Низкотемпературная фотолюминесценция в полупроводниковых структурах CdTe ,CdTe:In

1

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017. FM./T.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ

ФАРҒОНА ПОЛИТЕХНИКА ИНСТИТУТИ

ПОЛВОНОВ БАХТИЁР ЗАЙЛОБИДИНОВИЧ

CdTe, CdTe: In ЯРИМЎТКАЗГИЧ СТРУКТУРАЛАРДА ПАСТ

ТЕМПЕРАТУРАЛИ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси

ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)

ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

ТОШКЕНТ–2017

2

УДК: 621.315.592.2

Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD)

диссертацияси автореферати мундарижаси

Оглавление автореферата диссертации

доктора философии (PhD) по физико-математическим наукам

Contents of dissertation abstract of doctor of philosophy (PhD)

on physical-mathematical sciences

Полвонов Бахтиѐр Зайлобидинович

CdTe, CdTe:In яримўтказгич структураларда
паст температурали фотолюминесценция .............................................. 3

Полвонов Бахтиѐр Зайлобидинович

Низкотемпературная фотолюминесценция в полупроводниковых
структурах

CdTe

,

In

CdTe

:

.................................................................. 25

Polvonov Bahtiyor Zaylobidinovich

Low-temperature photoluminescence in semiconductor
structures CdTe, CdTe: In ………………………………………………. 47

Эълон қилинган ишлар рўйхати

Список опубликованных работ
List of published works …………………………………………………….. 51

3

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017. FM./T.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ

ФАРҒОНА ПОЛИТЕХНИКА ИНСТИТУТИ

ПОЛВОНОВ БАХТИЁР ЗАЙЛОБИДИНОВИЧ

CdTe, CdTe: In ЯРИМЎТКАЗГИЧ СТРУКТУРАЛАРДА ПАСТ

ТЕМПЕРАТУРАЛИ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси

ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)

ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

ТОШКЕНТ–2017

4

Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (Doctor of Philosophy)

диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси ҳузуридаги Олий
аттестация комиссиясида В2017.2. PhD/FM48 рақам билан рўйхатга олинган.

Диссертация Фарғона политехника институтида бажарилган.

Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз (резюме)) Илмий кенгаш веб–

Саҳифаси (fti-kengash.uz) ва

«ZiyoNet» Ахборот-таълим порталига (www.ziyonet.uz

)

жойлаштирилган.

Илмий раҳбар:

Юлдашев Носиржон Хайдарович

физика-математика фанлари доктори, профессор

Расмий оппонентлар:

Мамадалимов Абдугафур Тешабаевич

физика-математика фанлари доктори, академик

Гулямов Абдурасул Ғофурович

физика-математика фанлари номзоди, доцент

Етакчи ташкилот:

Тошкент ахборот технологиялар университети

Диссертация ҳимояси Физика-техника институти, Ион-плазма ва лазер технологиялари

институти, Самарқанд давлат университети ҳузуридаги DSc.27.06.2017. FM./T.34.01

рақамли

Илмий кенгашнинг 2017 йил «___» __________ соат ____ даги мажлисида бўлиб ўтади. (Манзил:
100084, Тошкент шаҳри, Бодомзор йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (99871) 235-42-91; e-mail:
lutp@uzsci.net, Физика-техника институти мажлислар зали.)

Диссертация билан Физика-техника институтининг Ахборот-ресурс марказида танишиш

мумкин. ( ___ рақам билан рўйхатга олинган.) Манзил: 100084, Тошкент шаҳри, Бодомзор йўли
кўчаси, 2б-уй. Физика-техника институти. Тел./факс: (99871) 235-30-41.

Диссертация автореферати 2017 йил «____»____________да тарқатилди.
(2017 йил «____» _____________ даги ____ рақамли реестр баѐнномаси.)

C.Л. Лутпуллаев

Илмий даражалар берувчи Илмий
кенгаш раиси, ф.-м.ф.д., профессор

А.В. Каримов

Илмий даражалар берувчи Илмий
кенгаш илмий котиби, ф.-м.ф.д.,
профессор

C.А. Бахрамов

Илмий даражалар берувчи Илмий
кенгаш қошидаги илмий семинар
раиси, ф.-м.ф.д., профессор

5

КИРИШ (фалсафа доктори (PhD) диссертацияси аннотацияси)

Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.

Жаҳонда

бугунги кунда фотоника, оптоэлектроникада яримўтказгичлар ва

яримўтказгич юпқа пардали структураларни тадқиқ қилишнинг энг ишончли,
сезгир ҳамда маълумотларга бой оптик усулларидан бири бўлган
фотолюминесценция спектрларини таҳлил қилишга алоҳида этибор
қаратилган. Бу борада

CdTe

кристалларининг паст температурали

фотолюминесценция спектрларини атрофлича текшириш ва улар асосидаги
яримўтказгич структураларнинг хоссаларини олдиндан билиш, ярим
ўтказгич материаллардаги нуқсонлар ҳақида ўта нозик маълумотлар олишга
имкон берувчи экситон люминесценцияси спектрларини таҳлил этиш,
уларнинг поляритон эффекти ва реаль экситон сўнишини ҳисобга олган
ҳолда тўғри миқдорий натижаларни олиш муҳим вазифалардан бири
ҳисобланади.

Ҳозирги кунда дунѐда микрофотолюминесценциявий зондлаш усули

билан йирик донли CdTe поликристаллининг физик хоссаларини
шаклланишида донлараро чегара соҳасини аниқлаш, 1–2 мм чизиқли
ўлчамдаги монокристалл донлар чегара олди ва ички соҳаларининг
аралашма–нуқсон

таркиби

кескин

фарқланишига

катта

эътибор

қаратилмоқда. Бу борада, мақсадли илмий тадқиқотларни жумладан,
қуйидаги йўналишлардаги илмий-изланишларни амалга ошириш муҳим
вазифалардан ҳисобланади: кристалл ярим ўтказгич материалларни назорат
ва диагностика қилишнинг ишончли оптик усуллларини яратиш;
фотовольтаик хусусиятли майда донли юпқа пардалар олишнинг янги
қулай, самарали технологияларини ишлаб чиқиш, шунингдек, уларнинг
баъзи электрофизик, оптик ва фотоэлектрик параметрларини текшириш; соф
ва киришмали поликристалл юпқа пардалар паст температурали
фотолюминесценциясининг

уларнинг

оптик

ва

фотоэлектрик

хусусиятларини шаклланишидаги тутган ўрни ҳамда ролини ишлаб
чиқишдир.

Мустақиллик йилларида фундаментал ва амалий тадқиқотларнинг

долзарб илмий йўналишларига эътибор қаратилди. Бу йўналишда кадмий
теллуриди

кристали ҳамда соф

CdTe

ва киришмали юпқа поликристалл

пардалар олиш бўйича сезиларли натижалар олинди. Ўзбекистон
Республикасини янада ривожлантиришнинг Ҳаракатлар стратегиясига кўра,
илмий ва инновация ютуқларини амалиѐтга жорий этишнинг самарали
механизмларини яратиш масалаларига алоҳида эътибор қаратиш, шу
жиҳатдан фотоника, оптоэлектроника соҳаларида яримўтказгичлар ҳамда
юпқа пардали яримўтказгич структураларнинг оптик параметрларини чуқур
назарий тадқиқ қилиш усулларини мукаммаллаштириш жуда муҳим
ҳисобланади. Бу жихатдан

CdTe

кристали ҳамда соф

CdTe

ва киришмали

CdTe:In

юпқа поликристалл пардаларни паст температурали (Т



4,2 К)

фотолюминесценция спектрлари шаклланишининг янги механизмларини
назарий ва экспериментал ўрганиш, тадқиқот натижалари асосида

6

ионлаштирувчи нурланиш детекторлар, самарали ѐруғлик манбалари, юқори
кучланишли фотогенераторлар ва бошқа шунга ўхшаш оптоэлектрон
қурилмалар яратиш технологияларини жорий қилиб, самарадорлигини
оширишга хизмат қилади.

Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2017 йил 7 февралдаги

ПФ–4947– Сонли «Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш
бўйича Ҳаракатлар стратегияси тўғрисида»ги Фармонини, 2017 йил
13 февралдаги ПҚ–2772–Сон «2017–2021 йилларда электротехника
саноатини ривожлантиришнинг устувор йўналишлари тўғрисида»ги ва
2017 йил 17 февралдаги ПҚ–2789– Сон «Фанлар академияси фаолияти,
илмий тадқиқот ишларини ташкил этиш, бошқариш ва молиялаштиришни
янада такомиллаштириш чора-тадбирлари тўғрисидаги»ги Қарорлари

ҳамда

мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъѐрий-ҳуқуқий ҳужжатларда
белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти
муайян даражада хизмат қилади.

Тадқиқотнинг Ўзбекистон Республикаси фан ва технологиялари

ривожланишининг устувор йўналишларига мослиги.

Мазкур тадқиқот

Ўзбекистон Республикаси фан ва технологиялар ривожланишининг
«Энергетика,

энергоресурс

тежамкорлиги,

транспорт,

машина

ва

асбобсозлик; замонавий электроника, микроэлектроника, фотоника ва
электрон асбобсозлиги ривожланиши»нинг устувор йўналишлари доирасида
бажарилган.

Муаммонинг

ўрганилганлик

даражаси.

Кадмий

теллуриди

кристалларида паст температурали фотолюминесценция шаклланишининг
фундаментал масалалари Паносян Ж.Р.

1

, Пермогоров С.А.

2

, Травников В.В.

3

ларнинг классик ишларида, шунингдек, Клевков Ю.В.

4

, Парфенюк О.А.

5

тадқиқотларида қараб чиқилган. Ушбу иш натижаларининг таҳлили шуни
кўрсатадики,

CdTeнинг

паст

температурали

фотолюминесценция

жараѐнларининг шаклланишида экситонлар, киришма комплекслари, кристал
панжара нуқсонлари ва уларнинг ассоциациялари муҳим роль ўйнайди. Бу
тадқиқот ишларининг экситон люминесценциясини назарий тавсифлашда
Больцманнинг кинетик яқинлашишидан фойдаланадилар, бироқ унинг
қўлланиш чегаралари экситон резонансларига мос частоталар атрофида ҳар
доим бузилади.

Клевков Ю.В., Мирсагатов Ш.А., Т.М. Розиқовларнинг бир қатор

ишларида йирик донли (ўлчамлари 1



2 мм ва 100



150 мкм) поликристалл

CdTe

юпқа пардалар фотолюминесценция спектрига структуравий

нуқсонлар, киришмаларнинг таъсирлари таҳлил қилинган. Уларда экситон
(1,58



1,626 эВ), чегаравий (1,5



1,57 эВ) ва киришмавий (1,3



1,48 эВ)

спектрал соҳалар кузатилган.

1

Паносян Ж.Р. Тр. ФИ РАН. 68, 147 (1973).

2

Пермогоров С. А., Суркова Т.П., Тенишев Л.Н. ФТТ. 40(5), 897 (1998).

3

Травников В.В., Криволапчук В.В. ФТТ. 24(4), 897 (1982).

