сульфида цинка появляется барьер для электронов высотой не ниже 1,2 эВ и шириной 5-^-6-10'6 см.

2. Электрические характеристики анизотипных гетероструктур ZnS-GaP с толщиной слоя ZnS dZnS > 5 мкм, полученных из нелегированного сульфида цинка, в основном определяются условиями прохождения тока через высокоомный слой ZnS. На это указывает малое отличие прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики и постоянство емкости структуры. Степенная зависимость тока от напряжения до участка отрицательного сопротивления в этих структурах отражает тот факт, что ток в ZnS ограничен пространственным зарядом.

3. Резкий рост концентрации свободных электронов в ZnS при высоких полях (более 105 В/см) является причиной появления S-образного отрицательного сопротивления на вольтамперной характеристике гетероструктур с толщиной слоя ZnS d^ > 5мкм, полученных из нелегированного сульфида цинка.

4. Вольтамперные характеристики гетероструктур ZnS-GaP с толщиной слоя ZnS < 5мкм определяются условиями прохождения носителей через барьерную область и через слой ZnS. Температурная зависимость тока указывает на туннельный характер прохождения тока через гетеропереход. Наличие большой плотности ионизированных локальных состояний в барьерной области и не полностью заполненные электронами поверхностные состояния на границе раздела обеспечивают многоступенчатое туннелирование электронов. Отсутствие инжекционной электролюминесценции фосфида галлия в анизотипных структурах, а также характер зависимости тока короткого замыкания от напряжения холостого хода в изотипных гетероструктурах указывает на существенную роль безизлучательной рекомбинации носителей на поверхностных состояниях гетероструктур ZnS-GaP.

5. Изотипные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP с толщиной слоя ZnS d^ > 5мкм, выращенные из легированного алюминием, хлором и цинком сульфида цинка, а также анизотипные гетероструктуры n-ZnS-p-GaP с толщиной слоя ZnS d^s ^ 5мкм обнаруживали переключение и память. Эти структуры из высокоомного состояния переключаются в низкоомное при достижении порогового значения обратного смещения, а из низкоомного в высокоомное состояние - подачей напряжения прямого смещения. Кроме высокомного и низкоомного состояний эти структуры имеют промежуточное состояние. Обнаружено внутреннее поле в ZnS-GaP структурах, находящихся в низкоомном состоянии. Величина поля зависит от напряжения переключения структуры в низкоомное состояние. Внутреннее поле связано с поляризацией, вызванной разделением зарядов в ZnS.

Изотипные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP, выращенные из нелегированного сульфида цинка, можно переключить из высокоомного состояния в низкоомное импульсом света в интервале длин волн 300 - 500 нм.

6. Показано, что причиной переключения гетероструктур из высокоомного состояния в низкоомное при отрицательном смещении является увеличение концентрации свободных электронов из-за ионизации локальных состояний. Обратное переключение из низкоомного состояния в высокомное связано со снижением концентрации электронов в объеме ZnS из-за захвата их на пустые ловушки. На процесс захвата электронов пустыми ловушками указывает появление индуктивных свойств - емкость становится отрицательной.

7. Спектр фоточувствительности изотопных гетероструктур n-ZnS-n-GaP имеет три максимума с длинами волн 550, 400 и 335 нм. Эти три максимума соответствуют трем процессам возбуждения: генерации фотоносителей в GaP (X = 550 нм) и ZnS (к = 335 нм) и фотоносителей на границе раздела (А, = 400 нм) из образовавшегося переходного слоя ZnS в GaP, ширина запрещенной зоны которого меняется от Eg = 2,25 эВ (GaP) до Eg= 3,7 эВ (ZnS). Смена знака на спектральной характеристике указывает на то, что гетероструктура состоит из включенных навстречу двух барьеров: один - со стороны GaP, другой - со стороны ZnS и переходного слоя ZnS в GaP.

Изотопные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP обладают спектральной характеристикой, видом которой можно управлять в зависимости от величины и знака приложенного напряжения смещения, а также выбором ориентацией подложки GaP.

8. Предложены энергетические зонные диаграммы изотопных и анизотипных гетероструктур ZnS-GaP (3.24, 3.25), качественно объясняющие полученные результаты.

