Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe

С помощью компьютерного моделирования рассмотрено влияние легирующих и фоновых примесей, а также их скоплений на электрофизические и детекторные свойства Cd₁₋xZnxTe (0≤x≤0,3). Установлены примеси, снижающие эффективность сбора зарядов детекторов ионизирующих излучений на основе Cd₀,₉Zn₀,₁Te. Установ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Кондрик, А.И., Ковтун, Г.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2019
Назва видання:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:	Материалы электроники
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167886
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe / А.И. Кондрик, Г.П. Ковтун // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2019. — № 5-6. — С. 43-50. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-167886
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1678862020-04-13T01:26:26Z Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe Кондрик, А.И. Ковтун, Г.П. Материалы электроники С помощью компьютерного моделирования рассмотрено влияние легирующих и фоновых примесей, а также их скоплений на электрофизические и детекторные свойства Cd₁₋xZnxTe (0≤x≤0,3). Установлены примеси, снижающие эффективность сбора зарядов детекторов ионизирующих излучений на основе Cd₀,₉Zn₀,₁Te. Установлены условия получения материалов CdZnTe приемлемого детекторного качества. Твердотільні детектори іонізуючих випромінювань, виконані на основі високоомних напівпровідників, можуть використовуватись в сфері моніторингу безпеки ядерних реакторів. Такі високоомні матеріали, як CdTe і CdZnTe, мають дуже хороші електрофізичні і детекторні властивості. Метою даної роботи було визначення методом комп’ютерного моделювання характеру впливу домішок і структурних дефектів, а також їхніх кластерів на електрофізичні і детекторні властивості Cd₁₋xZnxTe (0≤x≤0,3). Solid-state ionizing radiation detectors based on high-resistance semiconductors can be used to monitor the safety of nuclear reactors. High-resistance CdTe and CdZnTe have very good electrophysical and detector properties. The objective of this study was to use computer simulation to determine how impurities and structural defects, as well as their clusters, affect electrophysical and detector properties of Cd₁₋xZnxTe (0≤x≤0.3). 2019 Article Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe / А.И. Кондрик, Г.П. Ковтун // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2019. — № 5-6. — С. 43-50. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2019.5-6.43 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167886 621.315.592.3 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Материалы электроники Материалы электроники
spellingShingle	Материалы электроники Материалы электроники Кондрик, А.И. Ковтун, Г.П. Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	С помощью компьютерного моделирования рассмотрено влияние легирующих и фоновых примесей, а также их скоплений на электрофизические и детекторные свойства Cd₁₋xZnxTe (0≤x≤0,3). Установлены примеси, снижающие эффективность сбора зарядов детекторов ионизирующих излучений на основе Cd₀,₉Zn₀,₁Te. Установлены условия получения материалов CdZnTe приемлемого детекторного качества.
format	Article
author	Кондрик, А.И. Ковтун, Г.П.
author_facet	Кондрик, А.И. Ковтун, Г.П.
author_sort	Кондрик, А.И.
title	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe
title_short	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe
title_full	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe
title_fullStr	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe
title_full_unstemmed	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe
title_sort	влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства cdte и cdznte
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Материалы электроники
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167886
citation_txt	Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe / А.И. Кондрик, Г.П. Ковтун // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2019. — № 5-6. — С. 43-50. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT kondrikai vliânieprimesejistrukturnyhdefektovnaélektrofizičeskieidetektornyesvojstvacdteicdznte AT kovtungp vliânieprimesejistrukturnyhdefektovnaélektrofizičeskieidetektornyesvojstvacdteicdznte
first_indexed	2025-07-15T01:55:12Z
last_indexed	2025-07-15T01:55:12Z
_version_	1837676120947818496
