Azərbaycan respublikasi təHSİl naziRLİYİ sumqayit döVLƏt universiteti Əlyazması hüququnda

M,m

V

S, p



n

 (m-n)

qФm₀

C


Şək. 1. Məxsusi işıqla induksiyalanmış aşqar fotokeçiricilik
(MİİAK) xassəli yarımkeçiricinin modeli

İşığın təsiri altında M-səviyyələrində tutulmuş əsas yük daşıyıcıları müvafiq zonaya atılır və MİİAK yaradırlar. Bu yük daşıyıcıları daha sonra ya rekombinasiya edə, ya da yenidən m-səviyyələrinə qayıda bilərlər. Əgər M-səviyyələri qabaqcadan əsas yük daşıyıcıları ilə dolmamışdısa, onda aydındır ki, nə aşqar işığın udulması, nə də aşqar fotokeçiricilik müşahidə olunmamalıdır. Əgər M-səviyyələri qabaqcadan doldurulmuşdursa, və ya aşqar işığın təsiri ilə eyni zamanda doldurulursa, onda aşqar fotokeçiricilik müşahidə olunmalıdır.

Bu model MİİAK -ın kinetikasını aşağıdakı kimi izah edir. Nümunənin məxsusi işıqla nümunənin qabaqcadan işıqlandırması zamanı nə qədər əsas yük daşıyıcısı M-səviyyələrinə həyəcan­landırılmışdırsa, o qədər də qeyri-əsas yük daşıyıcısı S-mərkəzlərində lokallaşmış olur. Aşqar işıq qoşulduqda müvafiq zonaya keçirilmiş əsas yük daşıyıcılar daha böyük ehtimalla qeyri-əsas yük daşıyıcılarla rekombinasiya edəcəklər, nəinki təkrarən M-səviyyələrə yapışacaqlar, daha sonra M-səviyyələrində yük daşıyıcıların azalması səbəbindən fotocərəyanın azalması müşahidə olunacaq.

Göstərilmişdir ki, M-səviyyələrinin konsentrasiyasını m, aşqar işığın intensivliyini - Ф, dolmuş yapışma mərkəzi tərəfindən fotonun tutmasının kəsiyini - q, M səviyyələri tərəfindən müvafiq zonadan əsas yük daşıyıcıların tutulma əmsalını - , aşqar işıqlandırılma olmadıqda kvazi-stasionar həyəcanlanmış halda M-səviyyələrinin dolmasını m₀-la işarələdikdə, stasionar halda əsas yük daşıyıcıların (n-yarımkeçiricidə elektronların) müvafiq zonada (keçiricilik zonasında) konsentrasiyası

(1.1)

burada

(1.2)

MİİAK-ın böyümə (qalxma) vaxtıdır. Bu halda fərz edilirdi ki, aşqar işıqla işıqlandırmaya qədər müvafiq zonada əsas yük daşıyıcıların konsentrasiyası kiçik çox kiçikdir və istiliyin təsiri ilə lokal səviyyələrdən zonaya atılmaları (keçidləri) nəzərə almamaq olar.

(1.l) düsturundan görünür ki, n(Ф) asılılığı qeyri-xətti xarakterə malikdir. Bu nəticə I_f (Ф) asılılığı üzrə təcrübi nəticələrlə yaxşı uzlaşır. Aşqar işığın qoşulması zamanı n-in artması və işığın söndürülməsi zamanı n-in azalması üçün düsturlar çıxarılmışdır.

Yük daşıyıcıların zonaya generasiyasının intensivliyi sabit olmayıb, baxılan zaman anında səviyyələrin dolmasından asılıdır və bununla əlaqədar olaraq _п yalnız rekombinasiya xarakterli proseslərlə yox, həm də həyəcanlanma prosesinin kinetikası ilə müəyyən edilir.

MİİAK-ın digər analoqu yarımkeçiricilərində elektrik inyeksiya ilə induksiya olunmuş aşqar fotokeçiricilikdir (İİAK) [20]. Bu hadisə şək. 1-də göstərilən model əsasında yaxşı izah olunur.

