Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами
GaP LEDs with atypical current characteristics are studied by optical and electrical methods. The thin structure of an S-shaped NDR region which appears in the current-voltage characteristics at low temperatures (100–77 K) after irradiation has become more expressive and possesses the higher oscil...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4125 |
| 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: | Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами / О.В. Конорева, В.Ф. Ластовецький, П. Г. Литовченко, В.Я. Опилат, Ю. Г. Гришин, I.В. Петренко, М.Б. Пiнковська, В.П. Тартачник // Доп. НАН України. — 2008. — № 3. — С. 71-76. — Бібліогр.: 9 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-4125 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-41252010-03-11T14:29:11Z Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами Конорева, О.В. Ластовецький, В.Ф. Ластовецький, В.Ф. Опилат, В.Я. Гришин, Ю. Г. Петренко, I.В. Пiнковська, М.Б. Тартачник, В.П. Фізика GaP LEDs with atypical current characteristics are studied by optical and electrical methods. The thin structure of an S-shaped NDR region which appears in the current-voltage characteristics at low temperatures (100–77 K) after irradiation has become more expressive and possesses the higher oscillation amplitude. The high destructive influence of fast neutrons on the emitting recombination is caused by two factors: the electrical fields of radiation defects and the capture of charged carriers by their levels. 2008 Article Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами / О.В. Конорева, В.Ф. Ластовецький, П. Г. Литовченко, В.Я. Опилат, Ю. Г. Гришин, I.В. Петренко, М.Б. Пiнковська, В.П. Тартачник // Доп. НАН України. — 2008. — № 3. — С. 71-76. — Бібліогр.: 9 назв. — укp. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4125 538.935 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Фізика Фізика |
| spellingShingle |
Фізика Фізика Конорева, О.В. Ластовецький, В.Ф. Ластовецький, В.Ф. Опилат, В.Я. Гришин, Ю. Г. Петренко, I.В. Пiнковська, М.Б. Тартачник, В.П. Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| description |
GaP LEDs with atypical current characteristics are studied by optical and electrical methods.
The thin structure of an S-shaped NDR region which appears in the current-voltage characteristics at low temperatures (100–77 K) after irradiation has become more expressive and possesses
the higher oscillation amplitude. The high destructive influence of fast neutrons on the emitting
recombination is caused by two factors: the electrical fields of radiation defects and the capture
of charged carriers by their levels. |
| format |
Article |
| author |
Конорева, О.В. Ластовецький, В.Ф. Ластовецький, В.Ф. Опилат, В.Я. Гришин, Ю. Г. Петренко, I.В. Пiнковська, М.Б. Тартачник, В.П. |
| author_facet |
Конорева, О.В. Ластовецький, В.Ф. Ластовецький, В.Ф. Опилат, В.Я. Гришин, Ю. Г. Петренко, I.В. Пiнковська, М.Б. Тартачник, В.П. |
| author_sort |
Конорева, О.В. |
| title |
Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| title_short |
Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| title_full |
Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| title_fullStr |
Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| title_full_unstemmed |
Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| title_sort |
особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Фізика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4125 |
| citation_txt |
Особливостi струмових нестабiльностей фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами / О.В. Конорева, В.Ф. Ластовецький, П. Г. Литовченко, В.Я. Опилат, Ю. Г. Гришин, I.В. Петренко, М.Б. Пiнковська, В.П. Тартачник // Доп. НАН України. — 2008. — № 3. — С. 71-76. — Бібліогр.: 9 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT konorevaov osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT lastovecʹkijvf osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT lastovecʹkijvf osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT opilatvâ osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT grišinûg osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT petrenkoiv osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT pinkovsʹkamb osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami AT tartačnikvp osoblivostistrumovihnestabilʹnostejfosfidogaliêvihsvitlodiodivoprominenihnejtronami |
| first_indexed |
2025-07-02T07:21:14Z |
| last_indexed |
2025-07-02T07:21:14Z |
| _version_ |
1836518866419712000 |
| fulltext |
5. Shelby R.A., Smith D.R., Schultz S. Experimental verification of a negative index of refraction // Science. –
2001. – 292, No 6. – P. 77–79.