Примерные зонные диаграммы анизотипных гетероструктур n - ZnS - р - GaP = 2.25 эВ ffiaP

ДЕ = 0,4 эВ т

ДЕ„ = 1,05 эВ| t р = 8,3 • Ю19 см*3

Локальные уровни в ZnS(3B) п = 10* см'3 а - толщина слоя ZnS d < 5 мкм J

Е/,с0,28 эВ Т р = 8,3 • 1015 см"3

ДЕ = 1,05 эВ £ п= 1012 см"3 б - толщина слоя ZnS d>5MKM

Рис. 3.24

Примерные зонные диаграммы изотипных гетероструктур n - ZnS - n - GaP

ДЕ = 0,4 эВ L

Е, =оЖэв

LGaP 1 - - у

F'

С* г

Е80аР = 2,25эВ ffioP

1,05 эВ, п = 7,3 • 1015 см"3

F = 0,39 эВ

Локальные уровни в ZpS(sB) 0,17 0,20

-0,25

0,32 " 0,41 0,71

EgZnS = 3,7 эВ Г

1,15 эВ п= 1012см'3 а - толщина слоя ZnS d < 5 мкм

ДЕ =0,4эВ

Е, = оЖэв

IfiaP

FT ffiaP

EgGaP = 2,25 3B n = 7,3 ■ 1015 см'3 0,39 эВ

Локальные уровни в рБ(эВ) : 0,17 0,20

-0,25

0,32 " 0,41 0,71

EgZ„S = 3'73B n = 1012 см-3 б - толщина слоя ZnS d > 5мкм Рис. 3.25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что эпитаксиальный рост слоев сульфида цинка на подложки из фосфиде галлия в открытой системе может быть получен газотранспортным методом в потоке чистого водорода. Эпитаксия проведена на подложках фосфида галлия, ориентированных по плоскостям (111) и (100) при температурах роста слоев ZnS 650-850°С и при температурах источника 900-1000°С.

2. Рентгеноструктурный и электронографический анализы эпитаксиальных слоев ZnS показали, что они имеют смешанную кубическую и гексагональную структуру с характерными дефектами типа двойников. Гексагональная фаза образуется при 650°С. Растущие слои сульфида цинка имеют такую же ориентацию, что и подложка. Слои ZnS обнаруживали зависимость фигур роста от ориентации подложки: на подложках GaP, ориентированных по плоскостям (111), растут многочисленные треугольные или шестиугольные пирамиды с плоской вершиной. Эпитаксиальные слои, выращенные на подложках (100)GaP, не обнаруживали характерных фигур роста.

3. Исследование явления термовысвечивания, кривых термостимулированного тока и спектра фотолюминесценции в слоях сульфида цинка показало, что в них имеются локальные уровни с глубиной залегания 0,17, 0,20, 0,25, 0,33, 0,42, 0,71 (эВ) от дна зоны проводимости и 1,15 эВ от потолка валентной зоны. Обнаружена диффузия галлия и фосфора в ZnS и цинка и серы в GaP. Установлено, что локальные состояния с энергией залегания 0,42 эВ обусловлены примесью галлия в ZnS.

4. Установлено, что эпитаксиальные слои толщиной dZnS > 5мкм ZnS, полученные из нелегированного порошка сульфида цинка, высокоомны (р ~ 1012 Ом-см), с

О л концентрацией свободных электронов при комнатной температуре порядка 10 см . Вольтамперная характеристика эпитаксиального слоя ZnS, отделенного от подложки, показывает, что ток в нем ограничен пространственным зарядом. В области полей от 3,9-104 В/см до 105 В/см на величину тока оказывает влияние эффект Френкеля-Пула.

5. На основании исследований электрофизических и оптических характеристик полученных структур можно сделать вывод, что их нельзя рассматривать как простые гетеропереходы или МДП-структуры. Они представляют собой сложную структуру, состоящую из гетеропереходной области и высокоомного полупроводника.

Переходная область гетероструктуры ZnS-GaP состоит из двух встречно включенных барьеров, на что указывают фотоэлектрические и емкостные характеристики этих образцов. Причинами, вызывающими появление встречных барьеров, являются взаимная диффузия материалов и наличие на границе раздела гетероперехода поверхностных состояний из-за различия постоянных решеток, а также валентно-несогласованных химических связей. Плотность поверхностных состояний равна 3-1012 см"2, что хорошо согласуется с плотностью состояний, которая возникает из-за расхождения постоянных решеток материалов и равна 4,82-1012 см"2. Диффузия Zn - мелкого акцептора - в GaP приводит к инверсии типа проводимости в приповерхностной области в электронном GaP и к образованию р+- слоя в дырочном GaP. В подложках из n-GaP вследствие диффузии Zn появляется барьер высотой 1,3 эВ и шириной 1,4 -10"5см. Диффундирующие в ZnS атомы галлия частично ионизируются. Вследствие этого приповерхностная область сульфида цинка становится менее высо-коомной, чем его объем, и на стороне сульфида цинка появляется барьер для электронов высотой не ниже 1,2 эВ и шириной 5+6-10'6 см.

