Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [ 51 ] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

можным только в первой модели (тц возрастает скачком при & -= йб) и притом при условии близости р и йб ( I 8*6 -- р I кТ), Следует отметить, что для указанных пленок максимально и увеличение термо-ЭДС по сравнению с объемными образцами. Таким образом, эксперименты по измерению магнитосопротивления подтверждают пространственную анизотропию рассеяния в пленках и селективность по энергии этого рассеяния.

Новое подтверждение предложенной модели получено при исследовании влияния ИК-подсветки с длиной волны порядка 1 мкм на кинетические эффекты в пленках РЬТе и PbSe [231]. Кинетика фотопроводимости для двух пленок р - РЬТе представлена на рис. 3.18. Обращают на себя внимание медленные процессы нарастания и спада фотопроводимости, а также остаточная проводимость после выключения света. Изменения во времени других коэффициентов (й, а, (2)имеют тот же характер, что и изменения а. В то же время степень влияния света на разные эффекты неодинакова и зависит от уровня легирования. При р < 10® см" (Г = = 77 К) отношение удельных электропроводностей при освещении и без него Осв/сТтемн достигает величин 2-4, в то время как -йтемн/йсв <С 1Д5-г-1,20. При /? > 10 см"" относительные изменения а не превышают 20 %, а R остается неизменным в пределах погрешности измерений (порядка 2%). Наиболее чувствительны к подсветке в пленках с р 10 см~ коэффициенты anQ, Явления долговременной релаксации и остаточная фотопамять обычно наблюдается в высокоомных образцах: аморфных [232] или поликристаллических пленках, в частности PbSe [233], в сильно компенсированных материалах с резко выраженным потенциальным рельефом [234]. В подобных объектах наблюдается также су- щественная разница влияния света на а и й. Специфика пленок, обсуждаемых в настоящем разделе, в том, что они монокристаллические и низкоомные (а ~ 10 -т- 10 Ом"-см" при Т = 77 -т- 300 К). В них отсутствует заметная компенсация электрически активных примесей; по способу изготовления в них трудно ожидать крупномасштабных флюктуации состава. Что касается слоистых неоднородностей (см. разд. 1.5), то детальное обсуждение совокупности кинетических коэффициентов не обнаруживает их характерных проявлений.

Тем не менее особенности фотоэлектрических свойств этих пленок могут быть объяснены на основе представлений о потенциальном рельефе, подробно рассмотренных в обзоре 1234]. При наличии такого рельефа неравновесные электроны и дырки, возникающие при освещении, пространственно разделяются, что затрудняет их рекомбинацию. Скорость рекомбинации лимитируется необходимостью преодоления энергетического барьера, высота которого близка к максимальным флюктуациям электростатического потенциала (изгиба зон).

Скопление неравновесных дырок в области горбов потенциального рельефа и электронов в его впадинах сглаживает рельефу оказывая существенное влияние на проводимость неоднородных об-



разцов, кинетические эффекты в которых описываются в рамках теории протекания. При больших неравновесных концентрациях сильно понижаются как дрейфовый, так и рекомбинационный барьеры, что приводит к повышению проводимости и падению времени жизни на несколько порядков. Как показано в [234], кинетика спада фотоответа после выключения света описывается уравнением

Тмгн = \ din Aa/d In t - Tq + .

Именно такая или близкая к ней кинетика характерна для начального участка спада фотопроводимости и других кинетических эффектов в мелкоблочных монокристаллических пленках РЬТе и PbSe, изученных в [231]. При 77 К в интервале t = 10" -г-

10 с Тмгн ~ (То + t) где То ~ 10" Ю"! с и р 0,8 1. При больших временах наблюдения спад становится столь медленным, что оценить точно Тмгн затруднительно, однако приближенные оценки показывают, что время жизни здесь превышает 104-105 с.

Эффекты влияния подсветки на блочные пленки, и наличие долговременной релаксации естественно объяснить тем, что возбуждаемые светом носители заряда локализуются вблизи блочных границ, уменьшая их электрический заряд, высоту потенциальных барьеров и эффективность рассеяния на них. Существенно, что величины холловской подвижности, коэффициентов а hQ с увеличением интенсивности света или длительности засветки асимптотически приближаются к значениям, характерным для объемных монокристаллов с той же концентрацией носителей заряда.