6. Агранович В.М., Гинзбург В.Л. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория
экситонов. – Москва: Наука, 1979. – 432 с.
7. Agranovich V.M., Gartstein Yu.N., Zakhidov A.A. Negative refraction in gyrotropic media // Phys. Rev. –
2006. – B73, No 4. – 045114 (12pages).
8. Shadrivov I.V., Zharov A.A., Kivshar Yu. S. Second-harmonic generation in nonlinear left-handed meta-
materials // J. Opt. Soc. America. – 2006. – B23, No 3. – P. 529–534.
9. Kozyrev A. B., Kim H., Karbassi A., Van der Weid D.W. Wave propagation in nonlinear left-handed
transmission line media // Appl. Phys. Lett. – 2005. – 87, No 12. – 121109 (3 pages).
10. Krowne C.M., Zhang Y. Physics of negative refraction and negative index materials: optical and electronic
aspects and diversified approaches. – Berlin: Springer, 2007. – 389 p.
11. Довгий Я.О., Кость Я.П., Маньковська I. Г., Сольський I.М. Про природу гiротропiї парателури-
ту // Укр. фiз. журн. – 2007. – 57, № 10. – С. 981–984.
Надiйшло до редакцiї 07.06.2007Львiвський нацiональний унiверситет iм. Iвана Франка
УДК 538.935
© 2008
О.В. Конорева, В.Ф. Ластовецький, П. Г. Литовченко,
В.Я. Опилат, Ю.Г. Гришин, I. В. Петренко, М. Б. Пiнковська,
В.П. Тартачник
Особливостi струмових нестабiльностей
фосфiдо-галiєвих свiтлодiодiв, опромiнених нейтронами
(Представлено академiком НАН України I.М. Вишневським)
GaP LEDs with atypical current characteristics are studied by optical and electrical methods.
The thin structure of an S-shaped NDR region which appears in the current-voltage characteri-
stics at low temperatures (100–77 K) after irradiation has become more expressive and possesses
the higher oscillation amplitude. The high destructive influence of fast neutrons on the emitting
recombination is caused by two factors: the electrical fields of radiation defects and the capture
of charged carriers by their levels.
Вiдомо, що на ВАХ напiвпровiдникових приладiв дiлянки з вiд’ємним диференцiальним
опором (ВДО) виникають як наслiдок iснування позитивного зворотного внутрiшнього
зв’язку, зумовленого передачею частини потужностi вихiдного сигналу на вхiд приладу
у фазi iз вхiдним сигналом. Типовий генератор на транзисторi має лiнiю зворотного пози-
тивного зв’язку, завдяки якiй у контур вноситься вiд’ємний опiр, який компенсує втрати.
У напiвпровiдниках такий зв’язок забезпечується процесами, що протiкають всерединi при-
ладу [1]. Розрiзняють два його види: зворотний позитивний зв’язок за струмом (S-тип) та
за напругою (N -тип). Виникнення ВДО може бути зумовлене впливом рiзноманiтних ме-
ханiзмiв: зростанням часу життя iнжектованих носiїв, збiльшенням їх рухливостi, змiною
коефiцiєнта iнжекцiї p-n-переходу. У роботах [2–4] показано, що визначальну роль у розвит-
ку S-подiбної дiлянки може вiдiгравати як зростання часу життя носiїв, так i нагрiвання
струмом високоомної компенсованої областi p-n-переходу.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №3 71
Рис. 1
У данiй роботi ми продовжили вивчення cтрумових нестабiльностей промислових GaP
свiтлодiодiв, пiдданих дiї нейтронної радiацiї, роблячи акцент на з’ясуваннi природи тонкої
структури ВДО. Об’єктами вивчення були зеленi та червонi фосфiдо-галiєвi дiоди, вироще-
нi методом подвiйної рiдинної епiтаксiї, легованi азотом та цинком i киснем вiдповiдно [5].
Вимiрювання ВАХ 77–300 К проводилося прецизiйним автоматизованим комплексом у ре-
жимах генератора струму (ГС) (з кроком ∆I вiд 5 до 1 мА) та генератора напруги (ГН)
(∆U = 0,2 В); керування здiйснював комп’ютер. Опромiнення швидкими нейтронами ре-
актора (Ē = 2 МеВ) проводилося при температурi, близькiй до кiмнатної (T = 300 ◦С).