6. Электрические характеристики анизотипных гетероструктур ZnS-GaP с толщиной слоя ZnS dZnS > 5мкм, полученных из нелегированного сульфида цинка, в основном определяются условиями прохождения тока через высокоомный слой ZnS. На это указывает малое отличие прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики и постоянство емкости структуры. Степенная зависимость тока от напряжения до участка отрицательного сопротивления в этих структурах отражает тот факт, что ток в ZnS ограничен пространственным зарядом.

7. Резкий рост концентрации свободных электронов в ZnS при высоких полях (более 105 В/см) является причиной появления S-образного отрицательного сопротивления на вольтамперной характеристике гетероструктур с толщиной слоя ZnS dZnS > 5 мкм, полученных из нелегированного сульфида цинка.

8. Вольтамперные характеристики гетероструктур ZnS-GaP с толщиной слоя ZnS dZnS < 5мкм определяются условиями прохождения носителей через барьерную область и через слой ZnS. Температурная зависимость тока указывает на туннельный характер прохождения тока через гетеропереход. Наличие большой плотности ионизированных локальных состояний в барьерной области и не полностью заполненные электронами поверхностные состояния на границе раздела обеспечивают многоступенчатое туннелирование электронов. Отсутствие инжекционной электролюминесценции фосфида галлия в анизотипных структурах, а также характер зависимости тока короткого замыкания от напряжения холостого хода в изотипных гетероструктурах указывает на существенную роль безизлучательной рекомбинации носителей на поверхностных состояниях гетероструктур ZnS-GaP.

9. Изотипные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP с толщиной слоя ZnS dZnS > 5мкм, выращенные из легированного алюминием, хлором и цинком сульфида цинка, а также анизотипные гетероструктуры n-ZnS-p-GaP с толщиной слоя ZnS d^ < 5мкм обнаруживали переключение и память. Эти структуры из высокоомного состояния переключаются в низкоомное при достижении порогового значения обратного смещения, а из низкоомного в высокоомное состояние - подачей напряжения прямого смещения. Кроме высокомного и низкоомного состояний эти структуры имеют промежуточное состояние. Обнаружено внутреннее поле в ZnS-GaP структурах, находящихся в низкоомном состоянии. Величина поля зависит от напряжения переключения структуры в низкоомное состояние. Внутреннее поле связано с поляризацией, вызванной разделением зарядов в ZnS.

Изотипные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP, выращенные из нелегированного сульфида цинка, можно переключить из высокоомного состояния в низкоомное импульсом света в интервале длин волн 300 - 500 нм.

10. Показано, что причиной переключения гетероструктур из высокоомного состояния в низкоомное при отрицательном смещении является увеличение концентрации свободных электронов из-за ионизации локальных состояний. Обратное переключение из низкоомного состояния в высокомное связано со снижением концентрации электронов в объеме ZnS из-за захвата их на пустые ловушки. На процесс захвата электронов пустыми ловушками указывает появление индуктивных свойств - емкость становится отрицательной.

11. Спектр фоточувствительности изотипных гетероструктур n-ZnS-n-GaP имеет три максимума с длинами волн 550, 400 и 335 нм. Эти три максимума соответствуют трем процессам возбуждения: генерации фотоносителей в GaP (А, = 550 нм) и ZnS (А, = 335 нм) и фотоносителей на границе раздела (X = 400 нм) из образовавшегося переходного слоя ZnS в GaP, ширина запрещенной зоны которого меняется от Eg = 2,25 эВ (GaP) до Eg= 3,7 эВ (ZnS). Смена знака на спектральной характеристике указывает на то, что гетероструктура состоит из включенных навстречу двух барьеров: один - со стороны GaP, другой - со стороны ZnS и переходного слоя ZnS в GaP.

Изотипные гетероструктуры n-ZnS-n-GaP обладают спектральной характеристикой, видом которой можно управлять в зависимости от величины и знака приложенного напряжения смещения, а также выбором ориентацией подложки GaP.