fulltext	Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 43ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 1 ÓÄÊ 621.315.592.3 А. И. КОНДРИК1, д. ф.-м. н. Г. П. КОВТУН1, 2 Óêðàèíà, 1ННЦ «Хàðьêовсêèй фèзèêо-техíèчесêèй èíстèтут» НАН Óêðàèíы, 2Хàðьêовсêèй íàцèоíàльíый уíèвеðсèтет èмеíè В. Н. Êàðàзèíà E-mail: kondrik@kipt.kharkov.ua ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ И СТРÓÊТÓРНЫХ ÄЕФЕÊТОВ НА ЭЛЕÊТРОФИЗИЧЕСÊИЕ И ÄЕТЕÊТОРНЫЕ СВОЙСТВА CdTe è CdZnTe Твеðдотельíые детеêтоðы èоíèзèðующèх èз- лучеíèй, выполíеííые íà осíове высоêоомíых мàтеðèàлов, могут пðèмеíяться в сфеðе êоí- тðоля безопàсíостè ðàботы ядеðíых ðеàêтоðов АЭС. В êàчестве детеêтоðíых мàтеðèàлов мож- íо èспользовàть полуèзолèðующèе полупðовод- íèêè. Вàжíейшèмè элеêтðофèзèчесêèмè свой- ствàмè полупðоводíèêов, пðèгодíых для детеê- тоðов ядеðíых èзлучеíèй, являются подвèж- íость элеêтðоíов μn, удельíое сопðотèвлеíèе ρ è вðемя жèзíè íеðàвíовесíых элеêтðоíов τn è дыðоê τp, зíàчеíèя êотоðых должíы быть êàê можíо больше. Весьмà вàжíой хàðàêтеðèстè- êой детеêтоðà является эффеêтèвíость сбоðà зàðядов η. Äля оптèмàльíой ðегèстðàцèè гàм- мà- è ðеíтгеíовсêèх èзлучеíèй íеобходèмы де- теêтоðы íà осíове êðèстàллèчесêèх мàтеðèà- лов с большой àтомíой мàссой, посêольêу эф- феêтèвíость ðегèстðàцèè гàммà-êвàíтов пðо- поðцèоíàльíà зàðяду ядðà в степеíè n (4<n<5) [1, с. 48]. Тàêèмè мàтеðèàлàмè могут быть сое- дèíеíèя íà осíове CdTe, íàпðèмеð Cd1–xZnxTe (0≤x<0,3). Высоêоомíые полупðоводíèêè CdTe è CdZnTe облàдàют очеíь хоðошèмè элеêтðо- фèзèчесêèмè свойствàмè: ρ = 109—1011 Ом∙см; μn = 103 cм2/(В∙с); τn,p = 10–5—10–6 с, одíàêо èх шèðоêому пðèмеíеíèю мешàют íеêотоðые пðо- блемы, в чèсле êотоðых — тðудíость точíого èзмеðеíèя è êоíтðоля пðèмесíого è дефеêтíого состàвà, êотоðый оêàзывàет ðешàющее влèяíèе íà свойствà мàтеðèàлов. Êðоме того, существу- ет пðоблемà достèжеíèя высоêого спеêтðàльíого ðàзðешеíèя è эффеêтèвíостè сбоðà зàðядов де- теêтоðов. Тàêже у ðàзíых пðоèзводèтелей пðè èспользовàíèè сходíых техíологèй получàют- ся èзделèя с ðàзлèчíым состàвом è хàðàêтеðè- стèêàмè. Ê тому же у èсследовàтелей íет едè- С помощью компьютерного моделирования рассмотрено влияние легирующих и фоновых приме- сей, а также их скоплений на электрофизические и детекторные свойства Cd1–xZnxTe (0≤x≤0,3). Установлены примеси, снижающие эффективность сбора зарядов детекторов ионизирующих излу- чений на основе Cd0,9Zn0,1Te. Установлены условия получения материалов CdZnTe приемлемого де- текторного качества. Ключевые слова: CdZnTe, примеси, детекторы, моделирование, глубокие уровни, сбор зарядов. íого мíеíèя отíосèтельíо èдеíтèфèêàцèè эíеð- гетèчесêèх уðовíей пðèмесей è дефеêтов в мà- теðèàлàх CdZnTe. Пеðечèслеííые тðудíостè связàíы с ðядом пðèчèí. Во-пеðвых, Cd1–xZnxTe спеêтðосêопè- чесêого êàчествà должíы облàдàть очеíь высо- êèм удельíым сопðотèвлеíèем, что зíàчèтельíо зàтðудíяет ðàботу с íèмè. Во-втоðых, детеêто- ðы íà осíове этèх мàтеðèàлов пðè ðàбочей тем- пеðàтуðе (Т = 300 Ê) могут èметь высоêèе по- веðхíостíые тоêè утечêè [2—4]. В-тðетьèх, пðè пðоведеíèè èзмеðеíèй постояííо возíèêàет пðо- блемà омèчíостè êоíтàêтов [5, 6]. Нàêоíец, в высоêоомíых полупðоводíèêàх пðè Т = 300 Ê в условèях сèльíой êомпеíсàцèè êоíцеíтðàцèя свободíых íосèтелей зàðядà íà 5—6 поðядêов íèже, чем êоíцеíтðàцèя èоíèзовàííых пðèмес- íых àтомов è дефеêтов. В этом случàе íàðушà- ется лоêàльíàя элеêтðоíейтðàльíость в ðешетêе è èзмеíяется потеíцèàл оêðужàющего пðèмес- íого àтомà, сèстемà íàходèтся в íеðàвíовесíом состояíèè, à под воздействèем вíешíèх фàêто- ðов, íàпðèмеð темпеðàтуðы, дàвлеíèя, меíяет- ся элеêтðоííàя стðуêтуðà дефеêтов ðешетêè è условèя взàèмодействèя дефеêтов с íосèтелямè зàðядà, пеðестðàèвàются глубоêèе уðовíè пðè- месíых àтомов è дефеêтов. Это озíàчàет, что êàждому êвàзèðàвíовесíому состояíèю ðешет- êè соответствуют опðеделеííые эíеðгетèчесêèе уðовíè, поэтому в ðàзíых èсследовàíèях, в зà- вèсèмостè от степеíè êомпеíсàцèè мàтеðèàлà è условèй эêспеðèмеíтà, пðèмесíые àтомы могут вíосèть в зàпðещеííую зоíу мàтеðèàлà ðàзлèч- íые эíеðгетèчесêèе уðовíè [7]. Все опèсàííые пðоблемы способíы суще- ствеííо èсêàзèть ðезультàты èзмеðеíèй хàðàê- теðèстèê уðовíей, à тàêже èх èдеíтèфèêàцèю. DOI: 10.15222/TKEA2019.5-6.43 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 44 ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 2 Автоðàмè был пðоведеí подðобíый àíàлèз публèêàцèй, посвящеííых эêспеðèмеíтàльíо- му èсследовàíèю свойств эíеðгетèчесêèх уðов- íей в CdTe è CdZnTe, è опðеделеí тèпèчíый состàв Cd1–xZnxTe, êотоðый пðèводèлся ðàзíы- мè èсследовàтелямè (см., íàпðèмеð, [8—10]). Äля получеíèя моíоêðèстàллов детеêтоðíого êàчествà тðебуется зíàíèе зàвèсèмостей элеêтðо- фèзèчесêèх è детеêтоðíых свойств мàтеðèàлà от содеðжàíèя в íем пðèмесей è стðуêтуðíых íе- совеðшеíств. Óчèтывàя тðудíостè è пðоблемы, возíèêàющèе пðè эêспеðèмеíтàльíых èсследо- вàíèях этèх зàвèсèмостей, в êàчестве дополíè- тельíого èíстðумеíтà можíо пðèмеíять моделè- ðовàíèе с èспользовàíèем хоðошо àпðобèðовàí- íых фèзèчесêèх моделей. Эêспеðèмеíтàльíые èзмеðеíèя сêоðостè межзоííой ðеêомбèíàцèè в шèðоêозоííых полупðоводíèêàх, в чàстíостè в CdTe [11], доêàзывàют, что íà вðемя жèз- íè íеðàвíовесíых íосèтелей зàðядà è, следо- вàтельíо, íà эффеêтèвíость сбоðà зàðядов в детеêтоðàх íà осíове этèх мàтеðèàлов ðешàю- щее влèяíèе оêàзывàет зàхвàт è ðеêомбèíàцèя элеêтðоíов è дыðоê íà глубоêèх уðовíях пðè- месей è дефеêтов. По этой пðèчèíе íàèболее пðèемлемой моделью для оцеíêè вðемеíè жèз- íè íеðàвíовесíых