journal-opt - abstr108-122

https://doi.org/10.15407/jopt.2017.52.108

Optoelectron. Semicond. Tech. 52, 108-122 (2017)

Ya.M. Olikh, M.D. Tymochko, N.V. Safriuk, M.I. Ilashchuk1, O.Ya. Olikh2

ІNVESTIGATIONS OF NEAR DISLOCATION CLUSTERS OF POINT DEFECTS IN CdZnTe CRYSTALS BY USING THE HALL METHOD UNDER THE ULTRASOUND LOADING THE CRYSTALS

Temperature dependences (77…300) K of the electron concentration n(T) and mobility µH(Т) were studied by using the “acousto-Hall method” (Hall method under ultrasound loading the crystals) to find out mechanisms of ultrasound influence on electrical activity of near-dislocation clusters in n-type low-ohmic CdZnTe single crystals (NCl ≈ 1024 m–3) of different dislocation density (0.4…5.1)·1010 m–2. The electrical parameter changes depending on temperature and ultrasound intensity were found out. In order to evaluate relative contribution of different charge carrier mechanisms of scattering (by lattices, ionized impurity, neutral impurity and dislocations), as well as their changes under ultrasound loading, the differential evolution method was used. The method made it possible to analyze experimental dependences µH(Т) by their nonlinear approximation with account of characteristic temperature dependences of µH for each mechanism. It has been ascertained the increase in scattering by neutral impurity and decrease in components of scattering by ionized impurities and dislocations were observed during the ultrasound loading. The character and magnitude of these acousto-induced changes correlate with dislocation characteristics of particular samples. It has been concluded that the observed effects are related to the acousto-induced transformation of the point-defect structure, mainly in the near-dislocation regions of crystals.

Keywords: ultrasound, CdZnTe crystals, point defects, dislocation clusters, Hall effect.

PDF

References

1. Kulkarni Gururaj Anand, Defects in cadmium zinc telluride (CdZnTe). Int. J. Eng. Manag. Sci. (IJEMS). 2013. 4, N 2. P. 113-120.

2. Xu L., Jie W., Fu X., Zha G., Feng T., Guo R., Wang T., Xu Y., and Zaman Y. Effects of deep-level defects on carrier mobility in CdZnTe crystals. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2014. 767. P. 318-321.

https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.08.040

3. Guergouri K., Marfaing Y., Triboulet R., and Tromson-Carli A. Relations between structural parameters and physical properties in CdTe and Cd0.96Zn0.04Te alloys. Rev. Phys. Appl. 1990. 25. P. 481-488.

https://doi.org/10.1051/rphysap:01990002506048100

4. Gopal V. and Gupta S. Effect of dislocations on the zero-bias resistance-area product, quantum efficiency, and spectral response of LWIR HgCdTe photovoltaic detectors. IEEE Trans. Electron. Dev. 2003. 50, N 5. P. 1220-1226.

https://doi.org/10.1109/TED.2003.813230

5. Turkevych I., Grill R., Franc J., Belas E., Hoschl P., and Moravec P. High-temperature electron and hole mobility in CdTe. Semicond. Sci. Tech. 2002. 17, No 10. P. 1064-1066.

https://doi.org/10.1088/0268-1242/17/10/305

6. Fochuk P., Nykoniuk Ye., Zakharuk Z., Kopach O., Kovalenko N., Bolotnikov A.E., and James R.B. Microinhomogeneities in semi-insulating Cd(Zn)Te. IEEE Trans. Nucl. Sci. 2017. 64, N 10. P. 2725-2728.

https://doi.org/10.1109/TNS.2017.2748700

7. Popovych V.D., Sizov F.F., Parfenjuk O.A. and Tsybrii Z.F. The effect of inhomogeneous dopant distribution on the electrical transport properties and thermal stability of CdTe:Cl single crystals. Semicond. Sci. Tech. 2010. 25, N 3. article id. 035001, 6 pp.

https://doi.org/10.1088/0268-1242/25/3/035001

8. Reiche M., Kittler M., Erfurth W., Pippel E., Sklarek K., Blumtritt H., Haehnel A., and Uebensee H. On the electronic properties of a single dislocation. J. Appl. Phys. 2014. 115. P. 194303-1-194303-6.

https://doi.org/10.1063/1.4876265

9. Korbutyak D.V., Melnichuk S.V., Korbut Ye.V., Borisik M.M. Telurid kadmiyu: domishkovo-defektni stanita detektorni vlastivosti. Kiyiv: vid-vo «Ivan Fedorov», 2000. (in Ukrainian)

10. Vlasenko A.I., Olih Ya.M., Savkina R.K. Akustostimulirovannaya aktivaciya svyazannyh defektov v tverdyh rastvorah. FTP. 1999. 33, №2. C. 410-414. (in Russian)