Onun MİAK-dan əsas fərqi ondan ibarətdir ki, ilkin halda boş olan yapışma səviyyələri cərəyan kontaktları vasitəsilə yük daşıyıcıların inyeksiyası nəticəsində dolurlar. Bu zaman yarımkeçiricidə əlavə yük daşıyıcılar yaradan xarici amil intensivliyi müəyyən kritik qiymətdən böyük olan elektrik sahəsi olduğundan, aşqar işığın sonrakı təsiri sayəsində aşkar olunan fotokeçiriciliyi injeksiya ilə induksiya olunmuş aşqar fotokeçiricilik (İİAK) adlandırırlar.

Yüksəkomlu GaSe monokristalları qadağan olunmuş zonasında nəzarət edilməyən olduqca müxtəlif aşqar səviyyələrinə malik yaxşı fotokeçirici olduğundan və onlarda həcmi yüklərlə məhdudlanan cərəyanlar [21-23] müşahidə olunduğundan, aşqar səviyyələr haqqında əlavə məlumatlar toplamaq üçün bu materialda MİİAK-ı tədqiq etmək maraqlı olardı. Bundan başqa, qallium selenid monokristalları spesifik laylı quruluşa [24] malikdir və bu, onlarda fotoelektrik xassələrinin anomaliyasına səbəb olur. Təbii ki, bu, həmin materialda MİİAK-ın xarakteristikalarında da özünü büruzə verə bilər.
1.2. Yarımkeçiricilərdə elektrik dayanıqsızlıqları
və cərəyanın aşağı tezlikli rəqsləri
Yarımkeçiricilərdə çox vaxt elektrik dayanıqsızlıqları və onlarla müşayiət olunan cərəyanın rəqsləri aşkar olunur ki, onlar birbaşa yük daşıyıcıların elektrik sahəsinin təsiri ilə qızması nəticəsində vadilərin arasındakı keçidləri, yük daşıyıcıların aşqar səviyyələrlə müvafiq icazə verilən zonaların arasında yenidən paylanması, tarazlıqda olmayan yük daşıyıcıları üçün rekombinasiya kanalının dəyişməsi, rekombinasiya dalğalarının yaranması və s. ilə bağlıdır. Bu hadisələrin tədqiqi həm elmi, həm də praktiki baxımdan diqqəti cəlb edir.

İndiyə kimi bərk cisimlərdə aşkar edilmiş elektrik dayanıqsızlıqlarının arasında induksiyalanmış aşqar deşilmə (İAD) [3,24[ və temperatur-elektrik dayanıqsızlığı (TED) [25,26] maraq kəsb edir. İnduksiyalanmış aşqar deşilmə və onunla şərtlənən cərəyanın rəqsləri bir sıra işlərdə (məsələn, [23,24]) aşkar olunmuş və tədqiq edilmişdir. Bu hadisənin mahiyyəti aşağıdakından ibarətdir.

Məlumdur ki, qadağan olunmuş zonada dayaz aşqar səviyyələri olan yarımkeçiricilərdə kifayət qədər aşağı temperaturlarda (o halda ki, bu səviyyələr hələ boşalmayıb) intensivliyi müəyyən kritik qiymətdən böyük olan elektrik sahəsinin təsiri altında aşqar deşilmə müşahidə oluna bilər. Əgər bu səviyyələr əks tipli aşqarlarla kompensasiya edilərsə, təbii ki, aşqar deşilmə yarana bilməz, çünki bu halda dayaz səviyyələrdə yük daşıyıcıları yoxdur. Ancaq, bu səviyyələrin aşağı temperaturlarda nümunəyə məxsusi işığın təsiri hesabına tarazlıqda olmaya olmayan yük daşıyıcıları ilə dolması nəticəsində müəyyən dərəcədə ilkin vəziyyət bərpa olunur. Əgər nümunə eyni zamanda məxsusi işıqla işıqlandırılarsa və ona aşqar deşilmənin baş verməsi üçün kifayət edən xarici gərginlik tətbiq edilərsə, yenidən aşqar deşilmə müşahidə olunacaq. Tarazlıqda olan yük daşıyıcıları ilə bağlı deşilmədən fərqli olaraq bu növ aşqar deşilməni “induksiyalanmış aşqar deşilmə” adlandırırlar [23 , 24].

