Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Исследование процессов релаксации неравновесных носителей заряда в арсениде галлия

Работа №192844

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

физика

Объем работы44
Год сдачи2018
Стоимость5440 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
11
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Реферат 3
Введение 5
1. Терагерцовая спектроскопия и измерение времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках (литературный обзор) 7
1.1 Свойства, применения и способы генерации терагерцового излучения 7
1.2 Детектирование терагерцового излучения методом электрооптического стробирования 8
1.3 Измерение времени релаксации неравновесных состояний в оптических
материалах методом «возбуждение-зондирование»
1.4 Принципы терагерцовой спектроскопии во временной области 11
1.5 Представление о времени жизни неравновесных носителей заряда в
полупроводниках. Основные механизмы рекомбинации
1.5.1 Ударная Оже - рекомбинация 15
1.5.2 Рекомбинация Шокли- Рида. Поверхностная рекомбинация 16
1.6 Заключение по литературному обзору и постановка задачи 17
2. Экспериментальная методика определения времени жизни неравновесных
носителей заряда
2.1 Схема экспериментальной установки pump-probe терагерцовой спектроскопии 19
2.2 Измерение временных профилей коэффициента пропускания фотовозбужденнных полупроводников LT-GaAs и SI-GaAs:Cr
2.3 Аппроксимация экспериментальных данных и расчет времени жизни. 21
3. Механизмы рекомбинации и время жизни неравновесных носителей заряда в LT- GaAs и SI-GaAs:Cr
3.1 Результаты исследования релаксации неравновесных носителей заряда в LT-GaAs и SI-GaAs:Cr
3.2 Анализ полученных результатов 29
Заключение 37
Литература 38
ПРИЛОЖЕНИЕ А 40


Параметры неравновесных носителей заряда в арсениде галлия являются важными для работы приборов на его основе. Для некоторых приборов, например, фотопроводящих дипольных антенн или ключей Остона, необходимо малое время жизни, которые в некоторых арсенид-галлиевых структурах может достигать 200-500 фс. Наоборот, для арсенид-галлиевых детекторов рентгеновского излучения необходимы структуры с большим временем жизни неравновесных носителей заряда, которое может достигать сотен наносекунд. Для управления, а том числе времени жизни неравновесных носителей заряда, применяются соответствующие технологии модифицирования свойств арсенида галлия (легирование из расплава, диффузионное легирование, температурные обработки и др.). В этой связи представляют интерес исследования механизмов релаксации носителей заряда, в том числе определение параметров дефектов (ловушек), таких как сечения захвата, концентрация, энергетические положения для материалов с различной предысторией. При этом имеется практический интерес в создании надежных методов контроля свойств полупроводникового материала, который будет использоваться для изготовления устройств. Одной из перспективных методик для определения времени жизни неравновесных носителей заряда является техника «накачка-зонд», в которой после возбуждения в образце неравновесной концентрации носителей заряда с помощью короткого лазерного импульса высокой интенсивности осуществляется зондирование пропускания терагерцовым излучением с определенными задержками по времени. Временное разрешение метода может быть менее 100 фс.
В настоящей работе решается задача, связанная с исследованием возможности применения метода терагерцовой pump-probe спектроскопии для определения свойств арсенида галлия, легированного хромом (GaAs:Cr), являющегося основой для создания детекторов рентгеновского излучения. Наряду с экспериментальными задачами по реализации схемы измерения и непосредственного их выполнения будут решаться задачи, связанные с обработкой и моделированием экспериментальных зависимостей коэффициента пропускания и расчетами на их основе времен жизни неравновесных носителей заряда. Имеются сложности, связанные с возможной зависимостью процессов от интенсивности накачки (возможно и длины волны) и сопоставлением с данными измерений другими методами, например, связанными с измерением эффективности сбора заряда.
Настоящая работа направлена на решение указанных выше проблем. Успешное выполнение работы будет иметь практическое значение и применение для контроля пластин исходного материала при создании детекторов рентгеновского излучения.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. При уровнях концентрации неравновесных носителей заряда в GaAs:Cr, генерируемых при фотовозбуждении образца фемтосекундными лазерными импульсами на центральной длине волны вблизи 800 нм и обеспечивающих достаточное для проведения измерений ослабление терагерцового луча в методе «накачка-зонд», существенный вклад в величину эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда дают механизмы Оже-рекомбинации, которые являются преобладающими при концентрациях носителей заряда выше 5’1017¬5-1018 см-3.
2. Метод терагерцовой спектроскопии «накачка-зонд» при исследованиях процессов релаксации неравновесных носителей заряда в GaAs:Cr позволяет оценить уровень эффективного времени жизни, характерного для невысоких (менее 1016 см-3) концентраций неравновесных носителей заряда и обусловленного рекомбинацией Шокли-Рида.
Основные результаты диссертации были представлены на конференции: Российская конференция и школа молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники, «Исследование времени жизни неравновесных носителей заряда в GaAs:Cr методом терагерцовой pump-probe спектроскопии», Россия.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В результате выполненной работы проведено исследование временной динамики процессов релаксации неравновесной концентрации носителей заряда в полупроводниковых кристаллах GaAs, LT-GaAs и GaAs:Cr методом терагерцовой pump-probe спектроскопии. Проведен анализ полученных экспериментальных данных в рамках модели с учетом поверхностной и объемной рекомбинации Шокли-Рида, излучательной рекомбинации, Оже-рекомбинации «зона-зона» и Оже-рекомбинации через ловушки. Установлено, что при уровнях концентрации неравновесных носителей заряда, возникающих в проведённых экспериментах, с возбуждением образца излучением с длительностью импульса 35 фс, энергией в импульсе 0,26 мДж на центральной длине волны 791 нм, существенное влияние оказывают механизмы Оже-рекомбинации, которые приводят к релаксации неравновесной концентрации носителей заряда в полупроводниковых кристаллах GaAs:Cr за характерные времена порядка 500 пс и меньше. Механизмы Оже-рекомбинации вносят решающий вклад в скорость рекомбинации неравновесных носителей заряда при уровнях инжекции выше 5’1017-5’1018 см-3. При более низких концентрациях основным механизмом рекомбинации является рекомбинация Шокли-Рида. Для большинства образцов GaAs:Cr характерные времена жизни, обусловленные рекомбинацией Шокли-Рида, составляют 1,5 нс. Полученные значения коэффициентов Оже-рекомбинации b и c на уровне 5-10-10 см3/с и 2-10-30 см6/с согласуются с полученными ранее для GaAs по измерения кинетики релаксации фотолюминесценции.
Надежность методики измерения и анализа данных была проверена путем исследования образов с заведомо низким временем жизни неравновесных носителей заряда (LT-GaAs), а также GaAs с EL2-центрами. Для таких образцов получены результаты, сопоставимые с известными данными,
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о возможности применения метода терагерцовой pump-probe спектроскопии для определения времени жизни в полупроводниковых кристаллах GaAs:Cr, предназначенных для изготовления приборов с требуемым низким (фотопроводящие дипольные антенны для генерации терагерцового излучения) и высоким (детекторы ионизирующих изучений) временем жизни неравновесных носителей заряда.



