Спосіб визначення параметрів переносу заряду в напівізолюючих матеріалах на основі cdte та його твердих розчинів

Реферат: Спосіб визначення параметрів переносу заряду в напівізолюючих матеріалах на основі CdTe та його твердих розчинів включає створення двох омічних контактів до напівпровідника відомої товщини (d) та визначення добутку рухливості вільних носіїв заряду () на час їх життя () - . Вимірюють вольт-амперну характеристику зразка (ВАХ), причому діапазон напруг вибирають 2 таким, щоб спостерігались дві ділянки ВАХ - лінійна (І~V) та квадратична (I~V ), та визначають  як результат ділення квадрата товщини кристала на напругу переходу Vo лінійної ділянки 2 ВАХ в квадратичну і розраховують  за формулою =d /Vo. UA 87411 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕНОСУ ЗАРЯДУ В НАПІВІЗОЛЮЮЧИХ МАТЕРІАЛАХ НА ОСНОВІ CdTe ТА ЙОГО ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ UA 87411 U UA 87411 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методики визначення ключового параметра напівізолюючого напівпровідникового матеріалу детекторної якості, а саме добутку рухливості вільних носіїв заряду на їх час життя (). Це характеристика напівпровідникового детектора, яка показує його здатність до реєстрації іонізуючого випромінювання, суттєво залежить від параметрів, які визначають процес переносу заряду - рухливості  та часу життя  носіїв заряду електронів (n) і дірок (р). Чим більше значення , тим кращі детектори можуть бути виготовлені з такого матеріалу. Відомо, що добуток  суттєво впливає на ефективність збирання нерівноважних носіїв заряду та розрізну здатність детекторів іонізуючого випромінювання, для виготовлення яких використовують монокристали таких напівпровідників як Ge, Si, CdTe, Cd 1-xZnxTe, HgJ2 та інші. Величина  використовується для кількісної оцінки процесу збору нерівноважного заряду. Визначення  ускладнюється тим, що для виготовлення детекторів потрібен 8 11 напівпровідниковий матеріал з питомим опором =10 -10 Ом×см і більше. Прямі виміри параметрів переносу заряду, що ґрунтуються на ефекті Холла, в напівпровідниках типу CdTe, Cd1-xZnxTe (Cd1-xMnxTe), які використовують для виготовлення детекторів іонізуючого випромінювання, досить непрості. Причина - великий питомий опір та відносно значні поверхневі струми, які вносять суттєві похибки. Це приводить до помилок, що співмірні за величиною з параметрами, які визначаються. Відомі способи визначення ґрунтуються на порівнянні експериментально отриманих спектрів з розрахованими -спектрами, отриманими методом математичного моделювання [1-3]. Але оскільки форма спектрів суттєво залежить від рівня шумів, наявності розсіюючих середовищ та інш., то отримані значення  можуть відрізнятись від інших експериментальних вимірів, причому досить помітно. Крім цього підбір параметрів, які узгоджуються з експериментом в такому методі, потребує тривалого часу як для вимірювань, так і розрахунків. Тобто, ці методи вимагають значних затрат часу, наявності радіоактивних джерел випромінювання, спеціального обладнання для вимірів -спектрів, що у випадку промислового використання значно ускладнює процес та збільшує вартість виготовлення детекторів. Найближчим аналогом є спосіб, описаний в роботі [4]. В ній автори для визначення величини  вимірюють залежність ефективності роботи детектора від прикладеної напруги і, використовуючи формулу Хехта, визначають . Це досить непроста методика, в якій потрібно залучати складне та вартісне обладнання, що застосовується для виміру -спектрів. В основу корисної моделі поставлено задачу запропонувати короткотривалий та простий спосіб визначення , апробований на монокристалах CdTe, Cd1-xZnxTe та Cd1-xMnxTe. Це дозволить швидко отримати необхідний результат, який потрібен для оцінки придатності монокристалів для виготовлення детекторів. Суть корисної моделі полягає в тому, що до монокристалів відомої товщини (d) виготовляють омічні контакти та вимірюють вольт-амперну характеристику (ВАХ). Діапазон зміни напруги при вимірюванні вибирають таким, щоби на ВАХ спостерігались дві характерні ділянки: омічна, де струм пропорційний прикладеній напрузі (I~V), та квадратична, де струм 2 пропорційний квадрату прикладеної напруги (I~V ). Тоді, з графіка ВАХ можна визначити напругу переходу лінійної ділянки в квадратичну (Vo). Потрібне значення  визначається за 2 формулою: =d /Vo. Запропонований спосіб відрізняється тим, що суттєво спрощує визначення  не тільки з точки зору затрат часу, але і з точки зору використовуваного технологічного та вимірювального обладнання. Такі ознаки не зустрічаються в жодному з аналогів. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, її реалізація можлива на існуючих підприємствах електронного приладобудування. На фіг. 1, 2, 3 наведені приклади ВАХ, які ілюструють запропонований спосіб. Послідовність виконання запропонованого процесу визначення  для монокристалів CdTe (Cd1-xZnxTe, Cd1-xMnxTe) наступна. З вибраного для досліджень куска матеріалу виготовляють 3 монокристалічні зразки правильної геометричної форми (бажано), наприклад 5×5×2 мм . На двох великих поверхнях створюють омічні контакти за допомогою нанесення на них краплини ~5 % розчину HAuCl4, (надлишок розчину через 60 секунд видаляють фільтрувальним папером або напиленням. Вимірюються вольт-амперні характеристики (ВАХ) в достатньому інтервалі напруг, з яких визначається Vo (фіг. 1, 2, 3). 2 Потрібне значення  розраховують за формулою =d /Vo. Приклад конкретного виконання. 1 UA 87411 U 5 10 15 20 25 Описаний спосіб був використаний для визначення  монокристалів CdTe p-типу провідності та для монокристалів Cd0.9Zn0.1Te n-типу провідності. З монокристалів виготовляли зразки: 3 CdTe1 - 5×2×0,5 мм (d=5 мм); 3 Cd0,9Zn0,1Te - 5×5×3 мм (d=3 мм); 3 CdTe2 - 1×2×0,45 мм (d=0,45 мм). Омічні контакти до p-CdTe виготовляли вакуумним термічним нанесенням нікелю, а до nCd0,9Zn0,1Te - термічним напиленням індію в вакуумі. Технологічні процеси здійснювались на установці вакуумного напилення ВУП-5М. Результати вимірів ВАХ приведено на малюнках 1 (зразок CdTe1), 2 (зразок Cd 0,9Zn0,1Te) та 3 (зразок CdTe2). Оскільки процес переходу від омічної ділянки ВАХ до квадратичної не миттєвий, 2 потрібне значення Vo знаходимо як точку перетину двох прямих I~V та I~V . -2 2 -1 Для зразка CdTe1 значення Vo становило 25 В, =10 см ×В ; -3 2 -1 зразка Cd0,9Zn0,1Te - Fo=45 В, =2·10 см ×В ; -6 2 -1 CdTe2 - Vо=2·10 см ×В . Джерела інформації: 1. Sato G., Parsons A., Hullinger D. et al. Development of a spectral model based on charge transport for the Swift/BAT 32K CdZnTe detector array // Nucl. Instr. & Meth. A. - 2005. - Vol. 541. - P. 372-384. 2. Sato G., Takahashi Т., Sugiho M. et al. Characterization of CdTe/CdZnTe detectors // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2001. Vol. 49. - P. 1258-1263. 3. Hirt, M. Polack, J. K. Sturgess, J. Sferrazza, N. D. A. E. Bolotnikov et al. A technique for electron lifetime measurements in the high mu-tau product CdZnTe material // Proceedings of the Institute of Nuclear Materials Management Ann. - 2010, p1. 4. Ruihua Nan, Wanqi Jie, Gangqiang Zha, Hui Yu. Relationship between high resistivity and the deep level defects in CZT:In. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A705 (2013) 3235. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Спосіб визначення параметрів переносу заряду в напівізолюючих матеріалах на основі CdTe та його твердих розчинів, що включає створення двох омічних контактів до напівпровідника відомої товщини (d) та визначення добутку рухливості вільних носіїв заряду () на час їх життя () - , який відрізняється тим, що вимірюють вольт-амперну характеристику зразка (ВАХ), причому діапазон напруг вибирають таким, щоб спостерігались дві ділянки ВАХ - лінійна (І~V) та 2 квадратична (I~V ), та визначають  як результат ділення квадрата товщини кристала на напругу переходу Vo лінійної ділянки ВАХ в квадратичну і розраховують  за формулою 2 =d /Vo. 2. Спосіб визначення параметрів переносу заряду в напівізолюючих матеріалах на основі CdTe та його твердих розчинів за п. 1, який відрізняється тим, що напругу переходу Vo визначають як точку перетину лінійної та квадратичної ділянки ВАХ. 2 UA 87411 U 3 UA 87411 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4