journal-opt - abstr199-212

https://doi.org/10.15407/jopt.2018.53.199

Optoelectron. Semicond. Tech. 53, 199-212 (2018)

Ya.M. Olikh, M.D. Tymochko, M.I. Ilashchuk1

RELAXATION FACTORS OF ACOUSTIC CONDUCTIVITY IN CdTe

The acoustic conductivity kinetics was studied to find out mechanisms of acoustic conductivity relaxation σUS(t) in n-type low-ohmic CdTe single crystals (NCl≈1024 m–3) in the temperature range (77…300) К, when ultrasound is turned-on and turned-off. The separate comparison of the single amplitudes stages temperature dependences σUS(t) with the corresponding temperature changes of concentration and mobility, obtained from independent Hall measurements, allowed us to relate the concentration effects with "instantaneous" changes, and mobility – with "long-term" acoustically induced changes σUS(t). The comparison of growth with temperature of velocities inherent to separate mobility components with changes in the σUS(t) amplitudes for respective stages allowed us to part the time frames for exhibition of various mechanisms. Thus, the two scattering components related to "dislocations" and "neutral impurities" and characterized by low velocities of temperature changes, which are close to the speed of the instantaneous component changes, were attributed to the factors that define the instantaneous acoustic-induced changes σUS(t). The scattering component ascribed to "ionized impurities", as the fastest one, is characterized by the largest acoustic-induced growth increase σUS(t) and attributed to factors that determine long-term changes in σUS(t). Possible mechanisms of acoustic-stimulated point-defect complexes structure rebuilding processes in the near dislocation crystal regions have been discussed. In particular, it has been noted that there is a diffusion drag of point defects from the volume of the crystal (sub-block) into the potential wells of near-dislocation clusters by the dynamic acoustically-induced oscillations of dislocations with the amplitude that significantly exceeds the lattice parameter. This process can lead to capturing a significant number of point defects (including the charged ones) into the dislocation traps, which results in the decrease of ionized centers concentration. Keywords: ultrasound, CdTe crystals, point defects, dislocation clusters, Hall effect, scattering mechanisms.

PDF

References

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

2. 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)

3. Olikh O.Ya. Acoustically driven degradation in single crystalline silicon solar cell. Superlattices Microstruct. 2018. 118, N 6. P. 173-178.

https://doi.org/10.1016/j.spmi.2018.03.027

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

5. Olih Ya.M., Savkina R.K. Akustostimulirovannaya aktivaciya glubokih urovnej v nejtronno-legirovannom germanii. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 1996. 31. S. 62-68. (in Russian)

6. 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)

7. 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)

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

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

9. Olih Ya.M., Timochko M.D., Safryuk N.V., Ilashuk M.I., Olih O.Ya. Doslidzhennya "pridislokacijnih" klasteriv tochkovih defektiv u kristalah CdZnTe metodom akusto-Holla. Optoelektronika ta napivprovidnikova tehnika. 2017. 52. S. 108-122. (in Ukrainian)

10. 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

11. Ultrazvuk. Malenkaya enciklopediya, gl. red. I.P. Golyamina. M.: Sov. enciklopediya, 1979. (in Russian)

12. Baran M.M., Vaskovich I.M. Zalezhnist energiyi elektronnih staniv, lokalizovanih na krajovij dislokaciyi, vid koncentraciyi donoriv. Naukovij visnik NLTU Ukrayini. 2012. Vip. 22.15. S. 336-340. (in Ukrainian)

13. Olih Ya.M., Timochko M.D. Pro mehanizmi dvohstadijnoyi relaksaciyi providnosti v CdZnTe:Cl pri vvimknenni ta vimknenni ultrazvuku. Tezi dopovidej VIII Ukrayinskoyi naukovoyi konferenciyi z fiziki napivprovidnikiv. Uzhgorod, Ukrayina. 2-4 zhovtnya 2018 r. S. 45-46. (in Ukrainian)

14. Shejnkman M.K., Shik A.Ya. Dolgovremennye relaksacii i ostatochnaya provodimost v poluprovodnikah. FTP. 1976. 10, № 2. S. 209-232. (in Russian)

15. Ronassi A.A., Fedotov A.K. Zamorozhennaya fotoprovodimost v monokristallicheskom telluride kadmiya. Vestnik BGU. Ser. 1. 2010. № 2. S. 8-11. (in Russian)

