Файл: Верещагин, И. К. Электролюминесценция кристаллов.pdf

ров может сказаться на спектрах свечения донорно-ак­ цепторных пар.

Происхождение некоторых полос, наблюдавшихся в

скцептор также приводят к межпримесной рекомбинации, сопровождающейся излучением (алюминий в кристаллах 6Н вызывает зеленую полосу при низкой температуре [12], бериллий — полосы с энергией в максимуме 1,8 и 2,1 эв [7, 21, 22]). В последнее время были получены дан­ ные, свидетельствующие о возможной роли кислорода в образовании центров голубого и желтого излучения [70, 71]. Кислород увеличивает, в частности, интенсивность полосы 2,05 эв при комнатной температуре у кристаллов ОН с примесью бора.

Вид спектров собственного поглощения, а также спек­ тров голубой фотолюминесценции при низкой температуре является характерным для непрямых переходов. Энергия фононов, проявляющихся при этих переходах, лежит в пределах от 0,03 до 0,12 эв [14, 23, 24], а спектр свечения может быть связан с азотно-экситонными комплексами [25]. Подвижность электронов в образцах с малой степенью компенсации при Т = 300 °К достигает 300 см21(в-сек) и увеличивается при понижении Т, а у образцов с силь­ ной компенсацией может снизиться примерно в 10 раз. Эффективная масса электронов и их подвижность сильно различаются у разных политипов, в то время как под­ вижность дырок слабо зависит от типа кристалла.

§17. Электролюминесценция в поверхностных барьерах

Контакт с металлом однородного кристалла карбида кремния, имеющего электронную проводимость, облада­ ет выпрямляющими свойствами [26—28]. Подобный кон­ такт может быть осуществлен, например, с помощью сталь­ ной иглы, которая поджимается к кристаллу с определен­ ной силой. Выпрямляющий эффект связан с присутствием барьера на поверхности кристаллов, в пользу чего говорят следующие наблюдения. При помещении диодов в откачи­ ваемый сосуд обратный ток (при неизменном прямом) ра­ стет вместе с уменьшением давления воздуха 128]. После длительного нахождения образца в вакууме повышенные значения обратного тока сохраняются в течение многих

117

часов и при увеличении давления воздуха до атмосфер­ ного. Вместе с изменением выпрямляющих свойств про­ исходит и изменение интенсивности электролюминесцен­ ции, возникающей при достаточных обратных напряжени­ ях и связанной с действием сильного поля в поверхностном барьерном слое. Если кристалл с травленой поверхностью подвергнут ионной бомбардировке, то выпрямляющие свойства исчезают практически полностью. Одновременно пропадает и свечение.

Эти явления указывают на существенную роль адсорб­ ции газов в процессе образования области объемного за­ ряда у поверхности SiC. Так как на кристаллах SLG п-типа наблюдалась адсорбция кислорода [29], которая увеличи­ вала работу выхода [30], можно полагать, что образование барьера, ответственного за выпрямление, связано преж­ де всего с адсорбцией кислорода. При относительно сла­ бом поджиме к кристаллу игольчатого электрода, когда выпрямление определяется поверхностными состояния­ ми, изменение материала иглы практически не влияет на коэффициент выпрямления [28]. То же, как известно, ха­ рактерно для германия и кремния 131, 32].

Свечение в поверхностных барьерах однородного кар­ бида кремния исследовалось на прозрачных светло-зе­ леных кристаллах с электронной проводимостью, содержа­ щих в качестве основной примеси азот и имевших удель­

гих случаях наблюдается горизонтальный участок, в дру­ гих случаях этот участок имеет небольшой наклон, свя­ занный с расширением барьера или токами утечки. Начи­ ная примерно с V = 4 в, становится заметным голубое свечение, исходящее из области кристалла под точечным контактом, причем начало роста I ф и появление свечения соответствуют примерно одинаковому напряжению.