1. Царев М.В., Генерация и регистрация терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами // Учебное пособие. - Нижний Новгород // Нижегородский госуниверситет - 2011 - Саркисов С.Ю., Сафиулин Ф.Д., Скакунов М.С., Толбанов О.П., Тяжев А.В., Назаров М.М. // Изв. ВУЗов. Физика. - 2012. - Т.55. - С. 31-39
2. Sarkisov S.Yu., Safiullin F.D., Skakunov M.S., Tolbanov O.P., Tyazhev A.V., Nazarov M.M., Shkurinov A.P. // Dipole antennas based on SI-GaAs:Cr for generation and detection of terahertz radiation // Russian Physics Journal. - 2013. - V. 55., - P. 890-898
3. Shi W., Jia W.-L., Hou L., Xu J.-Z., Zhang X.-C. // Terahertz Radiation from Large Aperture Bulk Semi-insulating GaAs Photoconductive Dipole Antenna// Chin. Phys. Lett. - 2004.- V. 21- P. 1842-1844
4. Johnston M.B., Whittaker D.M., Corchia A., Davies A.G., Linfield E.H. //Simulation of terahertz generation at semiconductor surfaces// Phys. Rev. B. - 2002. - V. 65. - P. 1-8
5. Leitenstorfer A., Hunsche S., Shah J., Nuss M.C., Knox W.H. //Femtosecond high- field transport in compound semiconductors// Phys. Rev. B. - 2000. - V. 61. - P. 16642-16652
6. Tae-In Jeon, Joo-Hiuk Son, Kay Hyeok An, Young Hee Lee, and Young Seak Lee // Terahertz absorption and dispersion of fluorine-doped single-walled carbon nanotube // Journal of Applied Physics. - 1998 - V. 10. - P. 3-4
7. Norikazu Fuse, Tsuguhiro Takahashi, Yoshimichi Ohki, Ryo Sato, Maya Mizuno, Kaori Fukumada // Terahertz spectroscopy as a new tool for insulating material analysis and condition monitoring // Insul. Mag. - 2011- V.27 - P. 26-35
8. Lei Liu, Arindam Das, // Terahertz shielding of carbon nanomaterials and their composites - A review and applications // Carbon. - 2014- V. 69 - P. 1-169. Kuznetsov V.L.,
9. Kuznetsov V.L., Simonova I.A., Stadnichenko A.I., Ishchenko A.V., Romanenko A.I., Tkachev E.N., Anikeeva O.B. // Oxidation behavior of multiwall carbon nanotubes with different diameters and morphology.// Appl. Surf. Sci.-2012 - V.258. - P. 6272-6280
10. Yulei Shi, Qing-li Zhou, Cunlin Zhang, Bin Jin // Ultafast high-field carrier transport in GaAs measured by femtosecond pump-probe terahertzspe ctroscopy // Dielect. Elect. Insul. - 2008 - V.11. - P. 5-10
11. Papastamatiou M. J., Papaioannou G. J. // Recombination mechanism and carrier lifetimes of semi-insulating GaAs:Cr // Journal of Applied Physics. - 1990 - V. 68. - P. 1094¬1098
12. Huang C. I., Li S. S. // Investigation of the Recombination and Trapping Processes of Photoinjected Carriers in Semi Insulating Cr Doped GaAs Using PME and PC Methods //
Journal of Applied Physics. - 1972 - V.43. - P. 1757-1761
13. Strauss U., Ruhle W. W., and Kohler K. // Auger recombination in intrinsic GaAs // Applied Physics Letters. - 1993 - V.62. - P. 55-57
14. Hiroshi Ito, Tadao Ishibashi // Surface Recombination Velocity in p-Type GaAs // Jpn. J. Appl. Phys. - 1994 - V. 33. - P. 88-89
15. Budnitskii D. L., Novikov V. A., Tolbanov O. P., Prudaev I. A. // Charge-carrier lifetimes in high-resistance GaAs. Doped by chromium diffusion // Russian Physics Journal. - 2008 - V.51. - P. 531-525...16
Содержание магистерской диссертации
Содержание магистерской диссертации
Часть главы

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.