УДК 621.315.592.4


АВЕРИН И.А, ПЕЧЕРСКАЯ Р.М.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА
ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ А4B6 МЕТОДОМ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

Пензенский государственный университет,
440026 г. Пенза ул. Красная, 40
тел:(8412) 36-81-62, факс:(8412) 56-51-22
e-mail: micro@diamond.stup.ac.ru

Концентрация электрически активных собственных дефектов и их
тип, управляемые за счет изменения давления пара халькогена в рамках
метода горячей стенки, определяют электрофизические свойства
эпитаксиальных слоев сульфида свинца и твердых растворов на его
основе. В настоящей работе приводятся исследования экспериментальных
зависимостей концентраций носителей заряда в эпитаксиальных слоях на
основе соединений А4B6 от условий синтеза. Тип и концентрация
носителей заряда в эпитаксиальных слоях твердых растворов PbS1-xSex с
диапазоном изменения состава по х от 0 до 1 измерялись методом эффекта
Холла.
Исследования эффекта Холла проводились на постоянном токе в
постоянном магнитном поле при комнатной температуре и в парах
жидкого азота, как в классическом варианте, так и в автоматизированном
режиме при использовании универсального стенда. Последний служит для
выполнения
автоматизированных
измерений
характеристик
полупроводников в диапазоне температур при различных значениях
индукции магнитного поля в зазоре электромагнита и отображения
полученных результатов на экране монитора в графическом и табличном
виде. Стенд состоит из измерительного блока для исследования твердых
тел, ПК со звуковой картой, обеспечивающей обмен информацией с
измерительным блоком, коммутатора сигналов, узла управления, двух
управляемых
источников
тока,
дифференциального
усилителя,
преобразователя температуры в напряжение, магнитной системы,
измерительного узла, включающего датчик температур. Программное
обеспечение разработано в среде программирования Delphi-7. Оно
построено по технологии Клиент-Сервер, поэтому состоит из двух
приложений: управляющей программы (Сервер) и программы общения с
пользователем (Клиент).

Исследуемые образцы имели прямоугольную форму. Размеры
получаемых слоев и конфигурация контактных площадок к ним задавались
с помощью специальных биметаллических масок.
Контактным материалом для эпитаксиальных слоев PbS и PbS1-xSex
р-типа электропроводности служит золото, а для слоев n-типа
электропроводности - индий. Сопротивление контактов оценивалось из
измерений общего падения напряжения на образце с контактами и из
расчета проводимости слоя. Сопротивление омического контакта с учетом
его площади соответствует значениям в диапазоне (610-3 - 210-2) Омсм2.
Вольтамперные характеристики контакта металл - эпитаксиальный слой
являются линейными в диапазоне температур 80 - 300 К, вплоть до
напряжений смещений порядка 3 В. Нанесение контактов осуществляется
с помощью испарения металла в вакууме из резистивного испарителя.
Конфигурация и расположения контактных площадок позволяет
уменьшить погрешность измерений ЭДС Холла, возникающую вследствие
искажения электрического поля за счет металлических контактов,
находящихся на разных эквипотенциальных поверхностях.
Для исключения влияния на результаты измерений побочных термо-
и гальваномагнитных эффектов использовалась методика четырех
измерений для двух противоположных направлений электрического и
магнитного полей. В качестве примера на рисунке изображена
зависимость концентрации носителей заряда от условий синтеза
эпитаксиальных слоев сульфида свинца p- и n-типа электропроводности.
Видно, что при низких давлениях пара серы слои сульфида свинца
обладали электронным типом электропроводности. Малым давлениям
пара серы соответствуют большие концентрации заряженных вакансий в
подрешетке серы. При увеличении давления пара серы происходит
заполнение вакансий в подрешетке серы, а концентрация вакансий в
подрешетке свинца увеличивается. Когда концентрация электронов будет
равняться
концентрации
дырок,
происходит
инверсия
типа
электропроводности. При дальнейшем увеличении давления пара серы
преобладающим типом дефектов являются нейтральные и заряженные
вакансии в подрешетке свинца, что обуславливает дырочный тип
электропроводности.
Диапазон изменения концентраций носителей заряда согласуется с
шириной области гомогенности сульфида свинца. Увеличение
температуры испарения исходной загрузки приводит к смещению точки
инверсии в сторону более высоких давлений пара серы, что коррелирует с
Р-Т-Х диаграммой сульфида свинца по Крегеру [1].

n.p,
При Т
ис .,
п К
см -3
853
823
793
D
775
C
B
18
10
A
17
10
-1
0
10 -3
10 -2
10
10
Ps ,Па
2

Рисунок - Зависимость концентрации носителей заряда в
эпитаксиальных слоях сульфида свинца от парциального
давления пара серы

Таким
образом,
исследованы
электрофизические
свойства
эпитаксиальных слоев твердых растворов PbS1-xSex с широким диапазоном
изменения состава по х от 0 до 1 в ручном и автоматизированном режимах.
Установлена корреляция между типом, концентрацией носителей
заряда, с одной стороны, и условиями синтеза эпитаксиальных слоев
твердых растворов на основе соединений А4B6, с другой стороны.
Работа выполнена при частичной поддержки Министерства
образования РФ в рамках программы Развитие информационных
ресурсов и технологий. Индустрия образования.

1. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов. - М.: Мир, 1969. - 654 с.