íосèтелей зàðядà в CdTe è CdZnTe можíо счèтàть тео ðèю ðеêомбèíàцèè Шоêлè — Рèдà — Холлà. Исследовàíèе влè- яíèя пðèмесíых элемеíтов, содеðжàщèхся в èсход íых êомпоíеíтàх, è дефеêтов стðуêтуðы, возíèêàющèх в пðоцессе получеíèя моíоêðè- стàллов, íà элеêтðофèзèчесêèе è детеêтоðíые свойствà CdZnTe поможет подобðàть ðежèмы техíологèчесêèх пðоцессов глубоêого ðàфèíè- ðовàíèя Cd, Zn, Te è опðеделèть оптèмàльíые условèя выðàщèвàíèя детеêтоðíого мàтеðèàлà, посêольêу уже èзвестíы техíологèчесêèе пðè- емы, позволяющèе в опðеделеííой меðе упðàв- лять содеðжàíèем элеêтðèчесêè àêтèвíых пðè- месей è собствеííых дефеêтов [12—14]. Целью íàстоящей ðàботы было èсследовàíèе методом êомпьютеðíого моделèðовàíèя хàðàêте- ðà воздействèя фоíовых пðèмесей è стðуêтуð- íых дефеêтов íà элеêтðофèзèчесêèе è детеêтоð- íые свойствà Cd1–xZnxTe. Модель для исследований и исходный состав образцов В осíову ðàсчетов былà положеíà мíогоуðов- íевàя модель êомпеíсàцèè, êотоðàя выðàжàет- ся уðàвíеíèем элеêтðоíейтðàльíостè для пðо- èзвольíого êолèчествà пðèмесей è дефеêтов: 0 0 1 0 ( ) 0, mN i i a d i j i n p GN j m N N          (1) где 1 1 1 exp ; 1 exp j ij is s m s is io rs ios r i g jF G g g sF g                                    n0, p0 — êоíцеíтðàцèя свободíых элеêтðоíов è дырок; N — суммàðíое êолèчество пðèмесей è де- фектов (центров); Ni, mi — êоíцеíтðàцèя è зàðядовое состояíèе i-го центра; di, ai — êолèчество доíоðíых è àêцептоðíых уðовíей i-го цеíтðà, di + ai = mi; εij — j-й уðовеíь эíеðгèè i-го цеíтðà, 1 ≤ j ≤ mi; r, s — индексы суммирования; Na, Nd — суммàðíые êоíцеíтðàцèè мелêèх àêцеп- торов и мелких доноров; gij — êðàтíость выðождеíèя j-го уðовíя пðè- месè èлè дефеêтà соðтà i; gio — êðàтíость выðождеíèя осíовíого уðов- íя i-го центра; F — положение уровня Ферми; β = 1/(kT); k — постоянная Больцмана; T — àбсолютíàя темпеðàтуðà. Модель êомпеíсàцèè, опèсывàемàя уðàвíе- íèем (1), позволяет пðоводèть êолèчествеí- íые ðàсчеты êоíцеíтðàцèè свободíых íосèте- лей зàðядà для полупðоводíèêà, в мàтðèце êо- тоðого íàходèтся N мелêèх è глубоêèх мíого- зàðядíых цеíтðов. Аíàлèз уðàвíеíèя (1) поêàзывàет, что оíо всегдà èмеет едèíствеííое ðешеíèе, поэтому ðе- шàлось чèслеííо отíосèтельíо уðовíя Феðмè методом дèхотомèè с последующèм вычèслеíè- ем êоíцеíтðàцèй свободíых íосèтелей зàðядà:   3/2 0 2 0 2 2 2 ; 1 exp n c m kT n h xdx x F E                 (2)   3/2 0 2 0 2 2 2 , 1 exp p v m kT p h xdx x F E                  (3) где mn, mp — эффективная масса электронов и дырок; Ec, Ev — зíàчеíèя эíеðгèè дíà зоíы пðоводè- мости и потолка валентной зоны; h — постояííàя Плàíêà. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 45ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 3 Êоíцеíтðàцèя èоíèзовàííых è íейтðàльíых цеíтðов вычèслялàсь êàê пðоèзведеíèе êоíцеí- тðàцèè соответствующего i-го цеíтðà íà веðоят- íость fij того, что íà íем íàходèтся j элеêтðоíов: 1 exp , j ij ij is s f Ag jF             где 1 01 1 1 exp . im s ij ij is j g A sF g                    Пðè этом зàðяд i-го центра равен –е(j–di), посêольêу для одíо-, двух-, тðехзàðядíого до- íоðà di = 1, 2, 3, à для соответствующèх àêцеп- тоðíых цеíтðов di = 0. Подвèжíость элеêтðоíов μn опðеделялàсь в τ-пðèблèжеíèè с учетом ðàзлèчíых мехàíèз- мов ðàссеяíèя: 1 1 , kk    где τk — хàðàêтеðíое вðемя ðелàêсàцèè èмпуль- сà для отдельíых мехàíèзмов ðàссеяíèя. Исследовàíèя пðоводèлè с учетом мехàíèз- мов ðàссеяíèя íà èоíèзèðовàííых è íейтðàль- íых цеíтðàх, àêустèчесêèх фоíоíàх, пьезоэлеê- тðèчесêèх фоíоíàх, íеполяðíых оптèчесêèх фо- íоíàх пðè èспользовàíèè соответствующèх мо- делей èз [15, глàвà VI], без учетà èсêàжеíèй è поляðèзàцèй ðешетêè. Пàðцèàльíую подвèж- íость пðè ðàссеяíèè íà поляðíых оптèчесêèх фоíоíàх ðàссчèтывàлè по фоðмуле (7) èз [16]. Модель для ðàсчетà пàðцèàльíой подвèжíостè μsc пðè ðàссеяíèè íà íеодíоðодíостях легèðо- вàíèя взятà èз [17]:  1/2 , 2 sc s n e N A km T   где Ns — концентрация кластеров; В — эффеêтèвíàя площàдь попеðечíого сече- íèя ðàссеяíèя êлàстеðà. Итоговое выðàжеíèе для ðàсчетà подвèжíо- стè элеêтðоíов выглядèт следующèм обðàзом: 1 3/2 0 1 3/2 0 300 exp 1 . 1 exp n n ll kk E m E dE kT E e E dE kT                                      Здесь èíдеêс k уêàзывàет íà мехàíèзмы, для êотоðых пðèíятые моделè опðеделяют вðемя ðелàêсàцèè èмпульсà, à èíдеêс l — íà те, что опèсывàют пàðцèàльíую подвèжíость в àíàлè- тèчесêом вèде. Подвèжíость дыðоê μp пðèíèмàлàсь íеèзмеí- íой è ðàвíой 70 см2/(В∙с). Зàтем вычèслялось удельíое сопðотèвлеíèе  0 0 1 . n pe n p      Вðемя жèзíè íеðàвíовесíых íосèтелей зà- ðядà опðеделялось по моделè Шоêлè — Рèдà — Холлà [15, с. 310—316], эффеêтèвíость сбо- ðà зàðядов детеêтоðà — по уðàвíеíèю Хехтà [1, с. 489]    0 0 2 0 1 exp 1 exp , n n n n p p p p L d LU d L U E Ld L U                                (4) где L — расстояние между электродами; τn, τp — сðедíее вðемя дðейфà, соответствеííо, íе- ðàвíовесíых элеêтðоíов è дыðоê, êотоðое пðèðàвíèвàлось ê сðедíему вðемеíè жèз- ни неравновесных носителей заряда; d0 — êооðдèíàтà точêè возíèêíовеíèя