4

Багаев В.С., Клевков Ю.В., Колосов С.А., Кривобок В.С., Шепель А.А. ФТТ. 52(1), 37 (2010).

5

Парфенюк О.А., Илащук М.И., Уляницкий К.С. и др. ФТП. 40(2), 148 (2006).

7

Ўлчамлари

мкм

d

1



бўлган яримўтказгич поликристалл структуралар,

айниқса, майда донли юпқа пардаларда донлараро чегаралар ва нуқтавий
нуқсонлар оптик, хусусан, люминесценция ҳамда электрофизик хоссаларнинг
шаклланиши билан бевосита боғлиқ эканлиги кузатилган. Бироқ, ҳозиргача
бундай материалларда уларнинг структураларидаги нуқсонликни аниқлаш ва
олиш технологияларини мақсадли бошқариш учун фотолюминесценция
спектрларини ўрганиш бўйича тадқиқот ишлари олиб борилмаган.

Тадқиқотнинг

диссертация

бажарилган

олий

таълим

муассасасининг илмий



тадқиқот ишлари режалари билан боғлиқлиги.

Диссертация иши Фарғона политехника институтида бажарилган бўлиб,
олинган натижалар қуйидаги илмий лойиҳаларнинг ҳисоботларида қисман
келтирилган: 2000



2004 йй. учун ЎзР ФТДҚ Гранти № 10/2000 «Экситон-

поляритонная люминесценция полупроводниковых кристаллов и квантово-
размерных структур при фотовозбуждении и каналировании ионов»;
2006



2008 йй. учун ЎзР ФА Гранти № 80



06

«

Кинетика экситонной

люминесценции в полупроводниковых кристаллах при резонансном
фотовозбуждении и каналировании ионов»; 2012



2013 йй. учун

ЎзР ФТРМҚ Гранти № 28 «Поляритонный принцип организации квантовых
каналов связи» илмий лойиҳалар доирасида бажарилган.

Тадқиқотнинг мақсади

кадмий теллуриди

монокристалларининг

экситон люминесценция спектрларини ва соф

CdTe

, киришмали

CdTe:In

майда донли юпқа пардалар паст ҳароратли фотолюминесценциясининг
шаклланиш механизмларини аниқлашдан иборат.

Тадқиқотнинг асосий вазифалари:

кристал

яримўтказгич материалларни назорат ва диагностика

қилишнинг ишончли оптик усулларини яратиш учун

CdTe

кристалининг

1



n

А

экситон резонанси спектрал соҳасида экситон люминесценциясининг
маълум экспериментал спектрларини тўғри назарий таҳлил қилиш;

фотовольтаик хусусиятли майда донли (

мкм

d

кр

1



) юпқа (

мкм

h

1



)

CdTe

,

CdTe:In

пардалар олишнинг янги технологиясини ишлаб чиқиш ҳамда

уларнинг баъзи электрофизик, оптик ва фотоэлектрик параметрларини
текшириш;

соф ва

In

киришмали

CdTe

поликристалл юпқа пардалар ПТФЛни

уларнинг оптик ва фотоэлектрик хусусиятлари шаклланишида фотосезгир
соҳалар ва киришмавий марказларнинг ролини аниқлаштириш мақсадида
тадқиқ этиш.

Тадқиқотнинг объекти

соф ва киришмали

CdTe

монокристаллари ва

юпқа поликристалл пардаларидан иборат.

Тадқиқотнинг предмети

CdTe

монокристалларида экситон-поляритон

люминесценцияси ва майда донли

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардаларида ПТФЛ

жараѐнларини тадқиқ этишдан иборат

.

Тадқиқотнинг усуллари.

Қўйилган масалаларни ечиш учун Л.В.

Келдишнинг диаграммалар техникасидан ва сонли ҳисобнинг компьютерда
моделлаштиришдан фойдаланувчи назарий ҳисоблаш усуллари, юпқа

8

пардалар олиш технологиясининг вакуумда термик буғлатиш усули, қисқа
туташув токи спектрини таҳлил қилишнинг Луковский усули, ПТФЛ
ѐрдамида ярим ўтказгич материалларни текширишнинг оптик усуллари
қўлланилган.

Тадқиқотнинг илмий янгилиги

қуйидагилардан иборат:

бўйлама–кўндаланг ажралиши

ħω

LT

унчалик катта бўлмаган кадмий

теллуриди каби яримўтказгич кристалларда механик экситон сўнишининг
чекли қийматлари учун поляритон люминесценция шаклланишининг
механизми ишлаб чиқилган;

поляритонлар тақсимот функциялари учун Больцман кинетик

тенгламасининг қўлланиш чегаралари бузиладиган

А

n=1

экситон резонанси

соҳасида кадмий теллуриди кристаллари учун поляритон люминесценция
спектрларининг нозик структураси ва уларнинг аномаль дисперсия
шароитида ўзгариш динамикаси аниқланган;

индий билан легирланган кадмий теллуриди структурасида қисқа

туташув токининг кескин ортиб бориши

In

+i

ионлари ва кадмий

вакансияларининг кристалл донлар чегара соҳасидаги ички асимметрик
электростатик майдондаги термик миграцияси ва ўзаро компенсацияси билан
боғлиқлиги аниқланган;

экситонлар учун Штарк эффекти ва кристал донлараро тўсиқ

қатламларида содир бўлаѐтган фото-ЭЮК генерация жараѐнлари
монокристалл ва йирик донли поликристаллардан фарқли майда донли

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардали структураларда паст ҳароратли фотолюминесценция

спектрларини шаклланишига олиб келиши топилган;

илк бор майда донли поликристалл

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардаларнинг

паст

ҳароратли

фотолюминесценция

спектри

ва

фотовольтаик

хусусиятларининг ўзаро боғлиқлиги аниқланган.

Тадқиқотнинг амалий натижалари

қуйидагилардан иборат:

кристаллар (поляритон люминесценцияси) ПЛ парциал спектрларини

назарий ҳисоблашнинг квантомеханик усул билан кадмий теллуридини
ПТФЛ экспериментал спектрларининг

1



n

A

экситон резонанси атрофидаги

нозик структураси чекли

Г



қийматларда аниқланган

;

кадмий теллуриди структурасини индий билан легирлаш натижасида

қисқа туташув токининг кескин ортиб бориши

In

+i

ионлари ва кадмий

вакансияларининг кристал донлар чегара соҳасидаги ички асимметрик
электростатик майдондаги термик миграцияси ва ўзаро компенсацияси билан
боғлиқлиги аниқланган;

майда донли поликристалл

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардаларнинг паст

ҳароратли фотолюминесценция спектри ва фотовольтаик хусусиятларининг
ўзаро боғлиқлиги аниқланган бўлиб, экситон-фотон ўзаро таъсирини ҳисобга
олган ҳолда яримўтказгичларда нозик оптик ҳодисаларнинг физик табиатини
таҳлил қилиш усуллари ишлаб чиқилган.

Тадқиқот

натижаларининг

ишончлилиги

яримўтказгичлар

физикасининг замонавий тадқиқот усуллари

қўлланилганлиги, шунингдек,

9

муаллиф томонидан олинган формулалар асосидаги фотолюминесценция
спектрларини сонли ҳисоб натижалари

CdTе

кристалларининг ПЛ ва

поликристалл

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардаларнинг ПТФЛ экспериментал

спектрлари билан мос келиши орқали изоҳланади.

Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.

Тадқиқот

натижаларининг илмий аҳамияти шундан иборатки, таклиф этилаѐтган ПЛ
спектрларини ҳисоблаш ва таҳлил қилиш усуллари

CdTe

каби кристаллар

ЭЛ спектрларидан яримўтказгичнинг нозик структураси тўғрисида зарурий
маълумотлар олишда кенг қўлланилади.

Тадқиқот натижаларининг амалий аҳамияти шундаки, ишлаб чиқилган
ПТФЛ спектрларини назарий ва экспериментал таҳлил қилиш усуллари

CdTe

каби кристаллар ва уларнинг юпқа пардали структуралари асосида

ионлаштирувчи нурланиш детекторлар, самарали ѐруғлик манбалари, юқори
кучланишли фотогенераторлар ва бошқа шунга ўхшаш оптоэлектрон
қурилмалар яратиш технологияларини жорий қилишда фойдаланилиш
имконини беради.

Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.

CdTe,

CdTe:In

яримўтказгич структураларда паст температурали фотолюминесцнеция
спектрларини тадқиқ қилиш натижасида:

к

учланиш фотогенератори сифатида қўлланиладиган

CdTe:In

асосидаги

фотовольтаик юпқа пардаларни ишлаб чиқиш бўйича «Аномаль
фотовольтаик плѐнка олиш усули»га Ўзбекистон Республикаси Интеллектуал
мулк агентлигининг ихтиро патенти олинган (№ IAP 05384, 28.04.2017).
Ишлаб чиқилган технология кадмий теллуриди асосидаги фотовольтаик
структурасининг қувватини ошириш имконини берган;

механик экситонлар сўнишининг чекли қийматларида кадмий теллуриди

каби кристаллар спектрларини назарий ҳисоблаш натижалари ОТ-Ф2
рақамли «Яримўтказгичлар ва уларнинг квант-ўлчамлашган ўраларида
қутбли оптик самаралар» (2007–2011) мавзусидаги фундаментал давлат
лойиҳасини бажаришда яримўтказгич юпқа қатламли структураларда
электрон ва экситонлар иштирокидаги ҳароратга боғлиқ бўлган кинетик
жараѐнларнинг характеристик параметрларини аниқлашда фойдаланилган
(Ўзбекистон Республикаси Фан ва технологиялар агентлигининг 2017 йил
10 октябрдаги ФТА-02-11/833-сон маълумотномаси). Бу яримўтказгич юпқа
пардали структураларни ѐруғлик билан барқарор қўзғатишдаги электрон
кинетик ҳодисаларнинг физик табиатини таҳлил қилиш имконини берган;

нурланишнинг поляритон модели ва кадмий теллуриди каби кристаллар

спектрларини реал оптик параметрларга боғлиқлиги бўйича назарий
ҳисоблаш натижалари Ф2-ОТ-О-15494 рақамли «Квант нуқтали гетеро ва
нанотузилмалардаги экситонлар, поляронлар, биполяронлар ва кўчиш
ҳодисаларини тадқиқ этиш асосида нурлагичлар, фотоэлементлар ва бошқа
турдаги

оптоэлектрон

асбобларнинг

самарадорлигини

яхшилаш»

мавзусидаги грант лойиҳасида октаэдр симметрияли яримўтказгичларда
экситон ва поляритонлар иштирок этган люминесценция спектрларининг
нозик структурасини аниқлашда фойдаланилган (Ўзбекистон Республикаси

10

Фан ва технологиялар агентлигининг 2017 йил 10 октябрдаги ФТА-02-
11/833-сон

маълумотномаси). Бунинг асосида экситон-фотон ўзаро

таъсирини ҳисобга олган ҳолда яримўтказгичлардаги нозик оптик
ҳодисаларнинг физик табиатини таҳлил қилишга эришилган.

Тадқиқот натижаларининг апробацияси.