Анализ величины Тмгн и ее температурной зависимости показывает, что рекомбинация связана с преодолением энергетического барьера величиной 0,1 эВ. Это означает, что максимальная высота барьеров на блочных границах на эту величину превышает энергию Ферми, которая в исследованных образцах находится в разрешенной зоне. В то же время рассмотрение особенностей подвижности, термо-ЭДС, магнитосопротивления привели к выводу, что высота барьера, ответственного за рассеяние носителей заряда, близка к энергии Ферми. Чтобы объяснить это противоречие, приходится предположить, что барьер неоднороден по высоте, т. е. имеет вид забора, а не стенки, как считалось ранее, при обсуждении кинетических коэффициентов.

Здесь следует вновь обратиться к причинам и механизмам возникновения барьеров на блочных границах, точнее, к природе связанных состояний в приграничной области, заполнение которых носителями заряжает границы и заставляет следовать высоту потенциального барьера за уровнем Ферми. Поскольку блочная граница - это система краевых дислокаций, в [229] было высказано предположение, что связанные состояния обусловлены наличием областей сжатия по одну сторону каждой дислокации и областей растяжения по другую. Независимо от знака деформационного потенциала вблизи каждой дислокации образуются потен-



циальные горб и яма (при этом горб для электрона является ямой для дырки, а яма"- горбом). В потенциальной яме возникают связанные состояния.

Оценки, сделанные с использованием параметров халькогенидов свинца (деформационные потенциалы, эффективные массы), показали, что радиусы локализации этих состояний весьма малы (порядка 0,5 нм), а энергии ионизации St могут достигать значений 0,1 эВ. Так как расстояния между дислокациями Ig на порядок и более превышают радиус локализации, при заполнении связанных электронами или дырками межблочная граница представляет собой систему заряженных нитей. При больших расстояниях от границы (больших, чем Ig) пространственная зависимость электростатического потенциала такая же, как в случае заряженной дтенки. В области межблочной границы потенциальный барьер имеет вид горного хребта (цепи) с чередуюш,имися вершинами (вблизи дислокаций) и перевалами (между дислокациями) (рис. 3.19). Форма барьера здесь усложняется влиянием деформаций. Если при частичном заполнении энергия связанных состояний близка к энергии Ферми (при Т = О К она совпадает с р), то край зоны в той же области пространства находится выше р на величину gj. Таким образом, понятно, почему рекомбинацион-ный барьер может оказаться равным 0,1 эВ. Что касается дрейфового барьера, т. е. барьера, ответственного за рассеяние, то его оценка более сложная. Если среднее расстояние между дислокациями значительно больше длины волны носителей заряда, то можно считать, что дрейфовый барьер определяется перевалами горной цепи. Если это расстояние сравнимо с длиной волны, то, по-видимому, следует рассматривать некий усредненный потенциал и вводить эффективный рассеивающий барьер, высота которого является промежуточной между вершинами и перевалами и зависит от формы хребта. Во всяком случае ясно, что рассеивающий барьер должен быть ниже рекомбинационного и оба они должны понижаться при освещении из-за уменьшения заряда межблочных границ.

Вывод о сложной структуре потенциального барьера и предположение об определяющей роли дислокаций в его возникновении позволяют объяснить данные о влиянии сорта легирующей примеси на рассеивающие свойства межблочных границ. В [235] были выполнены сравнительные исследования пленок PbSe, легированных иодом и индием. В обоих случаях размеры блоков, количество и ориентация дислокаций одинаковы, так же как ширина запрещенной зоны и эффективные массы. В тоже время эффект повышения термо-ЭДС в пленках по сравнению с объемными монокристаллами зависит от сорта легирующей примеси. Из рис. 3.20 видно, что различия свойств пленок PbSe <In> и объемных монокристаллов меньше, чем при легировании иодом, а при высоких концентрациях электронов (примеси In) эти различия практически отсутствуют. Более того, в этом случае приближаются к объемным величины холловской подвижности, анизотропиимагнитосопротив-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [ 51 ] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0009