Из прямой ветви вольт-амперной характеристики мо­ жет быть найдено сопротивление объема кристалла (вме­ сте с сопротивлением растекания) и далее подсчитано на­ пряжение F0, падающее только на барьерной области. По мере увеличения числа ионизаций и уменьшения «со­ противления» барьера кривая V0 (V) стремится к насыще­ нию, так как падение напряжения в толще кристалла ра­ стет вместе с увеличением тока. Если при дальнейшем

118

увеличении напряжения кристалл нагревается, то F0 вновь уменьшается (тепловой пробой барьера).

Аналогичные явления (рост фототока с увеличением F, сопровождающийся излучением света) наблюдались и на технических кристаллах. Увеличение темнового обрат­ ного тока может ускоряться нагреванием кристаллов. При

В,отн.ед.

области. Левая (обратная) ветвь характеристики соответствует отрицательно­ му потенциалу на стальной игле. Удельное сопротивление кристалла р0 =

= 0,34 ом-см, температура 20 °С.

двух неомических контактах с металлом обе ветви вольт-ам- перных характеристик часто вполне симметричны. Сход­ ными свойствами обладает контакт двух кристаллов, имеющих по одному омическому контакту.

Из кривых /ф (F0) может быть определен коэффициент умножения фотоносителей М как отношение фототока при данном F0 к фототоку при F0 — 1 2 в, поскольку при этих напряжениях умножение носителей еще не может

экстраполировался в область более высоких F0 и коэффи­ циент умножения подсчитывался по отношению к значе­ нию тока на этой прямой. Умножение фотоносителей в области высокого поля у катода является характерным

119

признаком ударной ионизации. Форма зависимости М (F0) как это следует из дальнейшего, также согласуется с ожи­ даемой теоретически.

От опытных значений М можно перейти к значениям числа N ионизаций, созданных одним электроном, про­ шедшим барьерную область (N = 1 — М~г). Из теории ударной ионизации в ковалентных кристаллах (доля ион­ ных связей в SiC составляет около 12% [33]) следует, что величина'^ экспоненциально зависит от поля $ и для барье­

N (F0) может быть описана следующим выражением (§ 9):

(V = a exp ( —6F-1) (17.1)

(а и Ъ — постоянные величи­ ны при данной температуре).

На рис. 17.2 в таких коорди­ натах приведены опытные за­ висимости 7V(F0)flHH нескольких кристаллов. Эксперимен­

тальные точки довольно хорошо следуют прямым ли­ ниям. Значения Ь для разных кристаллов варьируются в пределах 6 -н 12 в.

Полученные из измерений фототока значения N (F0) можно сопоставить с результатами измерений темнового тока и яркости электролюминесценции В (F0), определяя таким путем, насколько интенсивность свечения связана с тем же механизмом ионизации. Интенсивность свечения пропорциональна концентрациям электронов и дырок в области сильного поля, которые при неизменных дрей­ фовых скоростях пропорциональны электронным и дыроч­ ным токам в данном сечении области объемного заряда (§ 10). Тогда у границы с металлом В ~ / 0 (7 — / 0), где / 0" — электронный ток, входящий через барьер в кри­

120

чейия при увеличений F0 Также является ударная иони­

выражения (17.1), коэффициенты а и Ъв котором найдены из графиков типа рис. 17.2. Так как высота энергетических

Это относится и к техническим кристаллам SiC, из которых изготовляются варисторы, поэтому при толковании их характеристик в области достаточно больших напряже­ ний и токов необходимо учитывать как следствия разогре­ ва контактов между кристаллами [34], так и процессы раз­ множения носителей в сильном поле *).

*) Для исследованных в [27] кристаллов вольт-амперные*ха­ рактеристики хорошо следуют одному из эмпирических соотношений

для варисторов [35]: I ~ V ехр (с У V). При V > 4 в коэффициент

нелинейности равен 2 3; эти значения являются типичными и для многих варисторов. Кроме того, на сколе дискового сопротивления из черного карборунда наблюдается свечение отдельных точек при средней напряженности в/см, что часто соответствует

средней области рабочих характеристик варисторов.

121