íеðàвíо- весíых íосèтелей зàðядà, отсчèтывàемàя от катода; U — íàпðяжеíèе между элеêтðодàмè детеêтоðà. Моделè позволяют вычèслять μn, ρ, τn, τp, эф- феêтèвíость сбоðà зàðядов η. Вводíымè пàðàме- тðàмè пðè этом служàт опублèêовàííые в тех- íèчесêой лèтеðàтуðе эêспеðèмеíтàльíо èзмеðеí- íые хàðàêтеðèстèêè: состàв è êоíцеíтðàцèя пðè- месей è дефеêтов, положеíèя èх уðовíей эíеð- гèè в зàпðещеííой зоíе, сечеíèе зàхвàтà этè- мè уðовíямè íеðàвíовесíых íосèтелей зàðядà. Äостовеðíость пðèíятого подходà получèлà хоðошее подтвеðждеíèе пðè сðàвíеíèè ðезуль- тàтов моделèðовàíèя с хоðошо èзвестíымè эêс- пеðèмеíтàльíымè дàííымè по велèчèíàм ρ, μn для CdTe è CdZnTe, à тàêже с ðезультàтàмè ðà- бот [18—20]. Это можíо увèдеть íà рис. 1, где пðèведеíы ðезультàты вычèслеíèй, выполíеí- íых в ðàмêàх пðèíятых моделей, è эêспеðèмеí- тà, пðоведеííого íà обðàзце Cd0,9Zn0,1Te в [19]. Рèс. 1. Зàвèсèмость удельíого сопðотèвлеíèя Cd0,9Zn0,1Te:In от 1/(kT), получеííàя пðè вычèсле- íèè в ðàмêàх пðèíятых моделей (точêè — эêспеðè- меíтàльíые дàííые [19]) 27 26 25 24 23 22 36 37 38 39 40 41 42 43 44 1/(kT), (эВ)–1 ln ρ (ρ в О м∙ см ) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 46 ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 4 Пðè вычèслеíèях было получеíо τn≈ τp≈ 10–6 с, что совпàдàет с хоðошо èзвестíымè зíàче- íèямè этèх велèчèí для CdTe è Cd0,9Zn0,1Te. В [19] методом êðèвых Аððеíèусà опðеделеíо положеíèе уðовíя Феðмè F, ðàвíое 0,73 эВ, à в ðезультàте чèслеííого ðешеíèя уðàвíеíèя (1) отíосèтельíо F, было получеíо зíàчеíèе 0,74 эВ. Тàêèм обðàзом, пðàвомочíость пðè- меíеíèя пðèíятых моделей для êолèчествеí- íых èсследовàíèй элеêтðофèзèчесêèх свойств Cd1–xZnxTe (0 ≤ х ≤ 0,3) очевèдíà. Äостовеðíость ðезультàтов èсследовàíèй де- теêтоðíых свойств íàходèтся в пðеделàх пðèме- íèмостè уðàвíеíèя (4), êотоðое учèтывàет зà- хвàт íеðàвíовесíых íосèтелей зàðядà íà уðов- íях ловушеê, íо íе учèтывàет тот фàêт, что íе- êотоðàя èх чàсть может высвобождàться с этèх уðовíей путем эмèссèè в соответствующèе зоíы. В зàпðещеííой зоíе Cd1–xZnxTe обычíо пðè- сутствует глубоêèй уðовеíь доíоðà. Соглàсíо со- вðемеííым пðедстàвлеíèям это может быть тел- луð íà месте êàдмèя TeCd èлè же теллуð в меж- доузлèè Te(I). Тàêже есть вàêàíсèè теллуðà VTe, àêцептоðíые уðовíè вàêàíсèй êàдмèя VCd è вà- êàíсèй цèíêà VZn. Êðоме того, èмеются мелêèе àêцептоðíые уðовíè êомплеêсов VCd с пðèме- сямè, à тàêже мелêèе àêцептоðíые уðовíè пðè- месей зàмещеíèя AgCd, AsTe, PTe. Äля êомпеí- сàцèè àêцептоðíых уðовíей è достèжеíèя вы- соêоомíого состояíèя мàтеðèàл легèðуется од- íèм èз мелêèх доíоðов, тàêèх êàê Cl, I, In, Al. Тèпèчíый состàв обðàзцов CdTe è CdZnTe, пðед- стàвлеí в таблице (здесь сохðàíеíы обозíàче- íèя, èспользовàííые в [9, 10]). Аíàлогèчíые дàííые былè тàêже опублèêовàíы в [8] è в íе- êотоðых дðугèх ðàботàх. В ðяде ðàбот (см., íàпðèмеð, [9]) эêспеðè- меíтàльíо зàðегèстðèðовàíы фоíовые пðèмесè (Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Ge), êотоðые могут содеðжàться в èсходíых êомпоíеíтàх è зàгðязíять мàтðèцу Cd1–xZnxTe пðè его получе- íèè. Этè пðèмесè, зà èсêлючеíèем Cr, высту- пàют в ðолè глубоêèх доíоðов. Результаты моделирования электрофизических и детекторных свойств Мàтеðèàл детеêтоðíого êàчествà в пеðвую очеðедь должеí облàдàть высоêèм удельíым сопðотèвлеíèем, поэтому сíàчàлà было смоде- лèðовàíо поведеíèе ρ в зàвèсèмостè от êоíцеí- тðàцèè (NDD) è эíеðгèè (EDD) глубоêого доíо- ðà. Было устàíовлеíо, что в обðàзовàíèè облà- стè высоêоомíого состояíèя вàжíую ðоль èгðà- ет глубоêèй доíоð è что для достèжеíèя зíàче- íèя ρ ≈ 1010 Ом∙см в CdTe и Cd0,9Zn0,1Te íеоб- ходèмо пðèсутствèе глубоêого доíоðà с эíеðгè- ей EDD ≈ 0,8 эВ. Óстàíовлеíо тàêже, что хàðàê- теð поведеíèя удельíого сопðотèвлеíèя мàтеðè- àлов Cd1–xZnxTe пðè 0 ≤ x ≤ 0,3 êàчествеííо схо- деí, ðàзлèчèя зàêлючàются тольêо в велèчèíе ρ. Из àíàлèзà рис. 2, а, в вèдíо, что увелèче- íèе в пять ðàз êоíцеíтðàцèè глубоêого доíоðà N(Х) пðèводèт ê существеííому ðàсшèðеíèю облàстè высоêоомíого состояíèя. В ðяде опу- блèêовàííых эêспеðèмеíтàльíых ðàбот (см., íà- пðèмеð, [8, 10, 17]) отмечàется, что êðоме пðè- месей (M) в êàчестве глубоêого доíоðà (X) мо- гут выступàть тàêже àíтèстðуêтуðíые дефеêты: теллуð íà месте êàдмèя TeCd, теллуð в междо- узлèè Te(I) èлè èх êомплеêсы с пðèмесямè M – TeCd, M – Te(I). Большое удельíое сопðотèв- леíèе полупðоводíèêов достèгàется пðè выпол- íеíèè условèй êомпеíсàцèè íеêомпеíсèðовàí- íой чàстè àêцептоðов èоíèзèðовàííымè глубо- êèмè доíоðàмè, т. е. пðè выполíеíèè условèя NDD + > (NDA ––ND ++NA –), где NDD +, NDA – — сум- мàðíые êоíцеíтðàцèè èоíèзèðовàííых глубо- êèх доíоðов è àêцептоðов, ND +, NA – — то же сà- мое для мелêèх доíоðов è àêцептоðов. Аíàлèз ðèс. 2, б, г поêàзывàет, что в усло- вèях пðедполàгàемого в моделè одíоðодíого ðàспðеделеíèя пðèмесей по объему êðèстàллà существеííое (íà поðядоê) увелèчеíèе êоíцеí- трации примесей вплоть до 5∙1016 см–3 íе вы- зывàет зíàчèтельíого èзмеíеíèя подвèжíостè элеêтðоíов μn. Êðоме того, ее велèчèíà блèз- êà