ВВЕДЕНИЕ 3
1 Основные сведения о свойствах материала 4
1.1 Дефекты кристаллической структуры полупроводников 4
1.2 ЕЕ2-центры в полуизолирующем GaAs 5
1.3 Влияние условий роста и постростового отжига на характеристики дефектов ЕЕ2 8
1.4 Влияние высокотемпературного отжига на характеристики SI GaAs 11
1.5 Основные свойства SI GaAs и детекторных структур на его основе 14
1.6 Выводы по литературному обзору 16
2 Методика эксперимента 17
2.1 Методика картирования распределения фотопроводимости по пластине 17
2.2 Методика картирования распределения удельного сопротивления по пластине 18
2.3 Схема измерения вольт - амперных характеристик детекторов 20
2.4 Методика определения холловской подвижности методом Ван-дер-Пау 21
3 Экспериментальные результаты 22
3.1 Экспериментальные образцы 22
3.2 Исходный материал 23
3.3 Отжиг при температуре 900 °С 25
3.4 Отжиг при температуре 1000 °С 27
3.5 Отжиг при температуре 1050 °С 30
3.6 Сравнение экспериментальных результатов 32
3.7 Анализ полученных результатов 36
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Большой интерес современного научного сообщества к детекторам ионизирующего излучения спровоцировал ученых к изучению свойств материалов и определению их оптимальных параметров для данного применения. Рассматриваемые детекторы находят применение во многих областях научной и практической деятельности, таких как астрофизика, материаловедение, радиационный контроль и медицина.
На данный момент рынок твердотельных частиц высоких энергий и у-квантов наиболее активно работает с высокоомным кремнием (Si). Разработка цифровых сенсоров затрудняется тем, что данный материал не обладает свойствами, которые становятся востребованными в данной области, например, высокая радиационная стойкость. Следовательно, активно исследуются альтернативные материалы, такие как теллурид кадмия, фосфид индия и другие. Перспективным материалом считается арсенид галлия (GaAs).
Для детекторов ионизирующего излучения на данный момент используют высокоомный арсенид галлия, легированный хромом (HR-GaAs:Cr). Он обладает многими преимуществами перед другими материалами, такими как высокое удельное сопротивление (109 Ом-см), но диффузия хрома ограничивает максимально допустимую ширину активной области, а также обеспечивает неоднородности в материале. Из нелегированного полуизолирующего арсенида галлия (SI GaAs) возможно сделать детектор с необходимой шириной активной области, что позволит работать с более высокими энергиями, но в данном материале достаточно малое время жизни электронов, что влияет на работоспособность детектора.
Известно, что высокотемпературный отжиг позволяет добиться более равномерного распределения параметров в материале, что, безусловно, улучшает характеристики детекторов ионизирующего излучения на его основе. Соответственно дальнейшее исследование влияния отжига на SI GaAs поможет создавать более совершенные структуры.
В ходе эксперимента было проведено исследование влияния разных режимов высокотемпературного отжига в атмосфере аргона на параметры SI GaAs:EL2. Отжиг проведен при температурах 900 °С, 1000 °С и 1050 °С в течении 6 часов. Для контроля параметров были проведены измерения следующих электрических и оптических характеристик: удельное сопротивление, фотопроводимость, время жизни носителей заряда, холловская подвижность и темновой ток.
Установлено, что:
1. SI GaAs:EL2 является метастабильным материалом свойства которого зависят от температуры отжига, при этом оптимальной температурой отжига для SI GaAs:EL2s в атмосфере аргона являются температуры не превышающие 1000 °С;
2. изменение электрических и оптических параметров SI GaAs:EL2 обусловлено образованием термоакцепторов в материале в процессе отжига и, как следствие, изменением положения уровня Ферми;
3. высокотемпературный отжиг позволяет значительно повысить удельное сопротивление материала и уменьшить протекающий темновой ток. Данные характеристики и наличие относительно высокого значения подвижности (ци~- 6000 см2/В-с) дают возможность найти применение SI GaAs в качестве материала для сенсоров рентгеновского излучения.
