Вплив опромінення електронами з Е=1,2 МеВ на електричні, фотоелектричні й оптичні властивості монокристалів сульфіду кадмію, легованого атомами індію

Зростання фоточутливості в області власної фотопровідності (рис. 1), збільшення інтенсивності люмінесцентного випромінювання, зростання ОГФ (рис. 2) зумовлені покращенням структури і утворенням при електронному опроміненні СdS:In повільних центрів рекомбінації. Роль таких центрів у нелегованих монокристалах CdS виконують VCd [1; 2; 5; 8]. В опромінених CdS:In повільні центри рекомбінації мають іншу природу, про що свідчать інші, в порівнянні з нелегованими кристалами, максимуми ОГФ (рис. 2).

При опроміненні утворюються пари Френкеля як у підрешітці кадмію, так і в підрешітці сірки монокристалів CdS. Пари Френкеля в підрешітці сірки (зокрема компоненти пари Si) відповідальні за зростання інтенсивності зеленої люмінесценції в опромінених нелегованих зразках CdS [8]. Очевидно, вони також відповідальні за зростання інтенсивності зеленої люмінесценції в опромінених СdS:In. VCd, утворені радіацією в СdS:In, можуть “анігілювати” з Cdi або вступати в квазіхімічні реакції з різними домішковими атомами, утворюючи нові комплекси дефектів.Оскільки в легованих кристалах зменшення концентрації Cdi зумовлене як “анігіляцією” з VCd (особливо для близьких пар Френкеля), так і заміщенням InCd (останній механізм відсутній у нелегованих зразках), то залишкова концентрація VCd в СdS:In після опромінення повинна бути більшою, ніж у CdS при однакових дозах електронної радіації. Крім того, VCd у легованих зразках можуть активно взаємодіяти з частиною атомів Inі. Тому можна припустити, що роль центрів повільної рекомбінації в опромінених СdS:In відіграють комплекси, до складу яких входять VCd і Ini, наприклад . Таке припущення пояснює підвищену концентрацію повільних центрів рекомбінації в опромінених СdS:In (про що свідчить більше гашення фотопровідності та більше зростання власної фоточутливості) в порівнянні з нелегованими зразками (де повільні центри зумовлені VCd), опроміненими такими ж дозами електронів.

Як відомо [11], за фотопровідність у домішковій області 580-600 нм, яка зростає при опроміненні нелегованих монокристалів CdS [12], відповідальні VCd. Електронне опромінення СdS:In призводить до зменшення фоточутливості в області 550 нм (рис. 1), що свідчить про зменшення концентрації VCd, очевидно, за рахунок їхньої взаємодії з атомами індію.

Схему енергетичного положення рівнів повільних центрів рекомбінації в СdS:In, оцінених за максимумами ОГФ, подано на рис. 2б. Збудження дірок із основного стану з Еv+1,65 eB у валентну зону зумовлює максимум ОГФ 0,75 мкм. За максимум ОГФ з 2 1,03 мкм відповідальний перехід дірки у збуджений стан на центрі, який знаходиться на відстані 1,2 еВ від основного стану (рис. 2б). При високих температурах перехід дірки у збуджений стан супроводжується їх термічним дозбудженням у валентну зону. При низьких температурах, внаслідок зменшення ймовірності такого дозбудження, відбувається виморожування піка ОГФ з 2 1,03 мкм.

Подана вище схема гашення добре узгоджується з основним механізмом ОГФ, який реалізується в напівпровідниках групи АІІВVI [1]. Слід відмітити, що енергетичне положення комплексу дефектів у зоні, якими є центри повільної рекомбінації в СdS:In, визначається природою атомів або дефектів, які належать до його складу, кулонівською взаємодією між ними і релаксацією решітки навколо комплексу. Остання в напівпровідниках АІІВVІ може досягти значень до 1 еВ і бути домінуючою в порівнянні із кулонівською [13]. Розрахунок доводить, що енергетичне положення центрів повільної рекомбінації в СdS:In відрізняється від енергетичного положення таких у СdS на величину 0,35 еВ. Очевидно, енергія 0,35 еВ може бути зумовлена, в основному, релаксацією решітки навколо VCd при приєднанні Ini, який понижує симетрію дефекту.

Після опромінення домінуючою в легованих зразках при кімнатній температурі стає смуга люмінесценції з 710 нм, яка відсутня в неопромінених кристалах (рис. 3, крива 3). Це свідчить про утворення в СdS:In комплексів дефектів ( )0, які, згідно [2, 14], відповідальні за смугу люмінесценції з 710-720нм, і підтверджує факт високої рухливості вакансій кадмію в процесі опромінення, які взаємодіють не тільки з Ini, але також із радіаційно введеними вакансіями сірки (VS). У нелегованих, спеціально очищених СdS-монокристалах опромінення практично не змінює інтенсивності люмінесценції 720 нм [8], що свідчить про малу концентрацію радіаційно утворених VCd, які інтенсивно “анігілюють” з Cdi. Як зазначалося, в легованих зразках Cdi додатково взаємодіють з донорними центрами InCd, що призводить до зростання (в порівнянні з нелегованими) концентрації радіаційно утворених VCd.При азотній температурі в опромінених зразках СdS:In розгоряються оранжева люмінесценція з 604 нм (яка відсутня в неопромінених зразках), зелена люмінесценція з 514 нм з розділеними фононними повтореннями, екситонна люмінесценція з 480 нм (рис. 4, крива 4) і нова інфрачервона смуга з 1,2 мкм, відсутня в неопромінених легованих зразках (в нелегованих CdS вона не проявляється як до, так і після опромінення [8]). Поява при 77 К о-, з- і екситонної люмінесценції (які гасились при кімнатній температурі) призводить до перерозподілу через ці центри основної частки рекомбінаційного потоку електронно-діркових пар, що, очевидно, зумовлює зменшення інтенсивності люмінесценції в інших областях спектра. Природа центрів о-люмінесценції в CdS до кінця не вияснена. Одні автори [5, 15] вважають, що до складу центрів о-люмінесценції входять мілкі донори (якими є, наприклад, Cdi) i VCd, інші [16, 17] основну роль в утворенні центрів о-люмінесценції відводять атомам кисню, які завжди присутні як неконтрольовані домішки в CdS. Можна припустити, що за о-люмінесценцію з 604 нм в опромінених СdS:In відповідальні Ini, витіснені з вузлів решітки міжвузловими (радіаційно утвореними) атомами кадмію і неконтрольвано присутні в кристалах CdS:In атомами кисню. За смуги люмінесценції з 1,2 мкм, очевидно, відповідальні випромінювальні рекомбінаційні переходи вільних електронів із дірками, захопленими повільними центрами рекомбінації в опромінених CdS:In-монокристалах.