Диссертация

ишининг

асосий натижалари

11 та халқаро ва 1 та республика илмий анжуманларида

муҳокамадан ўтказилган.

Тадқиқот натижаларининг эълон қилинганлиги.

Диссертация мав-

зуси бўйича жами 22 та илмий иш эълон қилинган бўлиб, шулардан
Ўзбекистон Республикаси Олий аттестация комиссиясининг докторлик
диссертациялари асосий илмий натижаларини нашр этилиши тавсия этилган
илмий журналларда 10 та мақола чоп этилган.

Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.

Диссертация кириш, тўртта

боб, хулоса, муаллиф томонидан чоп этилган ва фойдаланилган адабиётлар
рўйхатидан иборат. Диссертация ҳажми 118 бетни ташкил этган.

11

ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ

Кириш

қисмида қисқача қуйидаги аспектлар ѐритилган: ўтказилган

тадқиқотларнинг долзарблиги ва зарурияти асосланган; тадқиқотнинг
мақсади ва вазифалари, объект ва предметлари тавсифланган; республика
фан ва технологиялари ривожланишининг устувор йўналишларига мослиги
кўрсатилган; тадқиқотнинг илмий янгилиги ва амалий натижалари баѐн
қилинган; натижаларнинг илмий ва амалий аҳамияти очиб берилган;
тадқиқот натижаларини амалиѐтга жорий қилиш, нашр этилган ишлар ва
диссертация тузилиши бўйича маълумотлар берилган.

Диссертациянинг «

Кадмий теллуриди кристали ва поликристал-

ларида паст температурали фотолюминесценция»

деб номланган биринчи

бобида ярим ўтказгичларнинг ПТФЛ муаммоларини ўрганиш ҳолати бўйича
маълум илмий ишларнинг таҳлили берилган. Соф, киришмали

CdTe

кристаллари ва поликристалларининг фотолюминесценция спектрларини
фундаментал

тадқиқот

натижалари

келтирилган.

Яримўтказгич

материалларни олиш технологиясини такомиллаштириш ва хоссаларини
олдиндан айтиб бериш учун ПТФЛ усулини қўллаш имкониятлари намойиш
этилган. Мавжуд адабиѐтлардаги маълумотларни танқидий ўрганиш асосида
ушбу диссертация вазифаларининг умумий қўйилиши шакллантирилган.

«

CdTe

кристалларида экситон сўнишини ҳисобга олганда поляритон

люминесценцияси»

деб номланувчи иккинчи бобда ПЛининг Больцман

кинетик яқинлашишидан четга чиқадиган микроскопик назария асосида

CdTe

кристалларининг маълум экспериментал спектрлари таҳлил қилинган.

Компьютерда MATLAB 6.5 дастуридан фойдаланиб бажарилган сонли

ҳисоблаш ѐрдамида

А

n=1

экситон резонанси учун кристалнинг реал оптик

параметрларига боғлиқ равишда ПЛ назарий спектрлари олинган ва
поляритон (светоэкситон)лар тилида экситон люминесценциясининг
шаклланиш механизми муҳокама этилган.

Кристаллар иккиламчи нурланишининг поляритон механизми шундан

иборатки, экситон люминесценцияси турли



дисперсия тармоқларига мос

)

(

k







частотали поляритонларни кристалл

–

вакуум чегарасида

)

(

0

k

ck













частотали фотонларга айланишидан вужудга келади (

с

ва

k

0

–

вакуумдаги

фотоннинг тезлиги ва тўлқин сони,

k



– поляритоннинг тўлқин вектори).

ПТФЛ шаклланишининг бундай механизми тўғри зонали ярим ўтказгич
кристал ва наноструктураларнинг паст температурали люминесценция
спектрларини тушунтиришда муваффақиятли қўлланиб келинмоқда. ПЛ нинг
квазиклассик назарияси кристалда поляритонлар тақсимот функцияси учун
Больцман кинетик тенгламасидан фойдаланишга асосланган. Кўчириш
тенгламасини энг муҳим қўлланиш мезони тўлқин ютилиш коэффициенти





нинг тўлқин сочилишида ўртача узатиладиган тўлқин вектори

k





қийматидан кичик бўлишидир. Кубик симметрияли кристаллар учун
поляритонлар кўчирилиш тенгламасининг қўлланиш мезони

12

Re k



>>





(1)

тенгсизликка келтирилади. Бу шарт бажарилганда



дисперсия тармоқ

поляритонининг тўлқин вектори



k



яхши аниқланган квант сони бўла

олади.

Экситон сўниши

Г = (2



)

-1

(

ħω

энергияли



k



квант ҳолатдаги экситонни

иккиланган тўлиқ яшаш вақтининг тескарисига тенг бўлган катталик) нинг
Г



ω

LT

бўлган чекли қийматларида (1) шарт бажарилмайди ва поляритон-

ларнинг тақсимот функцияси тушунчасидан фойдаланиш мумкин эмас.
Хусусан,

суюқ

гелий

K

T

2

.

4



температурасида

CdTe

кристали учун

мэВ

мэВ

Г

LT

0

.

1

,

1

.

0







, азот

K

T

77



да эса

мэВ

Г

5

.

1



. Шу сабабдан ушбу бобда Rek



ва





(



=1, 2) ўртасидаги ихтиѐрий

муносабатда

ўринли

бўлган

ПЛ

назариясини

ривожлантирилган

ҳамда

унинг асосида

CdTe

кристалларининг

маълум экспериментал ПЛ спектрлари
таҳлил қилинган.

Биз вакуумда

yz

текислигидаги





(



,



)

бирлик

вектор

йўналишида

тарқалаѐтган



қутбланишли

нурланишнинг

 







,

)

0

(





спектрал

интенсивлигини текширамиз (кристалл
чегарасига ички нормал

z

ўқи бўйлаб

йўналган;



=s, р, бунда s//х, р



х):

 

 





























,

,

)

0

(

)

0

(

.

(2)

Соддалик учун s-қутбланишли ПЛ ини
қараш билан чегараланамиз. Бу ҳолда



=

1, 2, 12. Парциал

 

 





,

12





s

I

интенсивлик



k



1



ва



k



2



квант ҳолатлар когерент нурланишларининг интерференцияси

сифатида аниқланади. Экситон сўниши

Г

нинг чекли қийматларида, яъни

Rek



ва





ўртасидаги ихтиѐрий муносабат учун

 

 





,







s

I

ни ҳисоблашда Л.В.

Келдишнинг диаграммалар техникасидан фойдаланиб,

s

қутбланишли 1 ва 2

поляритон дисперсия тармоқлари учун









;

,

k

k

G

S











Грин функциясини

топамиз. Бунда частотанинг ω>ω

L

соҳаларида 1 тармоқ учун тақсимот

функцияси берилган ва ω≤ω

L

соҳаларда 1 ва 2 тармоқлар ичидаги

сочилишларни эътиборга олмаслик мумкин, деб ҳисоблаймиз (1-расм).

Диаграммалар техникаси қоидаларини қўллаб, қуйидагиларни оламиз:

 

 

2

)

(

0

1

Im

2

)

,

(

,

z

s

z

o

S

n

t

L

n

k

F

I





























,

2

,

1





, (3)



b

ck





0



R

LO

LO

2



1



LA

1

k

L



0



1-расм. Экситон сўниши

Г



чекли бўлганда қуйи 1 тармоқ

поляритонларининг

L



дан

юқори частоталар соҳасида

бўйлама акустик (LA), оптик

(LО) фононларда ноэластик ва

киришмаларда эластик (R)

сочилиш йўли билан совиб бориш

ҳамда

0



ва

L



частоталар

яқинида ПЛ шаклланиш

жараѐнларининг схемаси

13

 

 

































*
2

1

*

)

(

02

)

(

01

1

*
2

1

12

)

(

)

(

1

Re

2

)

,

(

,

z

z

s

s

z

z

o

S

n

n

t

t

L

n

n

ik

F

I











, (4)

 

)

(

)

(

cos

2

)

2

(

1

,

1

2

2

2

2

1

1

2

3

















f

n

n

c

M

F

LÒ

b











, (5)

бу ерда

М

– экситоннинг эффектив массаси, ε

b



фон диэлектрик

сингдирувчанлик,

f

1

(ω)

ва

L



механик экситонларнинг тақсимот функцияси

ва диффузия узунлиги, τ



1





тармоқ поляритонининг



1 сочилишга

нисбатан яшаш вақти,





2

1

2

2

sin











n

n

z

,

i

=(-1)

1/2

, θ



нурланишнинг

кристалдан чиқиш бурчаги, ўтказиш коэффициенти

)

(

0

s

t



ва синдириш

кўрсаткичи

n



сўниш

Г

ни эътиборга олиб ҳисобланади.

Статик нуқсонларда эластик сочилиш учун

 



















1

1

1

2

2

1

2

21

3

2

2

1

k

k

i

k

k

V

N























, (6)

Бунда N

i

– нуқсонлар концентрацияси,

 

q



V



қўзғатувчи потенциал Фурье-

шакли. Изотроп потенциал учун

 

q



V



V (q). Шуни таъкидлаш жоизки, агар



М

=ħ

M

k

2

/

2

0

<<



LT

/



b

шарт бажарилса, k

2

(



) катталик k

1

(



) га қараганда

етарлича кичик ва (6) да





2

1

k

k

V







ни

)

(

1

k

V



га алмаштириш мумкин. Экситон

диссипатив сўниши

)

,

(

k

Г





ни поляритонларнинг ноэластик сочилишини

эътиборга олиб назарий ҳисоблаш мураккаб масаладир. Биз

ħГ

нинг қиймати

маълум ва резонанс ω

0

частота атрофида биринчи яқинлашишда унинг

частотага кучсиз боғланишини эътиборга олмаслик мумкин, деб
ҳисоблаймиз.

2-расмда

CdTe

кристали учун механик экситон сўниши ва диффузион

узунлигининг

эВ

м

Г

45

,

0





ва

мкм

L

5

,

0



қийматларида (3)-(5) формулалар

ѐрдами билан ҳисобланган ПЛнинг назарий спектрлари келтирилган.
Бунда

0

чизиқ йиғинди интенсивлик

)

(

)

0

(



s

I

, 1, 2 ва 12 чизиқлар эса парциал

)

(

)

0

(





s

I

интенсивликлар, яъни натижавий ПЛ га қуйи

)

(

)

0

(

1



s

I

, юқори

)

(

)

0

(

2



s

I

поляритон дисперсия тармоқлари ва уларнинг интерференцияли

)

(

)

0

(

12



s

I

улушларидан иборат. Учбурчак нуқталар

CdTe

кристалининг

K

T

2

.

4



температурада экспериментал олинган фотолюминесценция спектрининг
(1,593-1,597) эВ частоталар интервалидаги қисмини ифодалайди. Расмдан
кўринадики, ПЛ йиғинди интенсивлигининг

эВ

м

Г

45

,

0





ва

мкм

L

5

,

0



қийматлар учун ҳисобланган

назарий спектри (

0

чизиқ) экспериментал

спектр билан яхши мос келади.

K

T

2

.