ê èзвестíому зíàчеíèю μn ≈ 103 см2/(В∙с). Одíàêо, êàê вèдíо èз рис. 3, íà подвèжíость элеêтðоíов весьмà зàметíо влèяет сêоплеíèе пðèмесей, è пðè T = 300 K, т. е. пðè ðàбочей темпеðàтуðе детеêтоðà, увелèчеíèе êоíцеíтðà- цèè пðèмесíых êлàстеðов íà поðядоê пðèво- дèт ê тому, что зíàчеíèе μn сíèжàется в ðàзы. Êðоме того, пðèмесíые êлàстеðы дефоðмèðуют êðèстàллèчесêую ðешетêу (с эффеêтом поля- ðèзàцèè), что, очевèдíо, пðèведет ê еще боль- шему сíèжеíèю μn. Аíàлогèчíым обðàзом íà подвèжíость элеêтðоíов влèяют èсêàжàющèе ðешетêу сêоплеíèя дефеêтов. Фоíовые пðèмесè влèяют íе тольêо íà элеê- тðофèзèчесêèе свойствà CdZnTe, íо è íà детеê- Типичный состав образцов CdTe и Cd1–xZnxTe [9, 10] Óðовеíь Nd(Cl) AgCd AsTe PTe VCd- ClTe VCd- related VTe- related Zn- related V2– Cd VTe + H1 + H2 2– Концентрация, 1014 см–3 см. ðèс. 2 50 50 50 5 5 10 50 10 35 200 8 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 47ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 5 Рèс. 2. Зàвèсèмостè удельíого сопðотèвлеíèя ρ (а, в) è подвèжíостè элеêтðоíов μn (б, г) CdTe от êоíцеí- тðàцèè легèðующей пðèмесè N(Cl) è фоíовой пðèмесè N(Cr), получеííые пðè ðàзíой êоíцеíтðàцèè фо- íовой пðèмесè N(Х) с эíеðгèей 0,8 эВ à) lg (ρ ) (ρ в О м ∙с м ) 7 3 –1 1 9 7 5 3 1 9 7 5 3N(Cl), 5∙10 15 см –3 N(Cr), 5∙10 15 см –3 μ n , см 2 / (В ∙с ) 1030 1000 1 9 7 5 3 1 9 7 5 3N(Cl), 5∙10 15 см –3 N(Cr), 5∙10 15 см –3 б) N(X) = 1∙1016 см–3 в) lg (ρ ) ( ρ в О м ∙с м ) 7 3 –1 1 9 7 5 3 1 9 7 5 3N(Cl), 5∙10 15 см –3 N(Cr), 5∙10 15 см –3 1μ n , см 2 / (В ∙с ) 1018 998 1 9 7 5 3 9 7 5 3 N(Cl), 5∙10 15 см –3 N(Cr), 5∙10 15 см –3 г) N(X) = 5∙1016 см–3 тоðíые. Это пðодемоíстðèðовàíо íà рис. 4, а, где вèдíо, что зàметíо ухудшàют эффеêтèв- íость сбоðà зàðядов детеêтоðà η тàêèе пðèмесè, êàê Ti, V, Ge, Ni, Sn. Судèть о пðèчèíàх тàêого ухудшеíèя детеêтоðíых свойств можíо èз àíà- лèзà ðèс. 4, б, êотоðый поêàзывàет, что пðè зà- гðязíеíèè êðèстàллà пðèмесямè Cr, Co, V è Sn уðовеíь Феðмè пðоходèт вблèзè эíеðгетèчесêо- го уðовíя вàêàíсèè êàдмèя VCd, íà êотоðом è пðоèсходèт зàхвàт è ðеêомбèíàцèя íеðàвíовес- íых íосèтелей зàðядà. По сðàвíеíèю с дðугèмè стðуêтуðíымè дефеêтàмè èмеííо вàêàíсèè êàд- мèя особеííо сèльíо ухудшàют эффеêтèвíость сбоðà зàðядов, что соответствует общепðèíятым пðедстàвлеíèям. Пðè этом íà велèчèíу η оêàзы- вàет тàêже влèяíèе зàхвàт è ðеêомбèíàцèя íе- ðàвíовесíых зàðядов íà уðовíях Ti, V, Ge, Ni, Sn, íо это влèяíèе зíàчèтельíо меíьше, чем íà уðовíе VCd. Поðядоê велèчèíы êоíцеíтðàцèè фоíовых пðèмесей è дефеêтов, èзмеðеííой в [20], со- стàвляет 1013—1014 см–3. Моделèðовàíèе поêàзà- ло, что детеêтоðíые свойствà мàтеðèàлà зàметíо ухудшàются пðè êоíцеíтðàцèè вðедíых пðèме- Рèс. 3. Темпеðàтуðíые зàвèсèмостè подвèжíостè элеêтðоíов μn в Cd0,9Zn0,1Te:Al пðè ðàзлèчíых зíà- чеíèях êоíцеíтðàцèè пðèмесíых êлàстеðов с попе- речным сечением 1∙10–6 см2 (êоíцеíтðàцèя êлàстеðов уêàзàíà возле êðèвых, ед. èзм. «1011 см–3») 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 250 300 350 400 Темпеðàтуðà, Ê П од вè ж íо ст ь эл еê тð оí ов , см 2 / (В ∙с ) 0 0,5 1 2 4 8 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 48 ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 6 сей выше (1—2)∙1014 см–3, à èх пðедельíàя êоí- цеíтðàцèя (выше êотоðой зàметíо пàдàет эффеê- тèвíость сбоðà зàðядов) увелèчèвàется с увелè- чеíèем êоíцеíтðàцèè остàльíых фоíовых пðè- месей è дефеêтов, что объясíяется совоêупíым влèяíèем всех фоíовых пðèмесей íà уðовеíь Феðмè. Тàêèм обðàзом, еслè техíологèè ðàфè- íèðовàíèя è выðàщèвàíèя позволяют получèть êðèстàлл СdZnTe с опðеделеííой êоíцеíтðàцè- ей «фоíà», то следует позàботèться о том, что- бы содеðжàíèе пеðечèслеííых вðедíых пðèме- сей íе пðевышàло уêàзàííого фоíового уðовíя, à еще лучше — было íèже его. Заключение Пðоведеííые èсследовàíèя поêàзàлè, что фо- íовые пðèмесè è дефеêты, выполíяющèе ðоль глубоêèх доíоðов, ðàсшèðяют высоêоомíую облàсть è увелèчèвàют удельíое сопðотèвле- íèе Cd1–xZnxTe (0≤x≤0,3) пðè увелèчеíèè èх эíеðгèè в зàпðещеííой зоíе отíосèтельíо дíà зоíы пðоводèмостè вплоть до 0,8 эВ для CdTe è Cd0,9Zn0,1Te. Äля получеíèя CdTe è CdZnTe с хоðошèмè элеêтðофèзèчесêèмè свойствàмè íе- обходèмо стðемèться получèть мàтеðèàл с од- íоðодíым ðàспðеделеíèем по объему пðèмесей (пðèмесíых êлàстеðов) è дефеêтов, посêольêу это существеííо влèяет íà подвèжíость элеêтðо- íов в èсходíом Cd1–xZnxTe. В тàêом случàе èх суммàðíàя êоíцеíтðàцèя может достèгàть 1016 см–3 без зàметíого сíèжеíèя подвèжíостè элеê- тðоíов. Пðè этом следует поíèзèть содеðжàíèе фоíовых пðèмесей Ag, P, As — в тàêом случàе высоêоомíого состояíèя мàтеðèàлà можíо до- стèчь пðè меíьшем êолèчестве легèðующего мел- êого доíоðà (Cl, I, In, Al), пðèсутствèе êотоðо- го способствует обðàзовàíèю êомплеêсов, пðè- водящèх ê сíèжеíèю удельíого сопðотèвлеíèя. С целью улучшеíèя детеêтоðíых свойств èс- следовàííых мàтеðèàлов íеобходèмо увелèчèть эффеêтèвíость сбоðà зàðядà, êотоðàя зàвèсèт от вðемеíè жèзíè íеðàвíовесíых элеêтðоíов. Посêольêу последíее связàíо с ðеêомбèíàцèей