Виявлено, що при кiмнатнiй температурi ВАХ серiйного заводського дiода пiдлягає кла-
сичнiй закономiрностi
I = IS(eeU/(nkT )
− 1),
де IS = en2
i
(
Dn
LnNA
+
Dp
LpND
)
— зворотний струм p-n-переходу, зумовлений неосновними
носiями; Dn, Dp; Dn, Dp; ND,A — коефiцiєнти дифузiї, дифузiйнi довжини та концентрацiї
обох типiв носiїв [6].
Зниження температури дiода до 85–90 К приводить до виникнення на ВАХ (режим ГС)
дiлянки ВДО S-типу, яка розширюється при подальшому охолодженнi зразка. Зменшення
величини змiни кроку струму до ∆I = 1 мА спричиняє розпад плавної S-дiлянки ВДО
на окремi осциляцiї. Найвиразнiше тонка структура ВДО проявляється при 77 К (рис. 1).
Пiсля проходження областi ВДО струм рiзко зростає. Опромiнення дiода нейтронами (Φ =
= 1016 см−2) збiльшує амплiтуду осциляцiй у напрямку осi напруг, осциляцiйнi пiки великої
iнтенсивностi виникають також в областi рiзкого зростання cтрумiв на ВАХ.
72 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №3
Рис. 2
У режимi генератора напруги на залежностях струму вiд напруги I (V ) виникають дi-
лянки N -типу ВДО, причому у бiльшостi дiодiв вони також характеризуються наявнiстю
тонкої структури, яка в опромiненому зразку стає виразнiшою та вiдрiзняється вiд струк-
тури вихiдного зразка значно бiльшою амплiтудою коливань струму (рис. 2).
Щодо механiзмiв, здатних формувати режими ВДО на ВАХ фосфiдо-галiєвих дiодiв за
низьких температур, зупинимось спочатку на S-подiбних дiлянках, виявлених на прямiй
гiлцi I (V )-характеристики.
Якщо порiвняти величини теплових потужностей, розсiюваних дiодом у момент перехо-
ду в режим ВДО для вихiдного та опромiненого нейтронами зразка, можна помiтити, що во-
ни помiтно не вiдрiзняються (точка A — для вихiдного дiода P1 = I1U1 = 21,33 мА·13,76B =
= 293·10−3 Вт; вiдповiдно точка A2 — для опромiненого зразка, P2 = I2U2 = 15 мА·19,58 B =
= 293,7 · 10−3 Вт) (рис. 1). Отже, вирiшальну роль у процесi переходу дiода у низькоомний
стан вiдiграє, очевидно, тепловий ефект. Далi зростання провiдностi зразка супроводжуєть-
ся зменшенням розсiюваної потужностi, тобто охолодженням дiода (∆P ≈ 212 · 10−3 Вт).
Попередньо спустошенi теплом рiвнi заповнюються знову. Зростання величини струму, за-
безпечене джерелом (режим генератора струму), приводить до “нормального” зростання
напруги на дiодi. В точцi В дiод перегрiвається знову i процес повторюється. Пiсля певно-
го числа осциляцiйних пiкiв струм починає рiзко зростати, що, найвiрогiднiше, зумовлено
впливом значної надбар’єрної емiсiї носiїв, коли їх кiлькiсть набагато перевищує число рiв-
нiв, вiдповiдальних за виникнення осциляцiйного ефекту.
Слiд зауважити, що розвиток осциляцiйного процесу супроводжується зростанням роз-
сiюваної потужностi для кожного пiка (див. рис. 1). Така поведiнка дiода, очевидно, є на-
слiдком поступового втягнення у формування осциляцiй рiвнiв, розташованих на все бiль-
шiй глибинi у забороненiй зонi — напiвпровiдника. Зростання амплiтуди коливань напруги
в опромiненому дiодi порiвняно з вихiдним (див. рис. 1) — прямий наслiдок введення нейт-
ронами глибоких рiвнiв у кристал, яке супроводжується захопленням носiїв струму, як у n-,
так i в областi p-n-структури, i вiдповiдним зменшенням провiдностi матерiалу.