4



температурада

ħГ

нинг нисбатан катта қиймати ва

L

нинг кичик

қиймати текширилган

CdTe

кристал намунада киришма марказларининг

юқори концентрацияси мавжудлиги билан боғлиқдир.

14

2-расмдан кўринадики,

ħГ

нинг чекли қийматларида 2 - 2



турдаги поляритон

модалари ва уларнинг 1 - 1



модалар билан интерференцияси







L

частоталар соҳасида

CdTe

нинг ПЛ га анча сезиларли ҳисса қўшади,



L

частоталар соҳасида эса юқори тармоқ поляритонларининг улуши

)

(

)

0

(

2



s

I

ҳал

қилувчи аҳамият касб этади. Бундай ҳолат одатдаги кинетик яқинлашишдаги
ПЛ концепциясида умуман қараб чиқилмаган.

Бундан кейинги сонли ҳисоблар шуни кўрсатадики,

ħГ

ортиши билан ω

0

частотадаги интенсивлик ортиб, ПЛ нинг дублет структураси йўқолиб боради
ва спектрал кенглиги ортиб кетади. Сўнишнинг

мэВ

Г

5

.

1





қийматида

спектрал контур

)

(

)

0

(



s

I

маълум асимметрияга эга бўлади (рас. 3), бу эса

поляритон эффектнинг экситон диссипатив сўниши таъсирида тўлиқ йўқолиб
кетмаганлигини акс эттиради. қийматда

)

(

)

0

(



s

I

спектрал чизиқнинг ярим

кенглиги

Г





бўлган деярли Лоренц контурига ўтади, парциал улушлар

)

(

)

0

(

2



s

I

,

0

)

(

)

0

(

12





s

I

ва поляритон люминесценция спектри

фақат

биргина

)

(

)

0

(



s

I

≡

)

(

)

0

(

1



s

I

компонентдан шаклланади. Диссертациянинг «

Майда донли

CdTe

ва

In

CdTe

:

юпқа пардалар олиш технологияси масалалари ва

айрим физик хоссалари

» номли учинчи боби поликристалл

CdTe

юпқа

пардалар ПТФЛи ва фотовольтаик хоссалари алоқасини ўрганиш ҳамда
уларнинг шаклланишида фотосезгир соҳалар, киришма марказларнинг
ролини аниқлаштириш мақсадида майда донли соф ва

In

киришмали

CdTe

поликристалл юпқа пардалар олиш технологиясини ишлаб чиқишга
бағишланган.

2-расм.

CdTe

кристалл параметрлари

мэВ

эВ

LT

0

,

1

,

596

,

1

0













,

,

45

,

0

эВ

м

Г





;

65

,

9



â



;

5

,

0

/

0



m

М

ех

0

0

;

5

,

0







мкм

L

учун

ҳисобланган ПЛининг назарий спектрлари. 0 чизиқ – йиғинди

интенсивлик; 1, 2 ва 12 - парциал интенсивликлар



қуйи, юқори

поляритон тармоқлар ва уларнинг интерференцияли улушлари.

Учбурчак нуқталар



эксперимент

И

нт

енсив

лик

,

ни

сб

. бир

л

.

Частота, нисб. бирл.,





LT

L







/



0

1

2

12

15

Тайѐрланган майда донли

CdTe

ва юпқа

In

CdTe

:

пардаларнинг айрим

электрофизик, оптик ва фотоэлектрик хусусиятлари қараб чиқилган.
Кристаллитлар ички электростатик майдонларида

i

In



ионлари ва

-j

Cd

V

кадмий

вакансияларининг термомайдон миграцияси (

ТММ

)

In

CdTe

:

юпқа

пардаларнинг фотовольтаик хоссаларини кескин орттириши ва физик
параметрларига таъсир қилиши кўрсатилган.

Бурчак остида ўтқазилган юпқа қатламларни легирлаш жараѐни алоҳида

тигеллардан

CdTe

ва

In

ларни

Па

3

2

0

!

10







вакуумда термик буғлатиш

усули билан бевосита ўстириш пайтида амалга оширилди. Буғлатилаѐтган
киришманинг дастлабки массаси асосий яримўтказгич материал массасининг
3÷ 7 % ини ташкил этди.

In

ни буғлатиш

CdTe

ни буғлитишга қараганда

.

3

2

мин



га кечиктирилди ва

.

5

3

мин



олдин тўхтатилди. Шиша таглик

температураси

К

500

200



оралиғида

ўзгартирилди.

Қалинлиги

мкм

d

5

.

1

8

.

0





ва юзаси

2

20

5

мм

х

(одатда конденсация тезлиги

с

нм

к

0

.

2

5

.

1

v





, чанглатиш бурчаги 40÷50

0

) бўлган янги тайѐрланган

In

CdTe

:

поликристалл намуналар қаршилиги анча кам ва аномаль

фотовольтаик хусусияти кучсиз (

V

АФК

=50÷100

В

) ифодаланган бўлиб чиқди.

Бироқ вакуум ѐки тоза ҳавода

K

573

-

523

температуралар оралиғида 10



15

мин термик ишлов (ТИ) беришдан сўнг намунанинг қаршилиги 2



3 марта

ортди ва шу вақтнинг ўзида хона температурасида (2 ÷ 4)∙10

3

В

гача, яъни

Частота, нисб. бирл,





LT

L







/



И

нт

ен

си

вли

к,

ни

сб.

би

рл.

1

0

2

12

3-расм.

CdTe

кристалл параметрларининг

;

5

,

1

мэВ

Г





мкм

L

3

,

0



қийматлари учун ҳисобланган ПЛни назарий спектри (0 чизиқ) ва уни

эксперимент (учбурчак нуқталар) билан таққослаш. Қолган параметрларнинг

қийматлари ва белгилашлар 2-расмдаги кабидир

16

махсус легирланмаган

CdTe

намунага (

V

АФК

= 200÷600

В

) қараганда бир

тартибда кўп максимал фотокучланиш генерацияланди. Қисқа туташув
фототоки эса икки тартибдан кўпроқ ошиб,

I

қ.т.

≈10

-8

A

қийматгача етди.

Бунда қиздирилган

CdTe:

In юпқа пардаларнинг электрофизик ва аномаль

фотовольтаик (АФВ) хоссалари анча барқарорлашди. Ҳавода тўйинган

CdCl

2

буғлари иштирокида (термик ишлов)ТИ берилганда қалинлиги 1.2 ÷

1.5

мкм

бўлган юпқа пардалар билан ишлашга тўғри келди, юпқароқлари

(

d

<1.0

мкм

) эса қайта буғланиш натижасида ишдан чиқди.

Шуни қайд этиш лозимки, тоза шиша тагликка олдиндан юпқа

In

қатламини ўтқазиш йўли билан легирланган

СdТе:In

юпқа пардалар

ўстириш усули

CdTe

ни

Ag

билан шу усулда легирлашдан фарқли ўлароқ,

кутилган ижобий натижаларга олиб келмади. Бунинг сабаби фотовольтаик

CdTe

юпқа пардани ТИ вақтида донор киришма

In

ва акцептор киришма

Ag

ҳажмий зарядларнинг потенциал тўсиқ соҳаларидаги термомайдон
таъсиридаги кўчиши ва электродиффузия жараѐнларида ўзларини турлича
тутишлари билан боғлиқ деб ҳисобланди.

Юпқа парда сиртининг электрон микрофотографияси, кўндаланг кесими

бўйича фрактограммаси ва рентгеноструктуравий таҳлил натижалари шуни
кўрсатдики, ўстирилган юпқа парда микроғовакли, асосан, кубик
симметрияли устунчасимон поликристалл структурага эга ҳамда юпқа парда
бўйлаб кристалл донларнинг ўлчами

мкм

d

cr

3

1





ни ташкил этди.

Текширилган

CdTe

ва

СdТе:In

юпқа пардалар асосий электрофизик

параметрларининг кўп учрайдиган қийматлари қуйидаги жадвалда
келтирилган:

№

т/р

Юпқа пардаларнинг ишчи

параметрлари

CdTe

CdTe:In

Термик

ишловгача

Термик ишловдан

кейин

1

Қоронғуликдаги қаршилик



R

қ

,

Ом

(1.0 ± 0.05)·10

13

(2.0 ± 0.05)·10

11

(5.0 ± 0.05)·10

11

2

Ёруғликдаги қаршилик



R

ё

, Ом

(2.0 ± 0.05)·10

12

(3.0 ± 0.05)·10

9

(2.0 ± 0.05)·10

11

3

Қисқа туташув фототоки



I

қт

, А

(1.0 ± 0.03)·10

-10

(2.0 ± 0.03)∙10

-8

(1.0 ± 0.03)∙10

-8

4

Аномаль фотокучланиш –

V

АФК

, В

(2.0 ± 0.1)·10

2

(0.6 ± 0.1)· 10

2

(2.0 ± 0.1)· 10

3

Ушбу жадвалдан кўринадики,

CdTe

ва

СdТе:

In юпқа пардаларнинг

электрик ва фотоэлектрик хоссалари кучли фарқланади. Термик ишлов

бериш натижасида

СdТе:

In юпқа парданинг қоронғуликдаги қаршилиги

2,5 марта ортгани ҳолда ѐруғлик таъсиридаги қаршилиги икки тартибда
ўзгаради ва фотоўтказувчанлик эса анча кучсизланади. Бунда қисқа
туташув фототоки тартиби бўйича деярли ўзгаришсиз қолади, максимал
генерациланувчи фотокучланиш

V

АФК

эса қарийб икки тартибда ортиб

кетади. Бу ердан

СdТе:

In юпқа пардани термик ишлов дан сўнг

V

АФК

нинг

17

стимуллашуви асосан фотоўтказувчанликнинг пасайиши ҳисобига рўй
беради деган хулосага келамиз.

Қиздирилган

CdTe:In

юпқа пардаларнинг электрофизик хоссаларини

фотохолл ўлчашлар усули билан ўрганиш ва люксампер
характеристикалар, термостимуллашган ток таҳлиллари шуни кўрсатадики,

V

АФК

нинг максимал қийматига мос келадиган

In

ва кадмия



Cd

V

вакансияларининг оптимал концентрациялари ~10

17

÷10

18

см

3



ни ташкил

этади. Айни пайтда электронларнинг ўртача концентрацияси ва дрейф
ҳаракатчанлиги 10

10

÷10

12

см

3



ва 50÷250

см

2

/

В·с

чегараларда ўзгаради. Бу

эса текширилаѐтган оптимал термик ишлов берилган

CdTe:In

юпқа

парданинг кучли компенсирланган ярим ўтказгичли ўта бир жинсли
бўлмаган поликристалл структурадан иборатлигини билдиради.

Қисқа туташув фототокининг спектрал боғланишини Луковский усули

билан таҳлил қилиш натижасида (4-расм) қуйидаги чуқур энергетик сатҳли
марказлар борлиги аниқланди:

E

1

=Е

v

+

(0.06 ±0.02) эВ,

E

2

=Е

v

+(0.18 ±0.02) эВ,

E

3

=Е

v

+(0.47±0.02)

эВ

,

E

4

=Е

c

- (0.15±0.02)

эВ

,

E

5

=Е

с

-(

0.75±0.02)

эВ

. Бунда

E

2

ва

E

3

сатҳлар барча намуналарда иштирок

этади,

E

1

ва

E

4

,

E

5

лар эса мос равишда фақат киришмасиз

CdTe

ва

киришмали

CdTe:In

юпқа пардаларда учрайди холос.