íеðàвíовесíых элеêтðоíов íà вàêàíсèях êàдмèя VCd [11], следует сíèзèть êоíцеíтðàцèю VCd, à тàêже фоíовых пðèмесей Ti, V, Ni, Cr, Sn, по- сêольêу оíè смещàют уðовеíь Феðмè в оêðест- íость эíеðгетèчесêого уðовíя VCd, зàметíо уве- лèчèвàя ðеêомбèíàцèю íà íем. Пðè этом следует учèтывàть, что облучеíèе детеêтоðов íà осíове CdTe è CdZnTe пðèводèт ê повышеíèю содеð- жàíèя вàêàíсèй êàдмèя è вàêàíсèй цèíêà, êото- ðые могут обðàзовывàть êомплеêсы с легèðую- щèмè è фоíовымè пðèмесямè. Óðовíè эíеðгèè тàêèх êомплеêсов íàходятся вблèзè вàлеíтíой зоíы, è пðè большèх дозàх облучеíèя уðовеíь Феðмè смещàется в íàпðàвлеíèè ê íей, вслед- ствèе чего зàметíо сíèжàется удельíое сопðо- тèвлеíèе è появляются большèе тоêè утечêè. Пðèведеííые ðеêомеíдàцèè íàпðàвлеíы íà помощь техíологàм в получеíèè CdTe è CdZnTe высоêого детеêтоðíого êàчествà. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИÊИ 1. Glenn F. Knoll Radiation detection and measurement.— John Wiley&Sons, Inc., 2010. 2. Pekarek J. , Belas E. , Zazvorka J. Long-term stable surface treatments on CdTe and CdZnTe radiation detectors // Journal of Electronic Materials.— 2017.— Vol. 46, № 4.— P. 1996—2002.— http://dx.doi.org/10.1007/ s11664-016-5065-5 3. Kim K. H., Hwang S., Fochuk P., Nasi L. et al. The effect of low-temperature annealing on a CdZnTe detector // IEEE Transactions on Nuclear Science.— 2016.— Vol. 63, № 4.— P. 2278—2282.— http://dx.doi. org/10.1109/TNS.2016.2583546 4. Reihon M., Franc J., Zazvorka J., Dedic V. Influence of low temperature annealing on Schottky barrier height and surface electrical properties of semiinsulating CdTe // Semiconductor Science and Technology.— 2017.— Vol. 32, №8.— P. 085007—1-6.— http://dx.doi.org/10.1088/1361- 6641/aa7500 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0 2 4 6 8 10 Êоíцеíтðàцèя пðèмесей, 1014 см–3 Э ф ф еê тè вí ос ть с бо ðà з àð яд ов Cr Co Pb Fe Ti V Ge Ni Sn Рèс. 4. Зàвèсèмость эффеêтèвíостè сбоðà зàðядà детеêтоðà (а) è уðовíя Феðмè (б) в Cd0,9Zn0,1Te:Al от содеðжàíèя фоíовых пðèмесей (состàв обðàзцà для моделèðовàíèя взят èз [21] для íе- облучеííого мàтеðèàлà) 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0 2 4 6 8 10 Êоíцеíтðàцèя пðèмесей, 1014 см–3 Ó ðо ве íь Ф еð м è, э В Cr Co VZn V Sn VCd M–TeCd б) à) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 49ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 7 5. Bell S. J., Baker M. A., Duarte D. D., Schneider A. et al. Performance comparison of small-pixel CdZnTe radiation detectors with gold contacts formed by sputter and electroless deposition // Journal of Instrumentation.— 2017.— Vol. 12.— P. 06015—1-10.—https://doi.org/10.1088/1748- 0221/12/06/P06015 6. Bell S. J., Baker M. A., Duarte D. D. et al. Characterization of the metal semiconductorinterface of gold contacts on CdZnTe formed by electroless deposition // Journal of Physics D: Applied. Physics.— 2015.— Vol. 48.— P. 275304—275317.— http://dx.doi.org/10.1088/0022- 3727/48/27/275304 7. Сàдуллàев А. Б. Состояíèе пðèмесíых àтомов с глу- боêèмè уðовíямè в полупðоводíèêàх в условèях сèль- íой êомпеíсàцèè // Молодой учеíый.— 2011.— Т. 1, № 12.— С. 48—50.— https://moluch.ru/archive/35/3956/ 8. Ruihua Nan, Tao Wang, Gang Xu, Man Zhu, Wanqi Jie. Compensation processes in high-resistivity CdZnTe crystals doped with In/Al // Journal of Crystal Growth.— 2016.— Vol. 451.— P. 150—154.— https://doi.org/10.1016/j. jcrysgro.2016.07.032 9. Hofmann D. M., Stadler W., Christmann P., Meyer B. K. Defects in CdTe and Cd1–xZnxTe // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A.— 1996.— Vol. 380, iss. 1–2.— P. 117—120.— http://dx.doi.org/10.1016/ S0168-9002(96)00287-2 10. Castaldini A., Cavallini A., Fraboni B. at al. Deep energy levels in CdTe and CdZnTe // J. Appl. Phys.— 1998.— Vol. 83, iss. 4.— P. 2121—2126. 11. Novikov G. F., Radychev N. A. Experimental determination of the dependence of the free electron-hole recombination rate constant on the band gap in semiconductors of the AIIBVI and AIBVII types // Russian Chemical Bulletin.— 2007.— Vol. 56, № 5.— P. 890—894.— https:// doi.org/10.1007/s11172-007-0134-9 12. Êолобов Г.А., Êàðпеíêо А.В. Рàфèíèðовàíèе лег- êèх ðедêèх, ðедêоземельíых è ðàдèоàêтèвíых метàллов // Вопðосы àтомíой íàуêè è техíèêè.— 2016.— № 1.— С. 3—9. 13. Äевятых Г. Г. Рàзðàботêà высоêочèстых мàтеðèàлов // В сб.: Сучàсíе мàтеðіàлозíàвство XXI стоðіччя.— Êèїв: Нàуêовà думêà, 1998. 14. Ажàжà В. М., Êовтуí Г. П., Неêлюдов И.М. Êомплеêсíый подход ê получеíèю высоêочèстых мàтеðè- àлов для элеêтðоíèêè // Техíологèя è êоíстðуèðовàíèе в элеêтðоííой àппàðàтуðе.— 2002.— № 6.— С. 3—6. 15. Боíч-Бðуевèч В. Л., Êàлàшíèêов С. Г. Фèзèêà по- лупðоводíèêов.— Мосêвà: Нàуêà, 1990. 16. Segall B., Lorenz M.R., Halsted R.E. Electrical Properties of n-Type CdTe // Physical Review.— 1963.— Vol. 129, № 6.— P. 2471—2481. 17. Faulkner R. A. Toward a Theory of Impurities in Semiconductors // Physical Review.— 1968.— Vol. 175, № 3.— P. 991—1009.