11. Olikh O. and Voytenko K. On the mechanism of ultrasonic loading effect in silicon-based Schottky diodes. Ultrasonics. 2016. 66, N 3. P. 1-3.

https://doi.org/10.1016/j.ultras.2015.12.001

12. Olih Ya.M., Timochko N.D. Pryamoe nablyudenie relaksacii provodimosti v g-obluchennom kremnii n-tipa pod vliyaniem impulsov ultrazvuka. Pisma v ZhTF. 2011. 37, №1. S. 78-84. (in Russian)

13. Babencov B.N., Gorban S.I., Gorodeckij I.Ya., Korsunskaya N.E., Rarenko I.M., Shejnkman M.K. Vliyanie ultrazvukovoj obrabotki na eksitonnuyu i primesnuyu lyuminescenciyu CdTe. FTP. 1991. 25, №7. S. 1243-1245. (in Russian)

14. Olih Ya.M., Timochko M.D., Ilashuk M.I., Parfenyuk O.A., Ulyanickij K.S. Vpliv ultrazvuku na protikannya strumu v nizkoomnih kristalah CdTe:Cl. Sensorna elektronika i mikrosistemni tehnologiyi. 2016. 13, №1. S. 56-65. (in Ukrainian)

15. Olih Ya.M., Timochko M.D. Osoblivosti protikannya strumu pri ultrazvukovomu navantazhenni v silnokompensovanih nizkoomnih kristalah CdTe:Cl. UFZh. 2016. 61, №5. S. 389-399. (in Ukrainian)

https://doi.org/10.15407/ujpe61.05.0381

16. Ilashuk M.I., Matlak V.V., Parfenyuk O.A., Savickij A.V., Skicko A.I., Ulyanickij K.S. Vliyanie neodnorodnostej na elektrofizicheskie svojstva CdTe:Ge. UFZh. 1986. 31, №1. S. 126-128. (in Russian)

https://doi.org/10.1515/bmte.1986.31.5.126b

17. Savitsky A.V., Parfenyuk O.A., Ilashchuk M.I., Fochouk P.M., and Korbutyak N.D. Relaxation processes in CdTeCl crystals. Semicond. Sci. Tech. 2000. 15, №3. Р. 263-266.

https://doi.org/10.1088/0268-1242/15/3/306

18. Gerko I.A., Hrupa V.I., Kladko V.P., Kislovskij E.N., Merinov V.N. Rentgenovskie issledovaniya strukturnoj odnorodnosti kristallov CdTe. Zavodskaya laboratoriya. 1988. 54, №8. S .64-67. (in Russian)

19. Moram M.A. and Vickers M.E. X-ray diffraction of III-nitrides. Rep. Prog. Phys. 2009. 72, N3. Р. 036502.

https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/3/036502

20. Zhou X., Ward D.K., Wong B.M., Doty F.P., and Zimmerman J.A. Molecular dynamics studies of Dislocations in CdTe crystals from a new bond order potential. J. Phys. Chem. C. 2012. 116, N33. Р. 17563-17571.

https://doi.org/10.1021/jp3039626

21. Kuchis E.V. Galvanomagnitnye effekty i metody ih issledovaniya. M.: Radio i svyaz, 1990. (in Russian)

22. Zeeger K. Fizika poluprovodnikov. M.: Mir, 1977. (in Russian)

23. Bonch-Bruevich V.L., Kalashnikov S.V. Fizika poluprovodnikov: uchebnoe posobie dlya studentov fizicheskih specialnostej vuzov. M.: Nauka, 1977. (in Russian)

24. Fizika i himiya soedinenij AIIBVI. Per. s angl. pod red. S. A. Medvedeva. M.: Mir, 1970. (in Russian)

25. Weiman N.G., Eastman L.F., Doppalapudi D., Ng H.M., Moustakas T.D. Scattering of electrons at threading dislocations in GaN. J. Appl. Phys. 1998. 83. Р. 3656-3659.

https://doi.org/10.1063/1.366585

26. Alfaramawi K. Dislocation scattering-limited electron mobility in wurtzite n-type gallium nitride. J. Ovonic Res. 2016. 12, N 3. Р. 147-154.

27. Alekseenko M.V., Arkadyeva E.N., Matveev O.A. O vliyanii neodnorodnostej na podvizhnost elektronov v telluride kadmiya. FTP. 1970. 4, №2. S. 414-416. (in Russian)

28. Shklovskij B.I., Efros A.L. Elektronnye svojstva legirovannyh poluprovodnikov. M.: Nauka, 1979. (in Russian)

29. Segall B., Lorenz M.R., and Halsted R.E. Electrical properties of n-type CdTe. Phys. Rev. 1963. 129, N 6. Р. 2471-2481.

https://doi.org/10.1103/PhysRev.129.2471

30. Akarsu M., Aydogu S., Ozbas O., Karakaya S. Monte Carlo simulation of carrier transport in Cd1-xZnxTe. J. Non-Oxide Glasses. 2011. 3, N 2. P. 61-66.