E

1

ва

E

3

сатҳлар бир

ва икки каррали ионлашган кадмий вакансиялари (



Cd

V

,

2



Cd

V

),

E

2

сатҳни эса

тугунлар орасида жойлашган

Te

i

томонидан ҳосил қилиниши маълум. У

ҳолда аниқки,

E

4

ва

E

5

сатҳлар учун

i

In



қатнашган комплекс

марказларнинг мавжудлиги сабаб бўлади.

1,0

2,0

3,0

4,0

а

hν, эВ

1,1

1,3

1,5

1,7

lg I

кз

,

нисб.бир.

0

1.43

эВ

1.31

эВ

1.05

эВ

b

hν, эВ

1,0

1,2

1,4

1,6

1,0

2,0

3,0

4,0

0

lg I

кз

,

нисб.бир.

1.31

эВ

1. 18

эВ

1.05

эВ

c

hν, эВ

0,9

1,1

1,3

1,5

lg I

кз

,

нисб.бир.

1,0

2,0

3,0

4,0

0

1.31

эВ

1. 18

эВ

1.05

эВ

0.85

эВ

4-расм.

К

Т

77



температурада

CdTe

(a),

In

CdTe

:

(

b



янги ўстирилган,

c



ТИ

дан сўнг) юпқа пардалар учун қисқа туташув токининг спектри (қуюқ нуқталар)

ва фотонларни тутиш кесимининг назарий спектри (бўялмаган доиравий,

крестик, учбурчак, квадрат нуқталар)

18

Шундай қилиб, қия бурчак остида ўстирилган

CdTe

юпқа пардаларни

легирлаш уларнинг фотовольтаик хусусиятларини сифат жиҳатдан
ўзгартириб юборади: фотовольтаик кучланиш

V

АФК

нинг максимал қиймати

бир тартибда, қисқа туташув токи

I

қ.т.

эса икки тартибда ортади,

I

қ.т.

ва

унинг спектрида кескин температуравий боғланиш юзага келади,

V

АФК

нинг

интеграл қийматига ѐруғликнинг киришмавий ва хусусий ютилишлари
берган улушлари деярли бир хил тартибга эга бўлиб қолади.

Диссертациянинг

«Майда донли

CdTe

ва

In

CdTe

:

юпқа

пардаларнинг паст температурали фотолюминесценцияси»

номли

тўртинчи бобида соф ва

In

киришмали

CdTe

поликристалл юпқа

қатламларнинг фотолюминесценция ҳамда аномаль фотовольтаик (АФВ)
хусусиятларини шаклланишида фотосезгир соҳалар шунингдек, киришма
марказларининг ролини аниқлаштириш мақсадида ўтказилган ПТФЛнинг
тадқиқот натижалари келтирилган. Бунда қия бурчак остида ўстирилган

CdTe

,

In

CdTe

:

поликристалл пардаларнинг ПТФЛ спектрлари ва АФВ

хусусиятлари ўртасида корре-
ляция борлиги аниқланган. Cоф
намуналар спектрида чегаравий
дублет полоса билан бир қаторда
кристал

донларнинг

чегара-

ларидаги потенциал тўсиқнинг
мавжудлиги

туфайли

юзага

келадиган

хусусий

люминес-

ценция

полосаси

устунлик

қилади.

In

киришма

билан

легирлаш

дублет

полосанинг

сўнишига, кейинги термик ишлов
бериш

эса

спектрал

ярим

кенглиги

фотокучланишнинг

максимал қиймати

V

АФК

билан

боғлиқ

бўлган

хусусий

полосанинг кескин фаоллашувига
олиб келади.

Легирланмаган

АФВ

хусусиятли

CdTe

парданинг

фундаментал ютилиш чегараси
атрофидаги ПТФЛ

)

2

.

4

(

K

T



спектри 5а-расмда тасвирланган.
Бу

ерда

таққослаш

учун

келтирилган соф монокристалл
намунанинг фақат

g

E







частота

соҳаси томон ѐйилган экситон





эВ

E

ex

59

.

1



, донор



акцептор жуфтларининг (

ДАЖ

)





эВ

E

ДАЖ

54

.

1



нурланиш

чизиқлари ва уларнинг

LO



фонон такрорланишларидан ташкил топган

1.51 1.55 1.59 1.63 1.67 1.71 1.75

Фотон энергияси, эВ

Ин

те

нс

ив

ли

к,

ни

сб.

би

рл.

Тўлқин вектори, нм.

820 800 780 760 740 720 700

CdTe

T=4.2 K

CdTe: In
ТИ гача

CdTe: In

ТИ дан кейин

a.

b.

c.

А

В

С

А

А

5-расм. Соф ва

In

билан легирланган

парданинг термик ишлов беришдан олдин

(b) ва (

c

) кейин паст температурали ФЛ

спектри. Штрихли чизиқ бўйича соф

CdTe

монокристаллининг спектри, штрих

пунктир чизиқ билан эса унинг

K

2

,

4

даги

тақиқланган зонаси чегараси кўрсатилган

19

ПТФЛ спектри пунктир чизиқ билан кўрсатилган.

Расмдан кўринадики, АФВ хусусиятли поликристалл юпқа парда ва

монокристалл CdTe намуналарнинг фотолюминесценция спектрлари сифат
жиҳатдан фарқланадилар. Юпқа пардалар ПТФЛсига эркин заряд

ташувчиларнинг

h

e



нурланишли рекомбинацияси (ярим кенглиги

мэВ

1

,

0

2

,

14



бўлган

А



чизиқ) ва нисбатан кенгроқ ѐрқин дублет стуктурали

чегаравий люминесценция (

мэВ

1

,

0

5

,

18



ва

мэВ

1

,

0

2

,

32



ярим кенгликдаги

В

ва

С

– нурланиш чизиқлари) асосий улуш қўшади. Бунда экситон, ДАЖнинг

нурланиш каналлари ва уларнинг фонон такрорланишлари иштирок
этмайди.

Частотанинг

эВ

65

,

1







соҳасида

энергия

бўйича

релаксацияланувчи қайноқ электрон-ковак жуфтларининг нурланишли
рекомбинацияси туфайли рўй берадиган қайноқ фотолюминесценция
кузатилади (қўзғатувчи лазер нурининг частотаси

эВ

60

,

2







). Хусусий

нурланиш полосаининг кескин узун тўлқинли

эВ

627

,

1







чегараси юпқа

парданинг алоҳида донларини мукаммал кристал структурага эга
эканлигигидан далолат беради.

Шуни алоҳида қайд этиш лозимки,

А



чизиқнинг ушбу чегараси

K

T

2

,

4



температурада

CdTe

монокристаллини ўтказувчанлик зонасининг қуйи

чегараси (5

а



расмда вертикал штрих



пунктир чизиқ,

эВ

E

g

606

,

1



)га

нисбатан қисқа тўлқинлар соҳасига томон

эВ

021

,

0

энергияга сурилган.

Буни, масалан, тақиқланган зона

g

E

кенглигининг ортишига олиб келадиган

CdTe

юпқа пардада ички чўзилишнинг механик кучланиши мавжудлиги

билан изохлаш қийин (юпқа парда ва таглик термик кенгайиш
коэффициентлари ва атомлар орасидаги масофаларининг турли хиллиги
туфайли).

A



,

B



ва

С



нурланиш чизиқларининг максимумлари бир



биридан

CdTe

даги бўйлама оптик фонон энергияси

эВ

LO

021

,

0







га фарқ қилади.

Демак, симметрик

В

-чизиқ хусусий нурланиш

А



полосасининг

LO



фонон такрорланиши,

С



чизиқ эса

LO

2



фонон такрорланиши эканлигини

тасдқлаш мумкин. Бу спектрал чизиқлар, шунингдек фундаментал полоса
хам лазерли қўзғатишнинг

2

/

44

,

0

см

Вт



танланган интенсивлигида

монокристалл ва йирик донли поликристаллар спектрида ҳозиргача
учрамаган.

C



нурланиш чизиғининг ясси максимуми

A



чизиқдан

LO





2

га

нисбатан озгина каттароқ энергияга орқада қолади. Бу ҳолда

C



чизиқни узун

тўлқинли чўзилган дум қисмининг мавжудлиги ушбу спектрал чизиқ

nLA

LO



2

фононлар нурланиши билан рўй берадиган





h

e

зона



зонавий

рекомбинация натижасида юзага келганлигини англатади, яъни

C



спектрал чизиқнинг шаклланишида акустик фононлар ҳам қатнашади.

Термик ишловсиз

In

билан легирланган

CdTe

юпқа парданинг

фотолюминесценция спектри 5

b



расмда кўрсатилган. Кўриниб турибдики,

ҳажмий концентрацияси

3

18

17

10

10





см

дан кам бўлмаган индий киришма

атомлари билан легирлаш

ПТФЛ

спектрини кучли ўзгаришига олиб

20

келади. Биринчидан,

А



чизиқнинг ярим кенглиги сезиларли даражада

тораяди (

мэВ

6

гача тушади), бу эса янги тайѐрланган юпқа

In

CdTe

:

пардада

АФК

V

нинг максимал қиймати легирланмаган

CdTe

пардадагига нисбатан

деярли бир тартибда тушиб кетиши билан корреляцияланади; иккинчидан,
люминесценциянинг чегаравий полосаси (

В



ва

С



чизиқлар), шунингдек

қайноқ фотолюминесценция

канали ҳам йўқолади; учинчидан, хусусий

нурланишнинг кескин қизил чегараси

мэВ

5

3





энергияли узун тўлқинлар

томон силжийди ва монокристалнинг

g

E

чегарасидан

мэВ

18

16



оралиқда

ѐтади, буни хам легирланган намунада ички механик кучланишнинг
камайиши натижасида

g

E

ни қисқариши орқали изоҳлаб бўлмайди.

Бу ердан майда донли

CdTe

юпқа пленкада ўринлашган

Cd

In

ѐки

тугунлараро

i

In

донор киришмалар нурланишсиз рекомбинациянинг

кучли каналини ҳосил қилади, шу билан бир вақтда

LO

– ва



LА

фононлар

ролини кескин камайтиради,

нурланишнинг

А



чизиқ қизил чегарасини

узун тўлқин соҳаси томон силжитади, ярим кенглигини камайтиради,
шунингдек,

In

CdTe

:

юпқа парда электр ўтказувчанлигини оширади,

буларнинг оқибати эса АФВ хусусиятнинг ѐмонлашувини белгилайди, деган
хулосага келиш мумкин.

5

с

- расмдан кўринадики,

In

CdTe

:

юпқа парданинг оптимал ТИдан сўнг

фотолюминесценция спектри сифат жиҳатдан кучли ўзгаришга учрамайди

.