12. Предложены энергетические зонные диаграммы изотипных и анизотипных гетероструктур ZnS-GaP, качественно объясняющие полученные результаты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Сусляков, Юрий Васильевич, 2004 год

1.Алфёров Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур.// Физика и техника полупроводников, 1998. Т. 32. - № 1.- С. 3-18.

2. Алфёров Ж.И. Двойные гетероструктуры. Концепция и применение в физике, электронике и технологии (нобелевская лекция).// Успехи физических наук, 2002. Т. 172.- № 9. - С.1068-1086.

3. Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А. Полупроводниковые фотопреобразователи для ультрафиолетовой области спектра (обзор). // Физика и техника полупроводников, 2003. Т. 37. - № 9.- С. 1025-1055.

4. Лучинин В.В, Мальцев П.П., Маляков Е.П. Широкозонные материалы основа экстремальной электроники будущего. // Микроэлектроника, 1999.- Т. 28. - № 1. -С. 21-29.

5. Лебедев А.А., Челноков В.Е. Широкозонные полупроводники для силовой электроники. // Физика и техника полупроводников, 1999. Т. 33. - № 9.- С. 10961098.

6. Chalker P.R. Wide bandgap semiconductor material for high temperature electronics // Thin Solids Films, 1999.-Vol. 343-344.-P.616-622.

7. Физика и химия соединений А2В6: Пер. с анг.// Под ред. С.А. Медведева. М.: Мир, 1970.-624с.

8. Крёмер Г. Квазиэлектрическое поле и разрывы зон. Обучение электронов новым фокусам (нобелевская лекция). // Успехи физических наук, 2002. Т. 172.- № 9. -С.1087-1101.

9. Мухин К.Н., Суставов А.Ф., Тихонов В.Н. К 100-летию Нобелевских премий. // Успехи физических наук, 2003. Т. 173.- № 5. - С. 511-569.

10. Милне А., Фойхт Д. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник: Пер. с анг.// Под ред. В.С.Вавилова. М.: Мир, 1975.- 432с.

11. Климов Б.Н., Цукерман Н.М. Гетеропереходы в полупроводниках. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1976. - 180с.

12. Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы: Пер. с анг.// Под ред. Ю.В.Гуляева. М.: Советское Радио, 1979. 227с.

13. Симашкевич А.В. Гетеропереходы на основе полупроводниковых соединений AUBVI: Кишинев: Штиинца, 1980. 155с.

14. Anderson R.L. Experiment on heterojunctions Ge-GaAs. // Solid-State Electron., 1962.-Vol. 5.- P. 341-350.

15. Монокристаллические пленки. // M.: Мир, 1965.- С. 172-185

16. Holt D.B. Edge dislocation in semiconductors // J. Phis. Chem. Solids, 1966.-Vol. 27.- P. 1053-1073

17. Oldham W.G., Milnes A.G. Interface states in abrupt semiconductor heterojunctions // Solid-State Electron., 1964.- Vol. 7.- P. 153-165.

18. Scheer J.J., Laar J. van. Photoelectric emission surface of semiconductor// Phys. Lett., 1963.- Vol. 3.- P. 246-252.

19. Spizer W.G., Mead C.A. Barrier High Studies metal-semiconductor systems // J.Appl. Phys., 1963.- Vol. 34.- № 10.- P. 3061-3069.

20. Ruyven L.J.van. Position Fermi level in heterojunctions // Phys. Status Solidi, 1964.-Vol. 5.- P. K109-111.

21. Oldham W.G., Milnes A.G. Semiconductors n-n-heterojunctions // Solid-State Electron., 1963.-Vol. 6.-P. 131-136.

22. Ruyven L.J. van, Williams F.E. Electrical Transport in Graded-Band-Gap semiconductors //Amer. J. Phys., 1967.-Vol. 35. P. 705-709.

23. Perlman S.S., Feucht D.L. P-n-heterojunctions // Solid-State Electron., 1964.-Vol. 7.- P. 911-919.

24. Dolega V. Theorie des pn-Kotakts zwichen Halbleitern mit verschiedenen Kristallgittern // Zs. fur Naturforschung, 1963.-Vol. 18a.-№ 5. P. 653-666.

25. Rediker R.H., Stopek S. Ward J.H.R. Epitaxial heterojunctions receive fuse into interfase// Solid-State Electron., 1964.-Vol. 7.-P. 621-627.

