Фотоактивность полупроводниковых контактных структур в инфракрасной области спектра

• Автор: Мармур, Илья Янкелевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 173 c. : ил

ГЛАВА I.ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

КОНТАКТНЫХ СТРУКТУРАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Фотоэффект на р-п переходах при поглощении света свободными носителями заряда

1.2. Фотоэмиссия из металла в полупроводник в диодах Шоттки

1.3. Внутреннее усиление фототока в полупроводниковых контактных структурах

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ИК ФОТОАКТИВНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОНТАКТНЫХ СТРУКТУР

2.1. Экспериментальные установки

2.2. Изготовление образцов контактных структур

2.3. Выводы
ГЛАВА 3. ФОТОЭДС НА 1-к ПЕРЕХОДАХ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ ПОГЛОЩЕНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ СВОБОДНЫМИ НОСИТЕЛЯМИ ЗАРЯДА

3.1. Фотоотклик I -'к переходов на излучение

СО2-лазера
3.2. Механизмы релаксации "горячих" фотовозбузден-ных дырок и температурные зависимости фотоэдс в германиевых р+-р переходах
3.3. Основные результаты
ГЛАВА 4. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА р-п ПЕРЕХОДОВ В Ж
ОБЛАСТИ СПЖТРА
4.1. Надбарьерная иняекция в лрямосмещенных германиевых р-п перехода^, обусловленная внутризонным поглощением света свободными носителями заряда
4.2. Влияние лазерного излучения 10,6 мкм на ток прямосмещенных р-п переходов на основе
ОгаЯз и

4.3. Внутреннее усиление сигнала фотостимулиро-ванной надбарьерной шшекции
4.4. Реакция обратносмещенного р-п перехода
на импульсы излучения 10,6 мкм
4.5. Электролюминесценция р -п переходов, обусловленная фотостимулироваянои иниеквдей
4.6. Применение стандартных полупроводниковых диодов в качестве быстродействущих детекторов Ж лазерного излучения
4.7. Основные результаты
ГЖВА 5. ФОТОАКТИВНОСТЬ СПЛАВНЫХ КОНТАКТОВ ОЛОВО-ГЕРМАНИЙ
В Ж ОБЛАСТИ СПЕКТРА
5.1. Состояние примесных атомов олова в германии. Свойства твердых растворов типа
Ge х Sn i-x и контактов олово-германий (обзор литературных данных)
5.2. Изготовление, электрические свойства и структура фотоактивных сплавных контактов олово-германий
5.3. Фотоэлектрические свойства сплавных контактов олово-германий
5.4. Анализ возможных механизмов фотоактивности сплавных контактов олово-германий
5.5. Возможности практического использования фотоэлектрических свойств контактов А1УВ1У
5.6. Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Изучение фотоэлектрических явлений в полупроводниковых контактных структурах в инфракрасной области спектра представляет не только научный, но и практический интерес в связи с широким применением таких структур в качестве фотоприемников. К ним относятся контакты металл-полупроводник с барьером Шоттки, 1-к ( п+~п ж р+~р ) переходы, р-п переходы, контакты между двумя различными полупроводниками - изотипные и анизотипные гетеропереходы. На характер фотоэлектрических процессов в подобных неоднородных структурах существенное влияние оказывают внутренние электрические поля, связанные с наличием потенциальных барьеров.
При поглощении света в полупроводниках, когда энергия фотона больше средней кинетической энергии носителей заряда, фотоэлектрические явления могут быть обусловлены как изменением концентрации электронов или дырок в зонах, так и передачей энергии и импульса фотона носителям тока. В первом случае, т.е. при собственном или примесном поглощении света, фотовозбужденный носитель может быстро, за время, значительно меньшее времени его жизни в зоне, отдать свои избыточные энергию и импульс решетке, приходя с ней в равновесие. В то же время концентрация носителей при освещении остается неравновесной. Движение и накопление таких избыточных носителей под действием внутренних полей и является причиной возникновения фотоэдс или фототока в полупроводниковых контактных структурах. Подобные явления хорошо известны и тщательно исследованы /1-3/.
Иная ситуация возникает при поглощении света на свободных носителях (внутризонном поглощении света), когда концентрация носителей тока в полупроводниках остается постоянной, а меняется их распределение по энергии и импульсу. Поскольку внутренние

и большой массе Шр тяжелых дырок (отношение времен ДО- и /г/г

релаксации пропорционально Ш/> )♦ Погрешность, связанная с неучетом кк -рассеяния вблизи нижней границы активной зоны, будет обсуждаться ниже*
Вблизи верхней границы активной зоны в области энергий $р+ЗкЛ ^ 6^ ксо неравновесная добавка й {<,(6) к функции распределения оценивалась в квазиупругом приближении* При этом упрощении учитывалось, что вся область энергий Е > Зкл дает при интересующих нас температурах лишь малый вклад в интеграл (3.3), причем для определения этого вклада достаточно оценить усредненную функцию распределения, которая фактически совпадает с усредненной функцией распределения, введенной в /28/.
Для нахождения неравновесной добавки к функции распределения в области энергий £-~$р+кл использовалось значение А/<,(£) » полученное для области £ >ЗкЛ
В конечном итоге выражение для неравновесной добавки к функции распределения в активной зоне записывается в виде
-1-1 ( а/.(£)~В(£) /-/.*(£-ЙЛ)] *Т +/) , (3.4)
где В(Е) - функция, плавно меняющаяся в указанной области энергий и зависящая от энергетической частоты столкновений, плотности состояний, числа фотопереходов в единице объема за единицу времени; р - равновесная фермиевская функция распределения.
Видно, что неравновесная добавка к функции распределения резко возрастает с уменьшением энергии вблизи нижней границы активной зоны. Это связано с уменьшением вероятности испускания оптического фонона ввиду занятости конечных состояний для этого процесса.
Полагая, что в р -области Тт определяется рассеянием