Termik buxarlanma üsulu iLƏ alinmiş GaSe nazik təBƏQƏSİNİn elektrik xassəLƏRİ

TERMİK BUXARLANMA ÜSULU İLƏ ALINMIŞ GaSe NAZİK TƏBƏQƏSİNİN ELEKTRİK XASSƏLƏRİ
Açar sözlər:yarımkeçiricilər, elektrofiziki, VAX, Fermi səviyyəsinin,
f.ü.f.d. Nurməmmədova Fəridə Nurməmməd, f.ü.f.d.
AMEA Radiasiya Problemləri İnstitutu
Hazırda günəş energetikasının yarımkeçiricilər texnologiyası qarşısında qoyulan əsas məsələlərindən biri də fotoçeviricilərin effektivliyin artırılmasıdır və maya dəyərənin aşağı salınma üsullarının işlənilməsidir. Bu məsələnin həllinin mümkün yollarından biri, nazik təbəqələr əsasında qeyri-ideal heterostrukturlu fotoelektrik çeviricilərin yaradılmasıdır . Belə heterostrukturların istehsalında daha ucuz materiallardan istifadə olunur: monokristal silisium, polikristal və amorf yarımkeçirici nazik təbəqələr. Beləliklə, qeyri-ideal heterostruktur hazırlanma texnologiyasının optimallaşdırması problemi yaranır. Bu məsələni həll etmək üçün nazik təbəqələrin və onlar əsasında hazırlanan heterostrukturların struktur, optik və elektrofiziki xüsusiyyətlərini hərtərəfli öyrənmək lazımdır.
Bu məqsədlə kiçikölçülü elektron sistemlərində praktiki əhəmiyyət kəsb edən A³B⁶ tip birləşmələrin ən prespektivli nümayəndələrindən biri olan nazik təbəqəli GaSe kristalının alınması və elektrofiziki xassələrinin öyrənilməsi elmi və praktiki cəhətdən əhəmiyyət kəsb edir.Təqdim olunnan işdə termik buxarlanma üsulu ilə alınmış GaSe nazik təbəqəsinin elektrik keçiriciliyinin mexanizmi verilmişdir.
Ga-Se ərintisi almaq üçün təmizlik dərəcəsi yüksək olan selen və qalliumdan istifadə etməklə homogen GaSe bərk məhlulu sintez edilmişdir. Alınmış p-GaSe bərk məhlul termik buxarlanma üsulu ilə, seçilmiş optimal rejimdə və müxtəlif temperaturlarda qızdırılmış sitall lövhə üzərinə çökdürülmüşdür [1]. Alınmış nazik təbəqələrin qalinlığı 2- 5 mkm olmuşdur. Gümüş kontakt ilə kristalın yaratdığı kontaktın Volt-Amper xarakteristukası (VAX) müxtəlif temperaturlarda tədqiq olunaraq kontaktın omik xarakterli olduğu müəyyən edilmişdir. . Nazik təbəqələrin üst səthlərinə vakuumda termik buxarlandırma üsulu ilə arasındakı məsafə 2-3 mm olan gümüş kontaktlar çəkilmişdir.Hazırlanmış nümunələrin xüsusi müqavimətləri 10³-10⁵ Om·sm intervalında dəyişmişdir. Nümunələrdə yükdaşıyıcıların tipi, konsentrasiyası və yürüklüyü Holl cərəyanı üsulu ilə təyin edilmişdir. Müəyyən edilmişdir ki, nümunələrdə əsas yükdaşıyıcılar olan deşiklərin yürüklüyü 15-20 sm²/V·s və konsentrasiyası 2·10¹³-8·10¹⁴ arasında olmuşdur.Nümunələrin volt-amper xarakteristikası və xüsusi elektrik keçiriciliyi qaranlıqa, sabit cərəyanda ölçülmüşdür [2].
Alınmış təbəqənin səth morfologiyası və rentgenostruktur analizləri aparılmışdır. Müəyyən edilmişdir ki, soyuq altlıq üzərində alınmış təbəqələr amorf quruluşa , 25-300⁰ C intervalında termik dəmlənmiş nümunlər polikristallik quruluşa malikdir. Lakin sitall üzərində alınmış amorf quruluşa malik olduğundan onun səthində müxtəlif formalı və dərinlikli potensial çüxürların olması səbəbindən belə səthə adsorbsiya olunan molekulların yürüklü olmasını və nəticədə müxtəlif ölçülü və formalı fazaların yaranmasına şərait yaranır. 250-300 ⁰C temperaturda təsirsiz qaz mühitində 3-5 saat müddətində termik dəmlənmiş nazik təbəqələrdə isə periodik payalanan çökük və hamar reyev müşahidə olunur.