26. Riben A.R, Feucht D.L. Electrical transport in nGe-pGaAs heterojunctions// In-ternat. J. Electronics., 1966.- Vol. 20.-N. 6. P. 583-598.

27. Donnely J.P., Milnes A.G., Milnes Ph.D., Eng C. Current / voltage characteristics p-n-Ge-Si and Ge-GaAs heterojunctions // Proc. IEE (London), 1966.- Vol.113.- P. 14681776.

28. Kumar R.C. Electrical transport in isotip heterojunctions // Internat. J. Electron., 1968.- Vol. 25. P.239-244.

29. Opdorp C. van,.Kanerva H.K.J. Current voltage characteristics and capacitance of isotip heterojunctions .// Solid-State Electron., 1967.- Vol. 10.- P. 401-418.

30. Sieger K. G., Milnes A. G. The growth and electrical characteristics of epitaxial layers of zinc sulfide and zinc selenide on p-type gallium phosphide// Intern. J. Electronics, 1972.- Vol. 32.-№ 5.-P. 565-581.

31. Yim M.M., Stofko E J. Vapor-phase epitaxial growth and same properties of ZnSe, ZnS and CdS // J. Electrochem. Soc., 1972.- Vol. 119.-№ 3. -P. 381-388.

32. Н.Ф. Мотт, P.B. Герни. Электронные процессы в ионных кристаллах. Пер. с англ / Под ред. Болтакса. М.: ИЛ., 1950,- 304 с.

33. Lampert М.А. Simplifield Theory Spase-Change-Limited Current In an insulator with Traps // Phys. Rev., 1956.-Vol. 103. P.1648-1656.

34. Mark P. Helfrich W. Spase-change-limited current in organic crystals// J. Appl. Phys., 1962.- Vol. 33. № 1. P. 205-215.

35. Ruppel W. Electron injection and extraction in CdS crystals // J. Phys. Chem. Solids, 1961.-Vol. 22. P. 199-206.

36. Рябинкин Ю.С. Влияние напряженности электрического поля на ток, ограниченный пространственным зарядом в диэлектриках и полупроводниках. //ФТТД964.- Т. 6.- № 10.- С. 2989-2997.

37. Френкель Я.И. Собрание избранных трудов, 1958 М.-Л.:-Т.П. 458 с.

38. Dussel G.A., Bube R.H. Electric field effect in trapping processes // J. Appl. Phys.,1966.- Vol. 37. № 7.- P. 2797-2804.

39. Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман А.Ю. Глубокие примесные уровни в широкозонных полупроводниках. Ташкент, «Фан», 1971.-261 с.

40. Гаряинов С.А., Абергауз И.Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением, M.-JL: «Энергия», 1966. 240 с.

41. Стафеев В.И. Модуляция длины диффузионного смещения как новый принцип действия полупроводниковых приборов. // ФТТ, 1959.- Т. 1.-№ 6.- С. 841-847.

42. Lampert М.А. Double Injection in Insulotors // Phys. Rev., 1962. Vol. 125. -№ 1,P. 126-141.

43. Lampert M.A., Rose A., Volume-Controlled, Two-Carrier Currents in Solids. The Injected Plasma Case// Phys. Rev., 1961.- Vol. 121.- № 1.- P. 26-37.

44. Сандомирский В.Б., Суханов A.A., Ждан А.Г. Феноменологическая теория концентрационной неустойчивости в полупроводниках// ЖЭТФД970.- Т. 58.- № 5.-С. 1683-1694.

45. Волков А.Ф., Коган Ш.М. Физические явления в полупроводниках с отрца-тельной дифференциальной проводимостью// УФН, 1968.- Т. 96.- № 4.- С. 633-672.

46. Вул Б.М. О пробое переходных слоев в полупроводниках // ЖТФ, 1956.-Т.26.-№ 11.-С. 2403-2416.

47. Вул Б.М. К методологии изучения электрической прочности// ЖТФ, 1932.Т. 2.-№ 1.-С.1-8.

48. Чуенков. В.А. Современное состояние теории электрического пробоя твердых диэлектриков// УФН, 1954.- Т. LIV.- № 2.- С. 185-230.

49. Sah С.Т., Noyce R.N., Shockly W. Gentration and recombination of electrons in p-n-junction and characteristics of p-n-junction // roc. IRE, 1957.- Vol. 45.- P. 1228-1236.

50. Писаренко H.JI. Поведение полупроводников в сильных электрических полях // Изв. АН СССР,1938.- № 1-2.- С. 631-640.