16. Mukashev B.N., Abdullin Yu.V., Gorelkinskij Yu.V. Metastabilnye i bistabilnye defekty v kremnii. Uspehi fizicheskih nauk. 2000. 170, № 2. S. 143-155. (in Russian)

https://doi.org/10.3367/UFNr.0170.200002b.0143

17. Averkiev N.S., Bersuker I.B., Gudkov V.V. et al. Ultrasonic investigation of the Jahn-Teller effect in GaAs semiconductors doped by transition metals. J. Appl. Phys. 2014. 116, N 10. P. 103708.

https://doi.org/10.1063/1.4895475

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

19. Tyapunina N.A., Bushueva G.V., Zinenkova G.M., Naimi E.K., Novikov S.S. Vremennye harakteristiki i znak fotoakusticheskogo effekta v vysokoomnyh kristallah CdS. Kristallografiya. 2010. 55, № 1. S. 82-87. (in Russian)

https://doi.org/10.1134/S106377451001013X

20. Pavlovich V. N. Enhanced diffusion of impurities and defects in crystals in conditions of ultrasonic and radiative excitation of the crystal lattice. phys. status solidi (b). 1993. 180, N 1. P. 97-105.

https://doi.org/10.1002/pssb.2221800108

21. Olih O.Ya., Ostrovskij I.V. Uvelichenie dliny diffuzii elektronov v kristallah p-kremniya pod dejstviem ultrazvuka. FTT. 2002. 44, № 7. S. 1198-1202. (in Russian)

https://doi.org/10.1023/A:1014766019494

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

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

24. 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)

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

26. Bushueva G.V., Zinenkova G.M., Tyapunina N.A., Degtyarev V.T., Losev A.Yu., Plotnikov F.A. Samoorganizaciya dislokacij v ultrazvukovom pole. Kristallografiya. 2008. 53, № 3, S. 507-512. (in Russian)

https://doi.org/10.1134/S1063774508030152

27. Sudzuki T., Esinaga H., Takati S. Dinamika dislokacij i plastichnost. M.: Mir. 1989.

28. 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

29. Gromashevskij V.L., Dyakin V.V., Salkov E.A.. Hilimova N.S. Akustohimicheskie reakcii v CdS. UFZh. 1984. 29, №4. S. 550-554. (in Russian)

Я.М. Оліх, М.Д. Тимочко, М.І. Ілащук1

ЧИННИКИ РЕЛАКСАЦІЇ АКУСТОПРОВІДНОСТІ В CdTe

З метою з’ясування механізмів релаксації акустопровідності σУЗ(t) в низькоомних кристалах nCdTe (NCl≈1024 м-3) в інтервалі температур (77÷300) К проведено дослідження її кінетики при ввімкненні та вимкненні ультразвуку. Роздільне співставлення температурних залежностей амплітуд окремих стадій σУЗ(t) з відповідними температурними змінами концентрації та рухливості, які отримані з незалежних «холлівських» вимірювань, дозволило пов'язати концентраційні ефекти з «миттєвими», а зміни рухливості – з «довготривалими» акустонаведеними змінами σУЗ(t). Порівняння температурних швидкостей зростання окремих компонент рухливості з температурними змінами амплітуд окремих стадій σУЗ(t) дозволило розділити часові рамки прояву різних механізмів. Так, дві компоненти розсіювання – «дислокаційну» та «на нейтральних домішках», які характеризуються малими швидкостями температурних змін, близькими до швидкості зміни миттєвої компоненти, віднесено до чинників, що визначають миттєву акустостимульовану зміну σ(t). Компоненту розсіювання «на іонізованих домішках», як саму швидку, і яка характеризується найбільшим акустостимульованим зростанням σ(t) віднесено до чинників, що визначають довготривалі зміни σ(t). Обговорено можливі механізми акустостимульованих процесів перебудови структури точководефектних комплексів в придислокаційних областях кристала. Зокрема, відзначається, що при динамічних акустостимульованих коливаннях дислокацій з амплітудою, що значно перевищує параметр гратки, відбувається дифузійне затягування точкових дефектів із об’єму кристала (субблока) в потенціальні ями придислокаційних кластерів. Цей процес може призводити до захоплення на дислокаційні пастки значної кількості дефектів точкового типу (у тому числі заряджених), що веде до зменшення концентрації іонізованих центрів.

Ключові слова: ультразвук, монокристали CdTe, точкові дефекти, дислокаційні кластери, ефект Холла, механізми розсіювання.

Back / Повернутися