Şəkil 1-də müxtəlif rejimlərdə alınmış GaSe- təbəqəsinin VAX- verilmişdir.Şəkildən 1-dən görünür ki, VAX-rı T=300 K-də hər 3 qrafiq iki hissədən – kvadratik və kəskin qalxma hissəsindən ibarətdir. 1-3 əyilərinin müqayisəsi göstərir ki, altlığın temperaturu artdıqca GaSe – nümunəsində lokal kristallaşma mərkəzi yaranır və nəticədə nüminədən keçən cərəyanın qiyməti həm kvadratik hissədə , həm də kəskin qalxma oblastında artır. 1-əyri- amorf hal nümunənin amorf halına uyğundur və sahə intensivliyinin artması ilə cərəyan eksponensial qanunla artır. 2 və 3 əyrilərilərinin xarakterindən görünür ki,altlığın müxtəlif temperaturlarda qızdırılması zamanı lokal kristallaşma mərkəzləri yarandığından cərəyanın qiyməti dəyişir və VAX- kiçik gərginlik oblastyına tərəf sürüşür. Müşahidə olunan omik hissədən tutma mərkəzlərinin konsentrasiyası və Fermi səviyyəsinin tarazlıq halından sürüşməsi, yürüklük və sərbəst yükdaşıyıcıların konsentrasiyası hesablanmışdır.
Şəkil 2-də 1-də müxtəlif rejimlərdə alınmış GaSe- təbəqəsinin xüsusi elektrikkeçiriciliyinin temperaturdan asılılığı verilmişdir.Şəkil 2-dən görünür ki, amorf təbəqədə (1-ci əyri) lnσ ~ f(1/T) asılılığı temperaturun artması ilə eksponensial qanunla artır və qafiqin düzxətli hissələrindən energetik səviyyənin aktivləşmə enerjisi hesablanmışdır və uyğun olaraq 0,22 eV ; 0,48 ev alınmışdir.T=100⁰ C temperaturunda dəmlənmiş GaSe təbəqəsində (2-ci əyri) keçiricilik azalır və alınmış asılılıq iki hissədən ibarətdir və energetik səviyyələrin hesablanmış aktivləşmə enerjisi 022 və 0,52 eV olmuşdur. T= 300⁰ C temperaturunda dəmlənmiş təbəqələrdə (3-əyri) isə, keçiricilik 1 və 2- əyrilərə nəzərən artmış və lnσ ~ f(1/T) asılılığının xarakteri saxlanılmışdır. Qrafiqdən energetik səviyyələrin aktivləşmə enerjisi hesablanmış və 0, 22 eV və 0,50 eV müəyyən edilmişdir.
Alınmış nəticələr əsasında müəyyən edilmişdir ki, temperaturun artması ilə sərbəst yükdaşıyıcıların konsentrasiyası 1∙10¹⁴ –dan 7∙10¹⁴ sm^-3 qədər artır. Bu isə, aşağı gərginliklərdə kontakdan injeksiya edən elektronların hesabına Fermi səviyyəsinin tarazlıq vəziyyətinə nəzərən cüzi sürüşməsi ilə baglı ola bilər. Nümunənin elektrik tutumunun U=0 giriş gərginliyində və tələlərin tam dolu hala keçid halında ölçülmüş qiyməti (C=5 ∙10^-10 Ф ; E7-20 – impetans ölçü cihazı ) əsasında tələlərin konsentrasiyası hesablanmış və N_t =CU_ttd /q∙v = 3,2∙ 10¹³ sm^-3 (v- mümunənin həcmidir) olmuşdur. Fermi səviyyəsinin tarazlıq halından sürüşməsi [3 ]- a uyğun olaraq hesablanmışdır və ∆E_t ≈0,02 eV olmuşdur. Bu isə, kiçik gərginliklərdə (omik oblastda) və aşağı temperaturlarda elektroddan injeksiya olunan yükdaşıyıcıların tələləri tam doldura bilmədiyini və keçiriciliyin dayaz səviyələrin termik ionlaşması hesabına baş verdiyini göstərir. [3 ] – işlərinə əsasən elektrik sahəsinin keçiriciliyin mexanizminə təsirinin sərhəd şərtlərini müəyyən etmək məqsədi ilə həcmi yüklərin konsentrasiyasının sərbəst yüklərin konsentrasiyasına nisbətini xarakterizə edən diskriminasiya əmsalının qiyməti hesablanmışdır: [ 4,5 ]-işlərində göstərilən şərtə əsasən lokal səviyyənin sahə intensivliyinin təsiri ilə ionlaşması üçün potensial çəpərin hündürlüyü şərtinə tabe olmalıdır. Bu işləri nəzərə almaqla p-GaSe təbəqələrində sərbəst yükdaşıyıcıların qaçış yolunun uzunluğu (λ) və potensial çəpərdən keçirici zonanın dibinə qədər olan məsafə (r_m) aşağıdakı şərtlər daxilində hesablanmışdır: T=250 K, E_c= 50 V/sm, β= 2,7 10^-2 V^-1/2 sm^1/2 və alınmışdır- λ= 6∙10^-6 sm, r_m= 2,3 ∙10^-6 sm və ε= 15. λ>r_m şərtinin ödənilməsi göstərir ki, GaSe nazik təbəqələrində keçiriciliyin elektrik sahəsinin E > 100V/sm və 100-250 K temperatur intervalında artması aktivləşmə enerjisi 0,05 eV olan lokal səviyənin ionlaşması nəticəsində baş verir.
Beləliklə, p-GaSe nazik təbəqələrində cərəyanın keçmə mexanizminə elektrik sahəsinin və temperaturun təsiri araşdırılmış və uyğun nəzəri, o cümlədən təcrübi nəticələrlə [3-5] müqayisəli araşdırmaya əsasən aşağıdakılar müəyyən edilmişdir:

1. 
   p-GaSe nazik təbəqələrində volt-amper xarakteristikasının və elektrikkeçiriciliyinin elektrik sahəsinin 1-10⁴ V/sm və 100-300 K temperatur intervalında tədqiqi nəticəsində kristalın aşağıdakı parametrləri hesablanmışdır: sərbəst yükdaçıyıcıların konsentrasiyası n₀=7∙10¹⁶ sm^-3, tələlərin konsentrasiyası N_t=3,2∙10¹³ sm^-3, ∆E_t≈0,02 eV, sərbəst yükdaşıyıcıların qaçış yolunun uzunluğu λ= 6∙ 10^-6 sm, tələdən potensial çəpərə qədər olan məsafə r_m= 2,3 ∙10^-6 sm və ε= 15.
   
2. 
   Müəyyən edilmişdir ki, GaSe nazik təbəqələrində cərəyanın keçmə mexanizmi dəmlənmə temperaturundan asılı olaraq cərəyanın keçmə mexanizmi qismən dəyişir. Termik dəmlənmə zamanı defektlərin nizamlanması nəticəsində qırılmış Ga- Se rabitələrin bərpası hesabına yaranan kristallaşma mərkəzləri təbəqələrdə yükün daşınma mexanizmində əsas rol oynayır.
   

Ədəbiyyat

1. 
   А.И.Курносов,В.В.Юдин.Технология производства полупроводниковых приборов. Москва.Высшая школа.1992,с.40
   
2. 
   Л.Павлов. Методы измерения параметров полупроводниковых материалаов. Москва.Высшая школа.1987,с.240
   

3. 
   А.Н.Зюганов, С,В.Свечников, Электрон. моделирование. 12(1990), 6.
   
4. 
   Y.I.Frenkel., Phys.Rev., 54 (1938),657 .
   
5. 
   Б.Г.Тагиев,О.Б.Тагиев, Н.Н.Мусаева. ФТП, 29(1995), 1403.