[23,24] işlərində müxtəlif üsullarla kompensasiya edilmiş Ge kristallarında Т = 4,2 К temperaturunda aparılmış tədqiqatların əsasında müəyyən edilmişdir ki, adi deşilmədən fərqli olaraq, məxsusi işıqla induksiyalanmış aşqar deşilmə özünəməxsus xüsusiyyətlərə malikdir – elektrik sahəsi qoşulduqda cərəyanın, zərbə ionlaşması və daha sonra keçiricilik zonasından elektronların akseptor səviyyələrində lokallaşmış rekombinasiyası ilə bağlı "alışması" müşahidə olunur.


t

Şək. 2. İnduksiyalanmış aşqar deşilmədə (İAD)

cərəyanın kinetikası

Cərəyanın müəyyən qiymətində cərəyan kəskin kəsilir, yəni deşilmə, əvvəlki sahənin mövcudluğuna baxmayaraq, kəsilir. Bu kəsilmə donor səviyyələrində və keçiricilik zonasında elektronların konsentrasiyasının kəskin şəkildə azalması ilə izah olunur, buna görə də deşilmənin saxlanılması qeyri-mümkün olur.

Əgər nümunəyə elektrik sahə tətbiq olunursa, daha sonra isə o işıqlandırılırsa, onda deşilmə yalnız işıqlandırma başlanandan sonra müəyyən müddət keçdikdən sonra, donor səviyyələrinin qeyri-taraz elektronlarla dolmasının lazımi səviyyəsi əldə ediləndən sonra baş verir. Deşilmədən sonra (bunun sayəsində nümunədən keçən cərəyan kəskin şəkildə artır) qeyri-taraz yük daşıyıcılarının rekombinasiyası başlanır və onların konsentrasiyası (eləcə də nümunədən keçən cərəyan) kəskin şəkildə azalır – deşilmə kəsilir (şək. 2).

Əgər işıqlandırma və xarici gərginlik fasiləsiz təsir edirsə, onda birinci "alışmadan" sonra tədricən dayaz səviyyələrin yeni deşilmənin yarandığı səviyyəyə qədər yenidən dolması baş verir, yeni deşilmə baş verir və deşilmə kəsilir - cərəyanın rəqsləri baş verir.

Rəqslərin tezliyi işığın və elektrik sahəsinin intensivliyinin qiyməti ilə müəyyən edilir, çünki işığın və elektrik sahəsinin intensivliyinin artması ilə sürətlə aşqar səviyyələri dolur və yük daşıyıcıların deşilmə üçün kifayət olan kritik konsentrasiyası azalır, rəqslərin tezliyi böyüyür.

Rəqslərin sabitliyinin və təkrarlanmasının səviyyəsi materialdan, kontaktların çəkilmə üsulundan, nümunələrin həndəsəsindən asılı olmuşdur. Tədqiq edilən nümunələrdə deşilmənin "yanma" gərginliyi, onun saxlanması üçün lazım olan gərginliyi üstələyirdi.

Bu halda alınmış nəticələr iki əks prosesin - məxsusi işığın yaratdığı əsas yük daşıyıcıların dayaz aşqar səviyyələrə tutulması və onların zərbə ionlaşması nəticəsində müvafiq zonaya geriyə atılması və orada qeyri-əsas yük daşıyıcılarla rekombinasiyasının - cəlb edilməsi əsasında qənaətbəxş izah olunurdu.