Бироқ шуни қайд этиш мумкинки, ТИ натижасида А



чизиқ деярли уч

марта кенгаяди (ярим кенглиги



17 мэВ гача етади, бу эса V

АФК

қийматини

бир тартибда, яъни 3



10

3

В гача ўсиб боришига мос келади) ва

қиздирилмаган

In

CdTe

:

пардага нисбатан А



чизиқнинг қизил чегарасини

киска тўлкинлар томонга



11 мэВ гача силжишига олиб келади.

Бу натижаларни тўғридан-тўғри тушунтириб бериш қийин масаладир.
Термик ишлов жараѐни кристал доннинг нафақат ҳажми бўйича, балки унинг
сиртида хам ДАЖларнинг ўз-ўзини компенсациялаш натижасида киришмали
юпқа парданинг

АФВ

хусусияти билан бирга унинг ПТФЛ хусусий

полосасини ҳам кучайтиради.

Шундай қилиб, қия бурчак остида ўстирилган

CdTe

юпқа пардаларнинг

АФВ хсусусияти ва аниқланган хусусий люминесценция полосасининг
шакли ўртасида аниқ корреляция борлигини кўрамиз. Легирлаш натижасида,
шунингдек. ТИдан сўнг фотолюминесценция спектри юпқа парданинг АФВ

хусусиятини ўзгаришига мос равишда кучли трансформацияланади.
Монокристалл ѐки йирик донли поликристалл

CdTe

спектрларидан фарқли

ўлароқ

АФВ

хусусиятли

CdTe

ва

СdТе:In

поликристалл юпқа пардалар

ПТФЛ

спектрларида экситон, ДАЖларнинг нурланиш каналлари ҳамда

уларнинг

LO

-такрорланишлари намоѐн бўлмайди.

Бунинг сабаби юпқа

пардаларнинг майда донли эканлиги ва хусусий

люминесценциянинг

стимулланишига олиб келувчи

кристал донлар чегаравий соҳаларида фото-

ЭЮКнинг генерацияланиш жараѐнидир.

А

-чизиқ нурланиш спектрининг дастлабки миқдорий таҳлили шуни

21

кўрсатадики, уни биринчи яқинлашишда қуйидаги формула билан
ифодалаш мумкин:































Э

g

g

kT

E

E

h

E

E

h

A

I

)

(

exp

)

(

)

(

0

0







,

(7)

бу ерда:

А



плѐнка турига боғлиқ бўлган доимийлик,

Е

g

–монокристалл

тақиқланган зонасининг кенглиги,

k

–Больцман доимийси,

Т

э

–

фототашувчиларнинг панжара температурасидан кескин фарқ қиладиган
ўртача температураси,

g

кр

E

h

E









0



А

- чизиқнинг қизил чегараси ва

Е

g

орасидаги фарқ. Табиийки, (7) ифоданинг ўнг томонидаги иккинчи ва
учинчи кўпайтувчилар оддий зоналардаги ҳолатлар зичлиги ва
фототашувчиларнинг номувозанатли тақсимот функциялари билан
боғлиқдир.

0

E



катталикнинг физик маъносини қуйидагича тушунтириш мумкин.

Модомики,

K

T

2

.

4



температурада ярим ўтказгични Ar

+

- лазерли

қўзғатиш

эВ

E

g

606

.

1



га нисбатан етарлича юқори фотон энергияси

эВ

h

60

.

2





да амалга оширилар экан, у ҳолда юқори энергияли

фотоэлектронлар ва фотоковаклар энергия бўйича релаксацияланиб,
кристалл панжара температурасигача тўла совиб улгурмасдан маълум
қолдиқ температура

е

T

ва

h

T

билан зоналар чегарасига яқинлашадилар.

Шунингдек,

бундай

ҳолга

генерацияланаѐтган

электрон-ковак

жуфтликларини фазовий ажратувчи ва уларни тезлаштирувчи хажмий
зарядлар соҳасининг ички электростатик майдони («ички қурилган»

вс

E



майдон) ҳам имконият яратади.

Бунинг оқибатида электронлар сирт потенциал тўсиқ

i





баландлигига

тенг бўлган энергияга қадар қўшимча қиздирилади. Унда, табиийки, қайноқ
электронларнинг ўтказувчанлик зонаси тубига нисбатан энергияси

e

i

е

kT

E









0

, коваклар учун эса

h

i

h

kT

E









0

бўлиб,

Э

h

e

i

h

e

kT

T

T

k

E

E

E



















)

(

2

0

0

0



(8)

ифодаларга эга бўламиз.

Бу ерда биз Бурштейн – Мосс эффектига ўхшаш янги самарага дуч

келамиз: унга биноан ҳолатлар зичлигининг эффектив массаси кичик бўлган
тўғри зонали ярим ўтказгичларда ѐруғликнинг хусусий ютилиш чегараси
ѐруғлик интенсивлиги ортиши билан қисқа тўлқинлар томон силжийди,
бунинг сабаби Ферми квазисатҳининг қўзғатиш интенсивлигига боғлиқ
бўлишидир.

Бизнинг ҳолда бундай эффект тўғри зонали ярим ўтказгичларнинг майда

донли поликристалларида қайноқ ташувчиларни интенсив лазерли
қўзғатишда хусусий люминесценция спектрининг қизил чегараси билан
кузатилади ва бу ҳам Ферми квазисатҳини структуравий нуқсонлар
параметрларига боғлиқлиги билан аниқланади.

АФВ

хусусиятли

CdTe

,

In

CdTe

:

майда донли юпқа пардаларда

ПТФЛ

фундаментал полосасининг назарий ((7) формула бўйича ҳисобланган) ва

22

экспериментал спектрларининг ўзаро таққосланиши 6-расмда тасвирланган.
Бунда

eh

r

kT

E





параметрларнинг қийматлари 5

a, b, c

расмлардаги

А

–чизиқ

қизил чегарасининг қисқа тўлқинлар томон силжишлари бўйича
экспериментал спектрдан танланган:

мэВ

E

r

21





(1 эгри чизиқ тоза

CdTe

учун),

мэВ

17

(2, ТИсиз

In

CdTe

:

учун),

мэВ

29

(3, ТИдан кейинги

In

CdTe

:

учун). Кўриниб турибдики, ҳисобланган спектрал 1



3 чизиқлар эксперимент

билан деярли мос келади. Спектрларнинг қисқа тўлқинли чегараси бўйича
сезиларли тафовутлар мавжуд. Эксперимент қайноқ фототашувчиларнинг
характерли

k

E

T

r

eh

/





температура билан кучлироқ термализациясини

кўрсатади, бу эса ўз навбатида юқори энергияли номувозанатли эркин заряд
ташувчиларнинг қўшимча сочилиш каналлари мавжудлигини билдиради.

Бундан қуйидаги

муҳим хулосага келамиз:
А



чизиқ спектрал ярим

кенглиги

А



унинг қизил

чегарасини

Э

kT

E





0

қисқа

тўлқинли

силжишига

тўғри пропорционал. Бу
эса ўз навбатида 5

a



c

расмдаги

А



чизиқнинг

спектрал

характеристи-

касига

етарлича

мос

келади.

А



катталик

0

E



сингари, (8) га биноан
қайноқ

фототашувчи-

ларнинг

кинетик

энергияси

ва

сирт

потенциал

тўсиқнинг

ѐруғлик

таъсиридаги

модуляцияланган
баландлиги билан аниқланади.

CdTe

пардани

In

билан легирлаш

i

0



ни

камайишига олиб келади ва шу сабабдан 5

b



расмда

А



деярли уч марта

(

мэВ

6

гача) ва

0

E



эса

мэВ

5

3



қисқаришини кузатамиз. Кейинги оптимал

ТИ ўз-ўзини компенсация қилиш ва термомайдонли кўчиш жараѐнлари
натижасида юпқа парданинг нафақат микроқаршиликларини ўсиши
ҳисобига, балки

i

0



нинг ортиши ва ҳажмий зарядлар соҳасининг кенгайиши

туфайли ҳам юқориқаршиликли ҳолатга ўтказади. Бу ердаги 5

с



расмдан

мос равишда

А



ни

мэВ

17

гача,

0

E



ни эса

мэВ

29

гача ортишига эга

бўламиз, яъни (8) баҳолаш формуласи 8 % ли нисбий хатолик билан
бажарилади.

Photon energy





g

E







, eV

3

1

2

CdTe

1-
2-
3-

CdTe:In ТИдан кейин

CdTe:In ТИгача

И

н

тен

си

вл

и

к,

н

и

сб

. б

и

рл

.

Фотон энергияси (ħω



Е

g

), эВ

6-расм. Майда донли

CdTe

юпқа парданинг

ПТФЛ

фудаментал полосасининг назарий ((7) формула

бўйича ҳисобланган узликсиз чизиқ) ва

экспериментал (нуқтавий) спектрларини ўзаро

таққослаш.

K

T

2

.

4



6-расм. Майда донли

АФВ

CdTe

парданинг

K

T

2

.

4



дагит

ПТФЛ

фудаментал полосасининг

назарий (узууксиз чизиқ , (7) формула бўйича
хисобланган)

ва

(нуқтавий)

экспериментал

спектрларини таққосташ.

23

ХУЛОСА

Кадмий теллуриди

монокристалларининг экситон люминесценция

спектрларини ва соф

CdTe

, киришмали

CdTe:In

майда донли юпқа пардалар

паст ҳароратли фотолюминесценциянинг шаклланиш механизмларини
аниқлаш

натижалари асосида қуйидаги хулосалар қилинди:

1.

CdTe

каби ярим ўтказгич кристалларда поляритон люминесценцияси

шаклланишининг моделига асосан

А

n=1

экситон резонанси соҳасида

нурланувчи квант ҳолатлар

L







қийматларидаги етарлича катта

k



га эга

бўлган қуйи 1 тармоқ поляритонларининг сочилиши ҳисобига эгалланади ва
поляритон люминесценциясига киришмаларда эластик сочилган қуйи 1,
юқори 2 дисперсион тармоқ поляритонлари ва уларнинг интерференцияси
ҳисса қўшиши топилган.

2.

CdTe

каби кристаллар поляритон люминесценцияси парциал

спектрларини поляритонлар тақсимот функциялари учун Больцман кинетик
тенгламасининг қўлланиш чегаралари бузиладиган

ħГ

нинг чекли

қийматларида ҳам ўринли бўлган экситонлар Грин функцияси учун Келдиш
диаграммалар техникасидан фойдаланиб, микроскопик ҳисоблаш усули
ишлаб чиқилган.

3.

мэВ

Г

6

.

0





қийматларда

CdTe

кристаллар

поляритон

люминесценциясининг назарий спектри экспериментал спектрга мос ҳолда
максимумлари

0



(

0

А



чизиқ) ва

L



(

L

А



чизиқ) частоталарда бўлган

асимметрик дублет нозик структура,

с

Г

Г



да эса максимуми

0



частота

яқинидаги синглет чизиқни ҳосил қилади.

с

Г

Г



ҳолларда бу спектрал

чизиқ Лоренц контури кўринишини олади, бу эса кучли экситон сўниши
ҳисобига поляритон эффектининг йўқолишини кўрсатади.