51. Рибане К-С.К., Люминесценция III. Тарту, Изд. Тартуского ун-та, 1969.255с.

52. Mtinch W. On the Physics of Avalanche Breakdown in Semiconductors // Phys. Status Solidi, 1969.- Vol. 36.- №. 1.- P. 9-48.

53. Mahadevan S., Hardas S.M., Suryan G. Electrical Breakdown in Semiconductors// Phys. St. Sol., 1971.-Vol. 8.- №. 2.- P. 335-374.

54. Cingolani A. Negative resistance in ZnS crystals// J. Appl. Phys., 1969.- Vol. 40.-№2.-P. 911-912.

55. Takahashi K., Moriizumi Т., Nagashima Y. Memory Effect of GaAs Thin-Film Diode // J. Appl. Phys., 1971.-Vol. 42.- № 7.- P.3009-3011.

56. Okushi H., Saito M., Kikuchi M., Matsuda A.Observation of «on» and «of» States of the polarized (letter 8) memory effects in CdS and CdSe thin films // Solid State Commun.,1971.- Vol. 9.- P. 991-994.

57. Гольдман А.Г., Жолкевич Г.А., Лазарь И.П. Отрицательное сопротив-ление и стимулированное состояние в электролюминесцирующих цинк-сульфидных пленках при 77К //ДАН СССР,1966.- Т. 171.- № 3.- С. 555-558.

58. Гольдман А.Г., Королько Б.Н., Степененко Э.С. Стимуляция проводимости («переключение» и «память») у цинк-сульфидных порошковых полупроводников// ДАН СССР, 1970.- Т. 192.- № 5.- С.1019-1021.

59. Абдуллаев Г.Б., Аллахвердиев К.Р., Антонов В.Г., Нани Р.Х., Салаев Э.Ю. Эффект переключения памяти на контакте кристалла CdIn2S4 с металлом// ДАН СССР, 1971.- Т. 199.- № 2.- С. 313-316.

60. Ota Т., Moriizumi Т., Takahashi К. Switching and memory characteristics of ZnTe thin films// Solid-State Electronics, 1972.- Vol.15.- № 6.- P. 725-727.

61. Calow J.L., Owen S.J.T., Webb F.W. The growth and electrical characteristics of epitaxial layers of zinc selenide on p-type germanium. // Phys. Status Solidi, 1968.- Vol. 28.-№ 1.- P. 295-303.

62. Hovel H.J., Milnes A.G. The epitaxial of ZnSe on Ge, GaAs and ZnSe by an HC1 close-space transport process// J. Electrochem. Soc.,1969.- Vol. 116.- № 6.- P. 843-847.

63. Hovel H.J. Switching and memory in ZnSe-Ge heterojunctions// Appl. Phys. Lett., 1970.-Vol. 17.- P. 141-145.

64. Hovel H.J., Urgel J.J. Switching and memory characteristics of ZnSe-Ge heterojunctions// J. Appl. Phys., 1971.-Vol. 42.- № 12.- P. 5076-5083.

65. Livingstone A.W., Allen J.W. ZnSe electroluminescent device exhibiting switching and memory// Appl. Phys. Lett., 1972.- Vol.20.- P. 207-216.

66. Атакова М.М., Рамазанов П.Е., Отрицательное сопротивление гетероперехода n-ZnS-p-GaAs// Изв. Вузов, Физика, 1973.- № 9.- С. 134-134.

67. Ziel A van der, Mode for the SbSJ-Sn02 Heterostructurture //Jap. J. Appl. Phys., 1971.-Vol. 10.- P. 1648-1655.

68. Петручук И.И., Сурин Ю.В. Эффект памяти в системе металл-нитрид крем-ния-арсенид галлия// Сб. «Электронная техника», cep.IV, Микроэлектроника, 1971.-№.3(29).-С. 88-91.

69. Федотов Я.А., Супалов В.А., Мануйлова Т.П., Ванюков А.В., Кондауров Н.М. Отрицательное сопротивление гетеропереходов pZnTe-nCdSe, pZnTe-nCdS, pZnTe-nCdSxSei.x //ФТП, 1971.- Т. 5.- № 9.- С.1754-1760.

70. Okushi Н., Matsuda A., Saito М., Kikuchi К., Hirai Y. Polarized (letter '8') memory effects in heterosystems and non heterosystems// Solid State Commun., 1972.-Vol.ll.- № 1.- P.283-286.

