Диэлектрическая и токовая спектроскопия высокоомных полупроводников, перспективных для использования в оптоэлектронике

01.04.10 - Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2016

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Поляризационные и зарядовые процессы лежат в основе функционирования большинства приборов полупроводниковой опто- и радиоэлектроники, определяя их важнейшие эксплуатационные характеристики.

Вследствие влияния химического состава и микроструктуры функциональных материалов на их электрофизические свойства проблема оптимизации их параметров для прикладных целей связана с определением механизмов переноса носителей заряда. Поэтому исследование электрофизических свойств полупроводниковых структур с учетом их реальной морфологии является актуальной задачей.

Исследование релаксационных электронных процессов позволяет получить представление о механизмах зарядообразования и установления природы деградации полупроводниковых материалов и приборов на их основе под действием внешнего электрического поля. Одними из наиболее информативных методов изучения релаксации поляризации в полупроводниках и диэлектриках являются методы токовой и диэлектрической релаксации.

Для выявления энергетического спектра локальных состояний полупроводниковых материалов применяется анализ характера изменения токов поляризации и деполяризации – метод токовой спектроскопии. Исследование временных зависимостей токов релаксации дает возможность получить информацию о кинетике заполнения центров захвата, неоднородно расположенных по толщине полупроводника, а также о процессах захвата в приэлектродных областях.

Изучение диэлектрического отклика системы методом диэлектрической спектроскопии позволяет детально исследовать процессы переноса заряда в материале, которые связаны как с миграцией носителей заряда, так и с поляризационными эффектами, а также дает возможность определить механизмы электропроводности и условия их реализации. Он является наиболее удобным и чувствительным для изучения различных видов поляризации, определяющих физические свойства исследуемого образца, которые связаны с особенностями кристаллографического строения.

В настоящей работе методами диэлектрической и токовой спектроскопии были исследованы полупроводниковые структуры различной морфологии: поликристаллические слои ортоплюмбата свинца Pb₃O₄, монокристаллы силленита висмута Bi₁₂SiO₂: Ge и слои пористого кремния por-Si. Данные материалы объединяет наличие интересных для оптоэлектронной промышленности оптических и фотофизических свойств: ортоплюмбат свинца Pb₃O₄ характеризуется фотопроводимостью, фотодиэлектрическим эффектом и фотосегнетоэлектрическими свойствами, монокристаллы силленита висмута Bi₁₂SiO₂ отличает наличие фотохромного и фоторефрактивного эффекта, широкого края спектра оптического поглощения и существование фотоэлектрического эффекта, слои пористого кремния por-Si демонстрируют фотолюминесценцию в широком спектральном диапазоне, эффект сдвига спектра оптического отражения и интересный спектр оптического поглощения. Перечисленные оптические свойства делают данные материалы перспективными для создания фотоэлементов, оптических преобразователей, элементов солнечных батарей, электронных излучателей и т.д. Таким образом, разнообразие исследуемых в настоящей работе материалов позволяет продемонстрировать эффективность применения данных методов для получения информации о кинетике заполнения центров захвата, о диэлектрических свойствах и электротранспорте в полупроводниковых материалах с различным структурным строением.

Цель работы Установление закономерностей, механизмов и взаимосвязей релаксации электрических и диэлектрических свойств полупроводниковых материалов с применением методов токовой и диэлектрической спектроскопии.