4. Кадмий теллуриддан 95 мас. % ва легирловчи индий киришмасидан

5 мас. % миқдорда олиб, турли тигеллардан вакуумда чанглатиш йўли билан
фотовольтаик юпқа парда таѐрлаш усули ишлаб чиқилган. Бу усулга биноан,
индий киришмасини буғлатиш кадмий теллуридининг буғлатилишига
қараганда

мин

3

2



га кечиктирилади ва

мин

5

3



олдин тўхтатилади, термик

ишлов эса

C

0

250

температура ва атмосфера босимидаги ҳавода кадмий

хлоридининг тўйинган буғи остида

мин

4

2



давомида ўтказилган.

5. Оптимал қиздирилган

CdTе:In

юпқа парда хона температурасида

L



10

4

лк интенсивликдаги чўғланма лампа ѐруғлиги остида генерацияловчи

фотокучланиш (2÷4 ∙10

3

В

) киришмасиз намуналарникидан бир тартибда,

қисқа туташув токи эса икки тартибда ортиқ бўлиши ҳамда бунинг учун

In

+i

ионлари,

j

Cd

V



кадмий вакансияларининг кристалл донлар чегара соҳасидаги

ички асимметрик электростатик майдондаги термомайдон миграцияси ва
ўзаро компенсацияси билан узвий боғлиқлиги аниқланган.

6. Майда донли

CdTe

юпқа пардаларни узлуксиз газ разрядли



Ar



лазерининг

нм

6

,

476





тўлқин узунликдаги ѐруғлиги билан қўзғатилган

ПТФЛ спектрида ярим кенглиги

мэВ

20

10

А







фундаментал нурланиш

24

полосаси (

А

-чизиқ) ва унинг

LO –

, 2

LO –

фонон такрорланишлари

борлиги аниқланган.

7.

Кристалл донлар чегара қатламидаги ҳажмий зарядлар соҳасида

ажратилган қайноқ фототок ташувчиларнинг

h

e



–

рекомбинацияси туфайли

юз берадиган

А



нурланиш чизиғининг қизил чегарасини қисқа тўлқинлар

томонга силжиш эффекти топилган: силжиш катталиги

0

Е



ва спектрал

кенглик

А



ўзаро пропорционал бўлиб, ѐритилиш частотаси ва интенсивлиги

ҳамда юпқа пардадаги нуқсонлар структурасига боғлиқ эканлиги қайд
қилинган.

8.

Майда донли фотовольтаик

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардаларнинг ПТФЛ

спектрларида монокристаллар ва йирик донли поликристаллардан фарқли
ўлароқ экситон ва донор



акцептор жуфтларнинг нурланиш каналлари

иштирок этмайди. Бунинг сабаби кристал донлар чегаравий тўсиқ
қатламларида фото



ЭЮК генерация жараѐни бўлиб, у соф намуналарда

хусусий люминесценциянинг стимуллашувига ва

LO



такрорланишига олиб

келиши аниқланган.

9.

Майда донли поликристалл

CdTe

,

CdTe:In

юпқа пардаларнинг паст

ҳароратли фотолюминесценция спектри ва фотовольтаик хусусиятлари орасида
корреляция борлиги аниқланган:

с

оф намуналарнинг спектрида чегаравий

дублет полоса билан бир қаторда кристал донлар сиртидаги потенциал
тўсиқлар туфайли юзага келадиган хусусий люминесценция полосаси асосий
роль ўйнайди; индий билан легирлаш дублет полосанинг йўқолиб кетишига,
қўшимча термик ишлов бериш эса хусусий полосанинг кескин фаоллашувига
олиб келади; хусусий полосанинг

ярим спектрал кенглиги фотокучланиш

V

АФК

нинг максимал қиймати билан боғлиқ эканлиги топилган.

25

НАУЧНЫЙ СОВЕТ DSc.27.06.2017.FM./T.34.01 ПО ПРИСУЖДЕНИЮ

УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ ПРИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ,

ИНСТИТУТЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

САМАРКАНДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

ФЕРГАНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПОЛВОНОВ БАХТИЁР ЗАЙЛОБИДИНОВИЧ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

CdTe

,

In

CdTe

:

01.04.10 – Физика полупроводников

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ (PHD)

ПО ФИЗИКО

–

МАТЕМАТИЧЕСКИМ НАУКАМ

Ташкент

–

2017

26

Тема диссертации доктора философии (Doctor of Philosophy) по физико-

математическим наукам зарегистрирована в Высшей аттестационной комиссии при
Кабинете Министров Республики Узбекистан за № В2017.2.PhD/FM48

Диссертация выполнена в Ферганском политехническом институте МВССО РУз.

Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский (резюме))

размещен на веб – Странице Научного совета (fti-kengash.uz) и на Информационно-
образовательном портале «ZiyoNet» (www.ziyonet.uz).

Научный руководитель:

Юлдашев Носиржон Хайдарович

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Мамадалимов Абдугафур Тешабаевич

доктор физико-математических наук, академик

Гулямов Абдурасул Гафурович

кандидат физико-математического науак, доцент

Ведущая организация:

Ташкентский университет информационных
технологий

Защита диссертации состоится «__» _________ 2017 года в ____ часов на заседании

Научного совета DSc.27.06.2017. FM./T.34.01 при Физико-техническом институте, Институте
Ионно-плазменных и лазерных технологий, Самаркандском государственном университете.
(Адрес: 100084, г. Ташкент, ул. Бодомзор йули, дом 2б. Административное здание Физико-
технического института, зал конференций. Тел. (+99871) 235-30-41, факс (+99871) 235-42-91,
e-mail: lutp@uzsci.net.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре Физико-

технического института (зарегистрирована за № ___). Адрес: 100084, г. Ташкент, ул. Бодомзор
йули, дом 2б. Административное здание Физико-технического института, зал конференций.
Тел./Факс: (99871) 235-30-41.

Автореферат диссертации разослан «__» _________ 2017 г.
(протокол рассылки №______ от «__» _________ 2017 г.)

С.Л. Лутпуллаев

Председатель научного совета по
присуждению ученых степеней, д.ф.-
м.н., профессор

А.В. Каримов

Ученый секретарь научного совета по
присуждению ученых степеней, д.ф.-
м.н., профессор

С.А. Бахрамов

Председатель научного семинара при
научном совете по присуждению
ученых степеней, д.ф.-м.н., профессор

27

ВВЕДЕНИЕ (аннотация диссертации доктора философии (PhD))

Актуальность и востребованность темы диссертации.

В мире на

сегодня одному из наиболее достоверных, чувствительных и информативных
оптических методов исследования полупроводников и полупроводниковых
пленочных структур



анализу их спектров фотолюминесценции в области

фотоники и оптоэлектроники уделяется особое внимание. В этом аспекте
особо важными задачами являются глубокое исследование спектров
низкотемпературной

фотолюминесценции

кристаллов

CdTe

и

прогнозирование свойств полупроводниковых структур на их основе, анализ
спектров экситонной люминесценции

(

ЭЛ

)

, позволяющее получить самую

тонкую информацию о дефектах полупроводникового материала, точный
количественный расчет их с учетом поляритонного эффекта и реального
экситонного затухания.

В последние время большое внимание обращено исследованиям роли

межзеренных границ в формировании физических свойств крупнозернистого

CdTe

методами микрофотолюминесцентного зондирования, изучению

примесно-дефектного состава приграничных и внутренних областей
монокристаллических зерен с размерами

мм

2

1



. В этой сфере важными

задачами являются проведение научных исследований по следующим
направлениям: создание надежного оптического метода контроля и
диагностики кристаллических полупроводниковых материалов; разработка
эффективной технологии получения тонких мелкозернистых

пленок с

фотовльтаическими свойствами и изучение их электрофизических,
оптических и фотоэлектрических параметров;

разработка метода анализа

НТФЛ чистых и легированных тонких поликристаллических пленок с целью
выяснения роли фоточувствительных областей и примесных центров в
формировании их оптических и фотоэлектрических свойств.

В годы независимости существенное внимание уделено актуальным

приоритетным научным направлениям фундаментальных и прикладных
исследований. В этом направлении по получению монокристаллов

CdTe

и

легированных

тонких

поликристаллических

пленок

достигнуты

существенные результаты. Согласно Стратегии действия по дальнейшему
развитию Республики Узбекистан, особое внимание обращено задачам
создания эффективных механизмов практического применения научных и
инновационных достижений. В этом аспекте очень важным является
усовершенствование методов глубокого теоретического исследования
оптических

параметров

полупроводников

и

тонкопленочных

полупроводниковых структур в области фотонике и оптоэлектроники.
Данная диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному
изучению новых механизмов формирования спектров НТФЛ (Т



4,2 К)

кристалла

CdTe

, а также тонких поликристаллических пленок чистой

CdTe

и

легированной

CdTe:In

, результаты исследования которых служат для

усовершенствования технологии создания детекторов ионизирующих из-

28

лучений, эффективных источников света, высоковольтных фотогенераторов
и других аналогичных оптоэлектронных приборов.

Настоящее диссертационное исследование в определенной степени

служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента
Республики Узбекистан № УП–4947 «О Стратегии действий по дальнейшему
развитию Республики Узбекистан» от 7 февраля 2017 года и в
Постановлениях Президента № ПП–2772 «О мерах подалнейшему
совершенствованию управления, ускоренному развитию и диверсификации
электротехнической промышленности на 2017-2021 гг.» от 13 фефраля
2017 года и № ПП–2789 «О мерах по далнейшему совершенствованию
деятельности Академии наук, организации, управления и финансирования
научно-исследовательской деятельности» от 17 февраля 2017 года, а также в
других аналогичных нормативно-правовых документах, принятих в данной
сфере.

Соответствие исследования приоритетным направлениям развития

науки и технологий Республики Узбекистан.

Диссертация выполнена в

рамках приоритетных направлений развития науки и технологий Республики
Узбекистан «Энергетика, энерго



и ресурсосбережение, транспорт, машино-

и приборостроение; развитие современной электроники, микроэлектроники,
фотоники, электронного приборостроения».

Степень изученности проблемы.

Фундаментальные вопросы формирования НТФЛ кристаллов

CdTe

рассмотрены в классических работах Паносяна Ж.Р.

1

., Пермогорова С.А.

2

, и

др., Травникова В.В.

3

, и др., а также в исследованиях Клевкова Ю.В.

4

, и др.,

Парфенюка О.А.

5

и др. Как показывает анализ результатов этих работ, в

формировании НТФЛ

CdTe

важную роль играют экситоны, комплексы

примесей, дефекты основной решетки и их ассоциации с примесями. Для
теоретического описания ЭЛ в основном применялись кинетическое
приближение Больцмана, тогда как критерии применимости его нарушаются
всегда в окрестностях частот экситонных резонансов.

В серии работ Клевкова Ю.В. и др., Мирсагатова Ш.А. и др., Разыкова

Т.М. и др. проанализированы влияние структурных дефектов, примесей на
спектры фотолюминесценции крупноблочных пленок

CdTe

(с размерами

зерен 1



2 мм и 100-150 мкм), в которых наблюдались экситонная (1,58-1,626

эВ), краевая (1,5-1,57 эВ) и примесная (1,3-1,48 эВ) области спектра
люминесценции.