— https://doi.org/10.1103/ PhysRev.175.991 18. Wolf C. M., Stillman G. E., Lindley W. T. Electron mobility in high-purity GaAs // Journal of Applied Physics.— 1970.— Vol. 41, № 7.— P. 3088.— https:// doi.org/10.1063/1.1659368 19. Ruihua Nan, Wanqi Jie et al. Determination of trap levels in CdZnTe:In by thermally stimulated current spectroscopy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China.— 2012.— Vol. 22.— P. 148—152. http://dx.doi. org/10.1016/S1003-6326(12)61700-2 20. Zumbiehl A., Fougeres P., Hage-Ali M еt al. Resistivity simulation of CdZnTe materials // Journal of Crystal Growth.— 1999.— Vol. 197.— P. 670—674. 21. Ruihua Nan, Wanqi Jie, Gangqiang Zha еt al. Irradiation-Induced Defects in Cd0.9Zn0.1Te:Al // Journ. Electronic Materials, 2012.— Vol. 41, № 11.— P. 2044— 2049. http://dx.doi.org/10.1007/s11664-012-2204-5 Дата поступления рукописи в редакцию 21.01 2019 г. О. І. КОНДРИК1, Г. П. КОВТУН1,2 Óêðàїíà, м. Хàðêів, 1ННЦ «ХФТІ» НАН Óêðàїíè, 2Хàðêівсьêèй íàціоíàльíèй уíівеðсèтет імеíі В. Н. Êàðàзіíà E-mail: kondrik@kipt.kharkov.ua ВПЛИВ ÄОМІШОÊ І СТРÓÊТÓРНИХ ÄЕФЕÊТІВ НА ЕЛЕÊТРОФІЗИЧНІ ТА ÄЕТЕÊТОРНІ ВЛАСТИВОСТІ CdTe ТА CdZnTe Твердотільні детектори іонізуючих випромінювань, виконані на основі високоомних напівпровідників, можуть використовуватись в сфері моніторингу безпеки ядерних реакторів. Такі високоомні матеріали, як CdTe і CdZnTe, мають дуже хороші електрофізичні і детекторні властивості. Метою даної робо- ти було визначення методом комп’ютерного моделювання характеру впливу домішок і структурних дефектів, а також їхніх кластерів на електрофізичні і детекторні властивості Cd1–xZnxTe (0≤x≤0,3). Обчислення ґрунтувались на добре апробованих моделях, надійність яких підтвердилась при порівнянні результатів моделювання з відомими експериментальними даними. Встановлено, що глибокі донори з рівнем енергії поблизу середини забороненої зони значно розширюють область високоомного стану CdTe та CdZnTe, яка є придатною для створення детекторів випромінювань. Дослідження також дозволили встановити, що на глибоких рівнях вакансій кадмію має місце захоплення та рекомбінація нерівноважних зарядів завдяки дії домішок Ti, V, Ge, Ni, Sn. З цієї причини такі домішки є шкідливими, вони помітно знижують ефективність збору зарядів детекторів на основі CdTe та CdZnTe. Зменшення електронної рухливості в CdTe і CdZnTe може бути спричинене неоднорідним розподілом домішок (домішковими кластерами). За умови рівномірного розподілу домішок в об’ємі кристалу можна досягти прийнятної детекторної якості високоомного CdZnTe у випадку, коли концентрація шкідливих домішок Ti, V, Ni, Sn, Ge не перевищує вміст «фону». Отримані результати можуть допомогти у визначенні умов отри- мання матеріалів CdTe та CdZnTe високої детекторної якості. Ключові слова: CdZnTe, детектори,комп’ютерне моделювання, глибокі рівні, збір зарядів. DOI: 10.15222/TKEA2019.5-6.43 ÓÄÊ 621.315.592.3 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2019, ¹ 5—6 50 ISSN 2225-5818 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 8 A. I. KONDRIK1, G. P. KOVTUN1,2 Ukraine, 1NSC «Kharkov institute of Physics and Technology, 2V. N. Karazin Kharkov National University E-mail: kondrik@kipt.kharkov.ua INFLUENCE OF IMPURITIES AND STRUCTURAL DEFECTS ON ELECTROPHYSICAL AND DETECTOR PROPERTIES OF CdTe AND CdZnTe Solid-state ionizing radiation detectors based on high-resistance semiconductors can be used to monitor the safety of nuclear reactors. High-resistance CdTe and CdZnTe have very good electrophysical and detector properties. The objective of this study was to use computer simulation to determine how impurities and structural defects, as well as their clusters, affect electrophysical and detector properties of Cd1-xZnxTe (0≤x≤0.3). The calculations were based on well-tested models, the reliability of which was confirmed when comparing simulation results with well-known experimental data. It has been established that deep donors with energy levels near the middle of the band gap considerably extend the area of the high-resistance state of CdTe and CdZnTe, which is suitable for the creation of radiation detectors. The capture and recombination of non-equilibrium charge carriers occurs at the deep levels of cadmium vacancies owing to the influence of Ti, V, Ge, Ni, and Sn impurities. For this reason, such impurities are considered to be harmful, noticeably reducing the efficiency of charge collection η in CdTe and CdZnTe detectors. The decrease of electron mobility in CdTe and CdZnTe can be caused by the distribution heterogeneity of impurities (impurity clusters).When concentration of harmful impurities Ti, V, Ni, Sn, Ge does not exceed the content of the "background", provided that the impurities are distributed over the crystal uniformly, it is possible to obtain high- resistance CdZnTe of an acceptable detector quality. The obtained results could help determining conditions for producing CdTe and CdZnTe materials of high detector quality. Keywords: CdZnTe, detectors, computer simulation, deep levels, charges collection. DOI: 10.15222/TKEA2019.5-6.43 UDC 621.315.592.3 REFERENCES 1. Knoll G. F. Radiation Detection and Measurement. 