71. Esaki. L., Chang L.L. New phenomenon in semiconductor junctions-GaAs duplex diodes // Phys. Rev. Lett., 1970.- Vol. 25.- № 10.- P. 653-656.

72. Moser A. Bistable Switching in Metal-Semicoductors Junctions // Appl. Phys .Lett, 1972.-Vol. 20.- P. 244-249.

73. Kikuchi K., Saito M., Okushi H., Matsuda A. Polarized (letter 8) memory in CdSe Point Contact diodes // Solid State Commun., 1971.-Vol. 9.- P. 705-707.

74. Новое в технике полупроводникового производства / Воронеж, Изд-во Воронежского университета, 1971, 270 с.

75. Маделунг О., Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп/ М.:Мир, 1967.- 477 с.

76. Горюнова Н.А., Сложные алмазоподобные полупроводники/ М.: Советское радио, 1968.- 267 с.

77. Зи С.М., Физика полупроводниковых приборов/ М.: Энергия, 1973.- 450 с.

78. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров / М.: Высшая школа, 1971.- 336 с.

79. Бьюб Р. Фотопроводимость твердых тел/ М.: ИЛ., 1962.- 558 с.

80. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов/ М.: Мир, 1969.- 351 с.

81. Гавриленко В .И., Грехов A.M., Корбутяк Д.В., Литовченко В.Г. Оптические свойства полупроводников / Киев, Наукова Думка, 1987.- С. 253 259.

82. Абрикосов Н.Х., Банкина В.Ф., Порецкая Л.В., Скуднова Е.В., Шелимава Л.М. Полупроводниковые соединения, их получение и свойства/ М.: Наука, 1967.251 с.

83. Кур носов А.И. Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. / М.: Высшая школа, 1980, 327 с.

84. Yim W.M. Solid Solutions in the pseudobinary (III-V) -(II-VI) Systems and Their Optical Energy Gaps// J. Appl. Phys. 1969. -Vol. 40.- № 6.- P. 2617-2623.

85. Yim W.M., Dismukes J.P., and Kressel H. Vapor Growth of (II-VI) Quaternary Alloys and Their Properties// RCA Review. 1970.- Vol. 31. № 4. -P. 662-679.

86. Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия, эпитаксия: Пер с англ. /Под ред. Бургера Р., Донована Р. М.: Мир, 1969.- 451 с.

87. Swank R.K. Surface Propertes of II-VI compounds // Phys. Rev., 1967. Vol.153. . p. 844-849.

88. Reeber. R.R., Powell G.W. Thermal Expansion of ZnS from 2° to 317°K //J. Appl. Phys., 1967. Vol. 38.- №. 4.- P. 1531-1534.

89. Палатник Л.С., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки. М.: Наука, 1971.480 с.

90. Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и субструктура конденсированных пленок. М.: Наука, 1972.- 320 с.

91. Франкомб М.Х., Джонсон Дж. Е. Физика тонких пленок. М.: Мир, 1972.344 с.

92. Jain V.K., Sharma S.K. On the Preparation of Epitaxial films of II-VI compounds // Solid-State Electron., 1970. Vol.13.- P. 1145-1152.

93. Калинкин И.П., Алесковский В.Б., Симашкевич A.B. Эпитаксиальные пленки соединений А2В6. Л.: Изд. ЛГУ, 1978.- 312 с.

94. Jones P.L., Litting C.N.W., Mason D.E., Williams V.A. The epitaxal growth of zink sulfide on selicon by vacuum evaporation // Brit. J. Appl. Phys., 1968.- Vol. 1.- ser. 2.-№ 3.- P. 283-290.

95. Woodcock J.M., Holt D.B. Epitaxial growth of films ZnS evaporated in to NaCl //Brit. J. Appl. Phys., 1969.- Vol. 2.- ser. 2.- P. 775-783.

96. Материалы для оптоэлектроники. Пер. с англ. / Под ред. Гиваргизова Е.И., Горина С.Н. М.: Мир, 1976,- 405 с.

97. Атакова М.М., Рамазанов П.Е. Получение эпитаксиальных пленок ZnS на GaAs в открытой системе в потоке водорода// Изв. вузов. Физика, 1971. № 11.-С. 152-155.

98. Bertoti I., Farkas-Jahnke M.,.Lendvay Е, Nemeth F. Heteroepitaxial growth of films ZnS on GaP //J. Mater. Sci., 1969. Vol. 4.- P. 699-675.