Yarımkeçiricilərdə elektrik dayanıqsızlıqları və cərəyanın rəqslərinin arasında xüsusi yeri bilavasitə işıqla stimullaşdırılan dayanıqsızlıqlar və rəqslər tutur. Bu hadisələrin tipik nümunəsi cərəyanın optik stimullaşdırılmış rəqsləri və temperatur-elektrik dayanıqsızlığıdır (TED) [25, 26, 31-37]. Cərəyanın optik stimullaşdırılmış aşağı tezlikli rəqslərinin ümumi mahiyyəti aşağıdakından ibarətdir.

Məxsusi fotokeçiriciliyin temperatur sönməsi (MFTS) xassəsinə malik olan yarımkeçirici nümunələrində, əhəmiyyətli Coul qızmasının hesabına MFTS baş verən gərginliklər oblastında məxsusi udulma oblastından işığın və xarici gərginliyin birgə təsiri zamanı nümunədən, ardıcıl birləşdirilmiş yük müqaviməti və qida mənbəyindən ibarət olan dövrədə cərəyanın aşağı tezlikli rəqsləri yaranır.

[25, 26, 31, 34] işlərində qaranlıq keçiriciliyinin temperatur asılılığı, MFTS, qaranlıq və işıq cərəyanının VAX, LAX və fotocərəyanın spektral asılılığı, aşkar olunmuş rəqslərin əsas parametrlərinin (amplitud, tezlik, sürəklik) işığın intensivliyindən və xarici gərginliyin və temperaturun cərəyanın rəqsləri baş verə nümunənin boyunca paylanması tədqiq edilmişdir.

Aparılmış tədqiqatların nəticəsində müəyyən edilmişdir ki, cərəyanın rəqsləri yalnız MFTS xassəsinə malik kristallarda yaranır. MFTS hadisəsinin özü lokal səviyyələrin yenidən yüklənməsi ilə şərtləndiyindən, müəlliflər müşahidə edilən dayanıqsızlığa səviyyələrin periodik olaraq yenidən yüklənməsi kimi baxırdılar. Bu fərziyyənin çərçivəsində bu halda özünü saxlayan prosesin yaranması şək. 4-də göstərilən və öyrənilən birləşmələrin nümunələrinin məlumatlarına tamamilə uyğun olan səviyyələr və elektron keçidləri sistemi əsasında izah olunurdu.

Şək. 4-də göstərilən üç lokal səviyyədən 1 səviyyəsi dərin rekombinasiya səviyyəsidir; 2 səviyyəsi həssaslaşdıran aşqarlara (və ya defektlərə) uyğundur; 3 səviyyəsi - əsas yük daşıyıcıları üçün dayaz yapışma səviyyələridir, n-tip yarımkeçiricilər üçün; 1 və 2 səviyyələri akseptor, 3 səviyyəsi isə donor səviyyələridir.

1 və 2 səviyyələrinə deşiklərin (_p) və elektronların (_n) tutulma əmsalları _p1 >_n1 ; _{p2 } _n2 bərabərsizliklərini ödəyirlər. Bundan başqa, 2 səviyyələrinin boşalmasının və TQF-ın izahı üçün fərz edilir ki, _{p2 } _р1;  _{n1 } _n2 . Elektronların (əsas yük daşıyıcıların) 3 səviyyələrinə tutulması müsbət yüklənmiş mərkəzlərlə, 1 səviyyələrinə isə neytral mərkəzlərlə şərtləndiyindən, bu səviyyələrin tutma əmsalları üçün _{n3 } _n1 olmalıdır. Fərz edilir ki, N₃N₁+N₂.

Zond metodu ilə nümunənin boyunca potensialın paylanması yoxlanmışdır. Müəyyən edilmişdir ki, rəqslər kritik qiymətdən yuxarı gərginliklərdə müşahidə olunur. Kritik qiymətdən (U_kr) əhəmiyyətli dərəcədə kiçik gərginliklərdə potensial nümunənin boyunca bircins paylanır. Gərginlik U_kr qiymətinə yaxınlaşdıqca bu bircinslilik pozulur və UU_kr olduqda sahənin zamana görə rəqs edən güclü qeyri-bircins paylanması meydana çıxır.