Фотоелектричні та оптичні властивості монокристалів Cd0,96Zn0,04Te

Abstract

У випускній кваліфікаційній роботі досліджено спектральний розподіл фотопровідності та спектральний розподіл коефіцієнта поглинання світла монокристалів Cd0,96Zn0,04Te при Т=300 К. На основі проведених досліжень оцінено значення ширини забороненої зони Eg≈1,57 еВ та визначено енергетичне положення домішкових максимумів (1,41 еВ та 1,51 еВ). Дослідження фізичних властивостей монокристалів Cd0,96Zn0,04Te становить значний інтерес для сучасної фізики та хімії, адже цей матеріал поєднує специфічні електронні та оптичні параметри, що робить його придатним для застосування у високотехнологічних пристроях. Варіювання вмісту Zn дає змогу точно змінювати ширину забороненої зони, покращувати структурну якість і регулювати дефектний стан кристалу, що визначає його електропровідність, фоточутливість і стійкість до радіаційних впливів. Сукупність цих властивостей є вирішальною для розробки γ- та рентгенівських детекторів, інфрачервоних сенсорів, оптоелектронних компонентів і сонячних елементів. У першому розділі кваліфікаційної роботи розглянуті та проаналізовані основні оптичні та фотоелектричні явища, які використовуються в сучасній напівпровідниковій техніці, проаналізовано можливості використання Cd0,96Zn0,04Te в різних галузях науки і техніки. У другому розділі описані основні методики досліджень, які використовувалися для вивчення оптичних та фотоелектричних властивостей монокристалів Cd0,96Zn0,04Te. У третьому розділі представлені результати досліджень оптичних та фотоелектричних властивостей монокристалів Cd0,96Zn0,04Te та їх обґрунтування. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що встановлено, що основний максимум фотопровідності монокристалів Cd0,96Zn0,04Te спостерігався при hν≈1,57 еВ та відповідає міжзонним оптичним переходам. Сумарний спектр фотопровідності у домішковій області формується 3 як суперпозиція трьох Гаусівських компонент, що свідчить про багатофакторний характер фотопровідності. Різкий спад фотопровідності при hν>1,57 еВ обумовлений високою швидкістю поверхневої рекомбінації вільних носіїв заряду. Домішкова область спектрів фотопровідності містить два максимуми (при 1,41 еВ та при 1,51 еВ), кожен із яких пов’язаний з певними типами дефектів. Природа цих піків включає як ізольовані точкові дефекти, так і дефекти, пов’язані з протяжним структурним розупорядкуванням. Енергетична залежність коефіцієнта поглинання світла у монокристалах Cd0,96Zn0,04Te добре описується правилом Урбаха, що свідчить про суттєвий рівень структурного розупорядкування та наявність Урбахівських хвостів у зонній структурі. З аналізу енергетичного розподілу коефіцієнта поглинання отримано значення ширини забороненої зони Eg≈1,53 еВ. Воно добре узгоджується з положенням максимуму фотопровідності hν=1,57 еВ. Отримане значне значення параметра розупорядкування Урбаха ∆0=0,023 еВ вказує на високу концентрацію дефектів та флуктуацій потенціалу, які істотно впливають на формування краю оптичного поглинання. Практичне значення результатів досліджень оптичних та фотоелектричних властивостей монокристалів Cd0,96Zn0,04Te полягає в тому, що напівпровідникові матеріали Cd0,96Zn0,04Te є перспективними для виготовлення чутливих фотодатчиків. Монокристали Cd0,96Zn0,04Te є перспективними як матеріали для фотодіодів, оптичних елементів і модуляторів у середній- та довгохвильовій ІЧ-оптиці, де потрібні стабільні кристали з керованою шириною забороненої зони. Монокристали Cd0,96Zn0,04Te в порівнянні з монокристалами CdTe можуть бути використані як модельні об’єкти для дослідження взаємозв’язку між кристалічною структурою та фізико-хімічними властивостями