99. Физика тонких пленок. Пер с англ. / Под ред. Сандомирского, М.: Мир,1968.- С. 199-204.

100. Травление полупроводников. Пер. с англ./ Под ред. Горина С.Н. М.: Мир,1965.-382 с.

101. Пшеничное Ю.П. Выявление тонкой структуры кристаллов.// Справочник. М.: Металлургия, 1974. 528 с.

102. Пирсон У. Кристаллохимия и физика металлов и сплавов. Пер. с англ./ Под ред. Горина С.Н. М.: Мир.- Т.1.- 1977,- 419 с.

103. Синтез и рост совершенных кристаллов и пленок полупроводников / Новосибирск.: Наука», 1981.- С.33-38.

104. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. Пер. с анг./ Под ред Чернова А.А, Лобачева А.Н. М.: Мир, 1974.- 540 с.

105. Букер Г.Р., Стиклер Р., Дефекты в кристаллах полупроводников / М.: Мир,1969.- С.181-206.

106. Атакова М.М., Рамазанов П.Е., Сальман Е.Г. Локальные уровни в пленках сульфида цинка // Известия вузов. Физика. 1973.- № 10.- С. 95-97.

107. Ильичев Э.А., Олейник С.П., Матынина Л.И., Варламов И.В., Липшиц Т.Л., Инкин В.Н. Гетеропереход n-GaAs-ZnS в МДП приборах. I. Электрические свойства гетероперехода. // ФТП, 1990. Т.24. - № 5.- С. 788-794.

108. Bube R.H. Photoelectronic analysis of high resistivity crystals: (a) GaAs, (b) Sb2S3 // J. Appl. Phys., I960.- Vol. 31.- № 2.- P. 315-322.

109. Вертопрахов B.H., Сальман Е.Г. Термостимулированные токи в неорганических веществах/ Новосибирск.: Наука, 1979. 333 с.

110. Haoring R.R., Adams E.N., Theory and Application of Thermally Stimulated Currents in Photoconductors // Phys. Rev., 1960. Vol. 117.- № 2.- P. 451-454.

111. Гурвич A.M., Ильина M.A., Катомина P.B., Никифорова А.П. Активация сульфидов цинка и кадмия галогенами и элементами III группы // Изв. АН СССР,1966.- сер. физическая, Т. 30.- № 4.- С. 649-653.

112. Prenar J.S., Williams F.E. Self-Activation and Self-Coactivation in Zinc Zulfide Phosphors // J. Chem. Phys., 1956.- Vol. 25.- P. 361-366.

113. Aven M., Mead C. Electrical Transport and Contact Properties of Low Resistivity n-Type Zinc Sulfide Crystals // Appl. Phys. Lett., 1965.- Vol. 7,- P.8-10.

114. Marchal G. Determination des Parametres de Piegeage du Sulfure de Zinc en couches minces// J. de Phys., 1970.- Vol. 31.- № 7.- P. 681-689.

115. Alffey G.F., Cooke I. Electrical contact to ZnS crystals // Proc. Phys. Soc. London, Sect., 1957. Vol. B70, - P.1096-1101.

116. Слободчиков C.B., Салихов X.M., Руссу E.B. Об электрических и фотоэлектрических характеристиках изотипной гетероструктуры n-ZnO-n-Si. // ФТП, 1999.- Т. 33.- № 4.- С.435-437.

117. Казарииов Р.Ф. О предельном снижении пороговой плотности тока инжек-ционных лазеров с двойной гетероструктурой//ФТП, 1973.- Т. 7.- №4.- С. 763774.

118. Рыбкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках /М.: Физ-матгиз, 1963.- 494 с.

119. Дэвидсон С., Левин Дж. Поверхностные (таммовские) состояния /М.: Мир, 1973.- 152 с.

120. Miller A., Abrahams Е. Impurity Conduction at Low Concentrations // Phys. Rev., I960.- Vol. 120.- № 3.- P. 745-759.

121. Келдыш Jl.B. Кинетическая теория ударной ионизации в полупроводниуах // ЖЭТФ, 1959.- Т. 37.- вып. 3(9).- С. 713-727.

122. Георгебиани А.Н. Электролюминесценция кристаллов //Труды ФИАН, 1965.- Т. 23.- С. 3-51.

123. Лотоцкий Б.Ю., Чиркин К. Отрицательное дифференциальное сопротивление, обусловленное микронагревом // ФТТ, 1966.- Т. 8.- № 6.- С. 1967-1970.