4th edition, John Wiley&Sons, Inc., 2010, 829 p. 2. Pekarek J., Belas E., Zazvorka J. Long-term stable surface treatments on CdTe and CdZnTe radiation detec- tors. Journal of Electronic Materials, 2017, vol. 46, no. 4, pp. 1996–2002. http://dx.doi.org/10.1007/s11664-016-5065-5 3. Kim K. H., Hwang S., Fochuk P. et al. The ef- fect of low-temperature annealing on a CdZnTe detec- tor. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2016, vol. 63, no. 4, pp. 2278-2282. http://dx.doi.org/10.1109/ TNS.2016.2583546 4. Reihon M., Franc J., Zazvorka J., Dedic V. Influence of low temperature annealing on Schottky barrier height and sur- face electrical properties of semiinsulating CdTe. Semiconductor Science and Technology, 2017, vol. 32, no.8, pp. 085007–1-6. http://dx.doi.org/10.1088/1361-6641/aa7500 5. Bell S. J., Baker M. A., Duarte D. D., Schneider A. et al. Performance comparison of small-pixel CdZnTe radiation detectors with gold contacts formed by sputter and electro- less deposition. Journal of Instrumentation, 2017, vol. 12, pp. 06015-1-10. https://doi.org/10.1088/1748- 0221/12/06/P06015 6. Bell S. J., Baker M. A., Duarte D. D. et al. Characterization of the metal semiconductor interface of gold contacts on CdZnTe formed by electroless deposition. Journal of Physics D: Applied. Physics, 2015, vol. 48, pp. 275304–275317. http://dx.doi.org/10.1088/0022- 3727/48/27/275304 7. Sadullaev A. B. [State of impurity atoms with deep lay- ers in semiconductors under strong compensation conditions]. Molodoi Uchenyi, 2011, vol. 1, no. 12, pp. 48–50. https:// moluch.ru/archive/35/3956/ (Rus) 8. Ruihua Nan, Tao Wang, Gang Xu еt al. Compensation processes in high-resistivity CdZnTe crystals doped with In/ Al. Journal of Crystal Growth, 2016, vol. 451, pp. 150-154. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.07.032 9. Hofmann D. M., Stadler W., Christmann P., Meyer B. K. Defects in CdTe and Cd1–xZnxTe. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res.A, 1996, vol. 380, iss. 1-2, pp. 117-120. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(96)00287-2 10. Castaldini A., Cavallini A., Fraboni B. еt al. Deep energy levels in CdTe and CdZnTe. J. Appl. Phys, 1998, vol. 83, iss. 4, pp. 2121-2126. 11. Novikov G. F., Radychev N. A. Russian Chemical Bulletin, 2007, vol. 56, no. 5, pp. 890–894. https://doi. org/10.1007/s11172-007-0134-9 (Rus) 12. Kolobov G.A., Karpenko A.V. [Refining of light, rare, rare-earth and radioactive metals]. Voprosy Atomnoi Nauki i Tekhniki, 2016, no. 1, pp. 3–9. (Rus) 13. Devyatykh G. G. [Developing high-clean materials]. In collection: Suchasne Materialoznavstvo XXI Storichchya. Kiyiv, Naukova dumka, 1998, 658 p. (Ukr) 14. Azhazha V. M., Kovtun G. P., Neklyudov I.M. [Complex approach to producing high-clean materials for electronics]. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2002, no. 6, pp. 3–6. (Rus) 15. Bonch-Bruevich V.L., Kalashnikov S. G. Fizika poluprovodnikov [Semiconductor physics]. Moscow. Nauka, 1990, 685 p. (Rus) 16. Segall B., Lorenz M. R., Halsted R. E. Electrical properties of n-type CdTe. Physical Review, 1963, vol. 129, no. 6, pp. 2471–2481. 17. Faulkner R. A. Toward a theory of impurities in semiconductors. Physical Review, 1968, vol. 175, no. 3, pp. 991–1009. https://doi.org/10.1103/PhysRev.175.991 18. Wolf C. M., Stillman G. E., Lindley W. T. Electron mobility in high-purity GaAs. Journal of Applied Physics, 1970, vol. 41, no. 7, pp. 3088. https://doi. org/10.1063/1.1659368 19. Ruihua Nan, Wanqi Jie at al. Determination of trap lev- els in CdZnTe:In by thermally stimulated current spectroscopy. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2012, vol. 22, pp. 148–152. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(12)61700-2 20. Zumbiehl A., Fougeres P., Hage-Ali M еt al. Resistivity simulation of CdZnTe materials. Journal of Crystal Growth, 1999, vol. 197, pp. 670–74. 21. Ruihua Nan, Wanqi Jie, Gangqiang Zha еt al. Irradiation-induced defects in Cd0.9Zn0.1Te:Al. Journ. Electronic Materials, 2012, vol. 41, no. 11, pp. 2044–2049. https://doi.org/10.1007/s11664-012-2204-5 Описание статьи для цитирования: Êоíдðèê А. И., Êовтуí Г. П. Влèяíèе пðèмесей è стðуê- туðíых дефеêтов íà элеêтðофèзèчесêèе è детеêтоðíые свойствà CdTe è CdZnTe. Техíо логèя è êоíстðуè ðовàíèе в элеêтðоííой àппàðàтуðе, 2019, №5-6, с. 43—50. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.5-6.43 Cite the article as: Kondrik A. I., Kovtun G. P. Influence of impurities and structural defects on electrophysical and detector properties of CdTe and CdZnTe. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2019, no. 5-6, pp. 43-50. http:// dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.5-6.43

Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe

Репозитарії

Схожі ресурси