31. Sedivý L., Cízek J., Belas E., Grill R., and Melikhova O. Positron annihilation spectroscopy of vacancy-related defects in CdTe:Cl and CdZnTe:Ge at different stoichiometry deviations. Sci. Rep. 2016. 6. Р. 20641-1-20641-16.

https://doi.org/10.1038/srep20641

32. Wang K. and Ye M. Parameter determination of Schottky-barrier diode model using differential evolution. SolidState Electron. 2009. 53, N 2. P. 234-240.

https://doi.org/10.1016/j.sse.2008.11.010

33. Olikh O.Ya. Review and test of methods for determination of the Schottky diode parameters. J. Appl. Phys.

2015. 118, N 2. P. 024502.

34. Look D.C. and Sizelove J.R. Dislocation scattering in GaN. Phys. Rev. Lett. 1999. 82, N 6. P. 1237-1240. 35. Karthik R., Sathyakam P. Uma and Mallick P.S. Effect of dislocation scattering on electron mobility in GaN. Natural Science (Scientific Research, USA). 2011. 3, N 9. P. 812-815.

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.1237

36. Shulpina I.L., Ratnikov V.V., Matveev O.A. Rentgenodifrakcionnoe issledovanie izmeneniya realnoj struktury monokristallov CdTe v rezultate lazernogo oblucheniya. FTT. 2001. 43, №3. S. 559-562. (in Russian)

37. Sachenko A.V., Belyaev A.E., Boltovets N.S. et al. Mechanism of contact resistance formation in ohmic contacts with high dislocation density. J. Appl. Phys. 2012. 111. P. 083701.

https://doi.org/10.1063/1.3702850

38. Belyaev A.E., Pilipenko V.A., Anischik V.M. et al. Role of dislocations in formation of ohmic contacts to heavily doped n-Si. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2013. 16, N 2. P. 99-110.

https://doi.org/10.15407/spqeo16.02.099

39. Malyk O., and Syrotyuk S. New scheme for calculating the kinetic coefficients in CdTe based on first-principle wave function. Comput. Mater. Sci. 2017. 139. Р. 387-394.

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.07.039

40. Elektronnye svojstva dislokacij v poluprovodnikah, pod red. Yu.A. Osipyana. M.: Editorial, URSS, 2000. (in Russian)

Я.М. Оліх, М.Д. Тимочко, Н.В. Сафрюк, М.І. Ілащук1, О.Я. Оліх2

ДОСЛІДЖЕННЯ «ПРИДИСЛОКАЦІЙНИХ» КЛАСТЕРІВ ТОЧКОВИХ ДЕФЕКТІВ У КРИСТАЛАХ CdZnTe МЕТОДОМ АКУСТО-ХОЛЛА

З метою з’ясування механізму впливу ультразвуку (УЗ) на електроактивність «придислокаційних» кластерів точкових дефектів у низькоомних кристалах CdZnTe (NCl ≈ 1024 м–3) n-типу з різною густиною дислокацій (0,4…5,1)·1010 м–2 методом «акусто-Холла» (метод Холла при ультразвуковому навантаженні) проведено температурні (77…300) K дослідження концентрації електронів n(Т) та їх рухливості µH(Т). Виявлено зміни електрофізичних параметрів з температурою та інтенсивністю ультразвуку. Для аналізу експериментальних залежностей µH(Т) шляхом їх нелінійної апроксимації за характерними температурними залежностями компонент µH(Т) при розсіюванні на фононах ґратки (полярних оптичних фононах) та нейтральних домішках, а також при дислокаційному розсіюванні застосовано метод диференціальної еволюції, який дозволив оцінити відносний внесок кожного з механізмів та їх зміни при УЗ навантаженні. Встановлено, що при УЗ навантаженні в усіх зразках спостерігається збільшення компоненти розсіювання на нейтральних домішках і зменшення компоненти розсіювання на іонізованих домішках та дислокаціях. Величина і характер цих акусто-індукованих змін корелюють з дислокаційними характеристиками конкретних зразків. Зроблено висновок, що спостережені ефекти пов’язані з акусто-індукованою перебудовою точково-дефектної структури зразка у придислокаційних областях кристала.

Ключові слова: ультразвук, монокристали CdZnTe, точкові дефекти, дислокаційні кластери, ефект Холла.

Back / Повернутися