Виходячи з результатiв, поданих на рис. 1, та даних, одержаних за методом Холла при
вiдпалi кристалiв GaP, опромiнених нейтронами (рис. 3), можна зробити оцiнки швидкостi
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №3 73
Рис. 3
видалення носiїв, dn/dΦ, та коефiцiєнта пошкодження концентрацiї носiїв. Як згадано по-
передньо, тепловi потужностi розсiювання у момент переходу в стан ВДО для вихiдного
та опромiненого дiодiв однаковi (P1 = P2. Оскiльки P = I2R, a опiр R ∼ 1/qnµ, то, пiд-
ставляючи параметри з врахуванням того, що концентрацiя n експоненцiйно залежить вiд
дози опромiнення, а рухливiсть носiїв струму для дози Φ = 1016 см−2 зменшується вдвiчi
(µ2 = 1/2µ1), можна записати
I2
1
n0
=
1
2
I2
2
n0
e−KnΦ;
Kn =
ln 2
Φ
+
2
Φ
ln
I1
I2
=
1
Φ
(
ln 2 + 2 ln
I1
I2
)
.
Використовуючи експериментальнi данi (див. рис. 1), одержимо для величини вiдносної
швидкостi видалення носiїв Kn =
1
n0
(
dn
dΦ
)
= 1,37 · 10−16 см2.
Ця величина для GaP iз середньою концентрацiєю носiїв ni = 1017 см−3 близька до
значення, отриманого методом Холла (див. рис. 3). Вiдзначимо також, що результат добре
узгоджується з висновками, одержаними в [7, 8] для GaAs.
Використовуючи експериментальнi данi, коефiцiєнт пошкодження рухливостi можна ви-
значити з виразу [8]
µ
µ0
= (1 + KµΦ)−1
· Kµ = 10−16 см2.
Оскiльки дозова залежнiсть iнтенсивностi свiчення GaP при нейтронному опромiненнi
також експоненцiйна майже до максимальних доз, при яких дiод уже не випромiнює, то за
аналогiєю коефiцiєнт пошкодження люмiнесценцiї дорiвнює
I = I0e
−KлΦ.
74 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №3
Рис. 4
Оцiнки (рис. 4) дають значення для Kл = (5,4–9)·10−16 см2. Порiвнюючи його з величи-
нами Kn та Kµ, бачимо, що iнтенсивнiсть рекомбiнацiйного випромiнювання найчутливiша
до нейтронних потокiв, що пов’язано iз руйнуванням зв’язаних екситонiв полями радiацiй-
них пошкоджень [9].
У режимi генератора напруги (130–77 К) на прямiй дiлянцi ВАХ (див. рис. 2) до по-
чатку областi ВДО виникають N -подiбнi дiлянки вiд’ємного опору, яким також властива
тонка структура. На ВАХ окремих дiодiв можна було спостерiгати декiлька дiлянок N -ти-
пу, розташованих одна вслiд за iншою при збiльшеннi напруги. Порiвняльнi оцiнки величин
розсiюваних потужностей у точцi переходу в режим ВДО вихiдних та опромiнених зразкiв
свiдчить про мiнiмальний вплив теплового ефекту на виникнення ВДО N -типу. Зменшен-
ня струму при зростаннi прикладеної до дiода напруги може бути викликане впливом двох
факторiв: зменшення концентрацiї носiїв струму та падiння їх рухливостi.
Друга причина, як вiдомо, є головною при виникненнi N -дiлянки ВДО у кристалi ар-
сенiду галiю, коли пiд впливом електричного поля електрони переходять iз мiнiмуму, роз-
ташованого в центрi зони Брiлюена, де вони “легкi”, у вище розташований мiнiмум (край
зони), де носiї стають “важкими”. У фосфiдi галiю така ймовiрнiсть не може реалiзувати-
ся принаймнi тому, що вище розташований мiнiмум зони провiдностi є мiнiмумом “легких”
електронiв. Тому падiння струму потрiбно пов’язувати iз зменшенням концентрацiї елект-
ронiв при наближеннi величини напруги до значення, яке вiдповiдає N -зриву на ВАХ.
Подiбне зменшення може спостерiгатися в результатi тунелювання носiїв на рiвень кван-
тової ями, iснування якої зумовлене присутнiстю дефектiв гратки. Висловлена гiпотеза
пiдтверджується також тiєю обставиною, що вiдношення Imax/Imin в межах ВДО N -типу
зростає при додатковому введеннi дефектiв внаслiдок нейтронного опромiнення.
Зрозумiло, що механiзм тунелювання носiїв в область квантової ями починає працювати
тодi, коли внаслiдок зростання напруженостi поля у p-n-переходi квазiрiвень Фермi однiєї
з областей p-n-переходу розташовується навпроти середнього рiвня цього складного дефек-
ту. Про його складнiсть свiдчить як iснування структури у N -областi ВДО, так i факт, що
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №3 75
повторнi пiки N -типу пiсля основного скачка якiсно змiнюються i при опромiненнi, i при
вiдпалi 600 ◦С (див. рис. 2).
Пiдсумовуючи, слiд сказати, що, застосовуючи прецизiйну апаратуру для вивчення
струмових нестабiльностей GaP свiтлодiодiв за температури 100–77 К, вдалося виявити тон-
ку структуру на дiлянках ВАХ з ВДО. Оцiнки величин розсiюваної потужностi показують,
що ймовiрною причиною виникнення дiлянок S-типу є тепловий ефект, який перiодично
спустошує глибокi рiвнi, збiльшуючи провiднiсть дiода. Дiлянки N -типу, що виникають на
прямих ВАХ у режимi генератора напруги, можуть бути зумовленi тунелюванням носi-
їв струму у квантовi ями, утворенi дефектами структури зразка. Нейтронне опромiнення
зумовлює збiльшення осциляцiйних пiкiв на тонкiй структурi ВАХ та погiршення випромi-
нювальної здатностi свiтлодiодiв. Висока деструктивна здатнiсть опромiнення стосовно ви-
промiнювальної рекомбiнацiї пояснюється одночасним впливом на зв’язанi екситони в GaP
двох факторiв: дiєю електричних полiв введених дефектiв та захватом носiїв струму їхнiми
рiвнями. Зроблено оцiнки коефiцiєнтiв пошкодження Kn = 1,37 · 10−16 см2; Kµ = 10−16 см2;
Kл = (5,4–9) · 10−16 см2.
1. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. – Москва: Сов. радио, 1980. –
295 с.
2. Вhargava R.N. Negative resistance in GaP electroluminescent diodes // Appl. Phys. Lett. – 1969. – 14,
№ 2. – С. 193–197.
3. Maeda K. Double injection in GaP electroluminescent diodes // Jap. J. Appl. Phys. – 1970. – 9, No 1. –
С. 71–78.
4. Манжара В.С., Тартачник В.П. Природа вiд’ємного диференцiального опору фосфiд-галiєвих свi-
тлодiодiв // Укр. фiз. журн. – 2002. – 46, № 2. – С. 196–199.
5. Андреев В.М., Долгинов Л.М., Третьяков Д.Н. Жидкостная эпитаксия в технологии полупрово-
дниковых приборов. – Москва: Сов. радио, 1975. – 327 с.
6. Берг А., Дин П. Светодиоды. – Москва: Мир, 1979. – 686 с.
7. Marcees G.H., Bruemma H.P. Radiation Damage in GaAs Gunn Diodes // Trans. Nucl. Sci. – 1970. –
NS – 17. – P. 230.
8. Коршунов Ф.П., Гатальский Г. В., Иванов Г.М. Радиационные эффекты в полупроводниковых при-
борах. – Минск: Наука и техника, 1978. – 231 с.
9. Литовченко П. Г., Манжара В.С., Опiлат В.Я. та iн. Рекомбiнацiя в опромiненому фосфiдi галiю //
Фiзика i хiмiя тв. тiла. – 2005. – Вип. 6, № 1. – С. 50–56.
Надiйшло до редакцiї 11.07.2007Iнститут ядерних дослiджень НАН України, Київ
76 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №3
|