Межзеренные границы и точечные дефекты в полупроводниковых

поликристаллических структурах с размерами зерен

мкм

d

1



, особенно в

тонких

мелкозернистых

пленках,

непосредственно

связаны

с

формированиями как оптических, в частности, люминесцентных, так и

1

Паносян Ж.Р. Тр. ФИ РАН. 68, 147 (1973).

2

Пермогоров С. А., Суркова Т.П., Тенишев Л.Н. ФТТ. 40(5), 897 (1998).

3

Травников В.В., Криволапчук В.В. ФТТ. 24(4), 897 (1982).

4

Багаев В.С., Клевков Ю.В., Колосов С.А., Кривобок В.С., Шепель А.А. ФТТ. 52(1), 37 (2010).

5

Парфенюк О.А., Илащук М.И., Уляницкий К.С. и др. ФТП. 40(2), 148 (2006).

29

электрофизических свойств. Однако до сих пор не проведены работы по
изучению спектров

фотолюминесценции в таких материалах с целью

выявления дефектности их структуры и целенаправленного управления
технологии их получения.

Связь диссертационного исследования с планами научно-

исследовательских работ научно-исследовательского учреждения, где
выполнена диссертация.

Диссертационное исследование выполнено в

Ферганском политехническом институте: научные проекты «Экситон-
поляритонная люминесценция полупроводниковых кристаллов и квантово-

размерных структур при фотовозбуждении и каналировании ионов»,

Грант № 10/2000 Фонда Фундаментальных Исследований ГКНТ РУз за 2000
-2004 гг;

«

Кинетика экситонной люминесценции в полупроводниковых

кристаллах при резонансном фотовозбуждении и каналировании ионов»,
Грант № 80-06 Фонда Поддержки Фундаментальных Исследований АН РУз
за 2006 -2008 гг; Грант по контракту ККРНТ № 28 «Поляритонный принцип
организации квантовых каналов связи» за 2012-2013гг.

Целью исследования

является определение механизмов формирования

спектров

экситонной

люминесценции

монокристаллов

CdTe

и

низкотемпературной фотолюминесценции чистых

CdTe

, легированных

CdTe:In

тонких мелкозернистых пленок

.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить

следующие основные

задачи:

адекватный эксперименту теоретический анализ известных спектров ЭЛ

кристаллов

CdTe

в спектральной области экситонного резонанса

1



n

А

для

разработки надежного оптического метода контроля и диагностики
кристаллических полупроводниковых материалов.

разработка технологии получения тонких

(

1

h

мкм



)

мелкозернистых

(

1

кр

d

мкм



)

пленок

CdTe

,

CdTe:In

с фотовольтаическими свойствами и

изучение их некоторых электрофизических, оптических и фотоэлектрических
параметров.

исследование НТФЛ чистых и легированных примесями In тонких

поликристаллических пленок CdTe с целью выяснения роли
фоточувствительных областей и примесных центров в формировании их
оптических и фотоэлектрических свойств.

Объектом

исследования

являются

чистые

и

легированные

монокристаллы и

тонкие поликристаллические пленки

CdTe

.

Предметом

исследования

являются

экситон-поляритонная

люминесценция в монокристаллах

CdTe

и НТФЛ

в тонких мелкозернистых

пленках

CdTe

,

CdTe:In

.

Методы исследований

.

Для решения поставленных задач применены

методы теоретических расчетов с использованием диаграммной техники
Келдыша и компьютерного моделирования численных вычислений, метод
термовакуумного испарения технологии получения тонких пленок, метод

30

Луковского для анализа спектров тока короткого замыкания, оптические
методы исследования полупроводниковых материалов с помошью НТФЛ.

Научная новизна исследования

заключаются в следующем:

разработан механизм формирования

поляритонной люминесценции

полупроводниковых кристаллов типа теллурида кадмия с небольшим
значением продольно-поперечного расщепления

LT



при конечных

затуханиях механических экситонов;

определена тонкая структура спектров поляритонной люминесценции

кристаллов теллурида кадмия и динамика изменения их формы в условиях
аномальной дисперсии в окрестности экситонного резонанса

1



n

A

, где

нарушается критерии применимости кинетического уравнения Больцмана
для функции распределения поляритонов;

показано, что резкое увеличение тока короткого замыкания

легированнных индием структур теллурида кадмия связаны термополевой
миграцией ионов

In

+i

и вакансий кадмия во внутрикристаллических

асимметричных электростатических полях границы зерен, и их
самокомпенсацией;

установлено, что экситонный эффект Штарка и процесс генерации

фото–

ЭДС

в приграничных барьерных областях кристаллических зерен

мелкозернистых пленок

CdTe

,

In

CdTe

:

приводит к формированию спектров

низкотемпературной фотолюминесценции, сильно отличающихся от
монокристаллов и крупноблочных поликристаллов;

впервые обнаружена корреляция между спектром низкотемпературной

фотолюминесценции и фотовольтаическими свойствами мелкозернистых
поликристаллических пленок

In

CdTe

CdTe

:

,

.

Практические результаты исследования

заключаются в следующем:

кванто-механический метод расчета парциальных спектров

поляритонной люминесценции (ПЛ) кристаллов использован для анализа
тонкой структуры экспериментальных спектров НТФЛ

CdTe

в окрестности

экситонного резонанса

1



n

A

при конечных значениях

Г



;

установлено, что при оптимальном легировании индием структур

теллурида кадмия резко увеличивается ток короткого замыкания, что
связано c термополевой миграцией ионов

In

+i

и вакансий кадмия

j

Cd

V

во

внутрикристаллических асимметричных электростатических полях границы
зерен, и их самокомпенсацией;

обнаружена корреляция между спектром НТФЛ и фотовольтаическими

свойствами мелкозернистых пленок

In

CdTe

CdTe

:

,

и разработаны методы

теоретическоо анализа физической природы тонких оптических явлений с
учетом экситон-фотонного взаимодействия в полупроводниках.

Достоверность

результатов

исследований

обосновывается

использованием в данной диссертации современных методов исследования
физики полупроводников и, в частности, совпадением результатов
численного расчета спектров фотолюминесценции, на основе полученных

31

автором формул с известными экспериментальными спектрами ЭЛ
кристаллов

CdTe

и НТФЛ тонких поликристаллических пленок

CdTe

,

CdTe:In

.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Научная значимость состоит в том, что предложенные методы расчета и

анализа спектров поляритонной люминесценции (ПЛ) может быть
использован для правильной интерпретации особенностей спектров

ЭЛ

кристаллов типа

CdTe

, а результаты исследования спектров НТФЛ

мелкозернистых пленок

CdTe

,

CdTe:In

открывают новые возможности

оптической спектроскопии для неразрушающего контроля и диагностики
полупроводниковых пленочных структур.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том,

что разработанные теоретические и экспериментальные методы анализа
спектров

НТФЛ

могут быть использованы для усовершенствования

технологии создания детекторов ионизирующих излучений, эффективных
источников света, высоковольтных фотогенераторов и других аналогичных
оптоэлектронных приборов на основе кристаллических

CdTe

и их

пленочных структур.

Внедрение результатов исследования.

На основе результатов

определения механизмов формирования спектров экситонной люминес-
ценции монокристаллов

CdTe

и низкотемпературной фотолюминесценции

чистых

CdTe

, легированных

CdTe:In

тонких мелкозернистых пленок:

по разработке фотовольтаической пленки на основе

CdTe:In

,

используемой в качестве фотогенератора напряжения получен Патент
изобретения Агентства интеллектуальной собственности Республики
Узбекистан (№ IAP 05384, 28.04.2017). Разработанная технология
обеспечивала увеличение мощности фотовольтаической структуры на основе
теллурида кадмия;

результаты теоретического расчета спектров кристаллов типа

CdTe

при

конечных затуханиях механических экситонов использованы при
выполнении

фундаментального

проекта

ОТ-Ф2

«Поляризационные

оптические эффекты в полупроводниках и их размерно-квантованных ямах»

(2007–2011)

для определения характеристических параметров кинетических

процессов с участием электронов и экситонов в полупроводниковых
пленочных структурах (Справка Агентства науки и технологии Республики
узбекистан ФТА-02-11/833 от 10.10.2017 г.). Использование научных
результатов позволило проанализировать физическую природу электронных
кинетических явлений в полупроводниковых пленочных структурах при
стационарном фотовозбуждении;

модель поляритонного излучения и метод теоретического расчета

спектров кристаллов типа теллурида кадмия в зависимости от реальных
оптических параметров, использованы при выполнении фундаментального
проекта Ф2



ОТ



О



15494 «Улучшение эффективности излучателей,

фотоэлементов и других оптоэлектронных приборов на основе исследования
экситонов, поляронов, биполяронов и кинетических явлений в гетеро- и

32

наноструктурах с квантовыми точками» для определения тонкой структуры
спектров люминесценции с участием экситонов и поляритонов в
полупроводниках с октаэдрической симметрией (Справка Агентства науки и
технологии Республики Узбекистан ФТА-02-11/833 от 10.10.2017 г.).
Использование научных результатов позволило теоретически анализировать
физическую природу тонких оптических явлений с учетом экситон-
фотонного взаимодействия в полупроводниках.

Апробация результатов исследования

.

Основные результаты

диссертационной работы доложены и обсуждены на 11 международных и
1 республиканской научно-практической конференциях.

Публикации результатов исследования

.

По теме диссертации

опубликовано 22 научных трудов, из них 10 статей в журналах, рекомен-
дованных Высшей аттестационной комиссией Республики Узбекистан для
публикации основных научных результатов диссертационных работ.

Структура и объѐм диссертации

.

Диссертация состоит из введения,

четырѐх глав, заключения,

списка использованной литературы. Текст

диссертации изложен на 118 страницах.

33

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении

кратко

обсуждены следующие аспекты:

обоснованы

актуальность и востребованность темы диссертации, определена связь
исследований с основными приоритетными направлениями развития науки и
технологий в Республике Узбекистан, приведены краткий обзор научных
работ по теме диссертации, степень изученности проблемы, сформулированы
цели и задачи, выявлены объекты, предметы и методы исследования,
изложена научная новизна исследования, обоснована достоверность
полученных результатов, раскрыта их теоретическая и практическая
значимость, приведены сведения о внедрении результатов и апробации
работы.

В

первой

главе

«

Низкотемпературная

фотолюминесценция

кристаллов и поликристаллов теллурида кадмия»

дается обзор научных

работ по состоянию изучения проблемы НТФЛ в полупроводниках.
Приводятся результаты фундаментальных исследований спектров
люминесценции чистых, легированных кристаллов и поликристаллов

CdTe

.

Конкретно демонстрируется возможности применения метода

НТФЛ

для

усовершенствования

технологии

получения

и

диагностики

полупроводниковых материалов. На основе критического анализа
имеющихся литературных данных сформулирована общая постановка задач
диссертации.

Во второй главе «

Поляритонная люминесценция в кристаллах

CdTe

с учетом затухания экситонов»

на основе микроскопической теории

поляритонной люминесценции (ПЛ), выходящей за рамки кинетического
приближения Больцмана, выполнен анализ известных экспериментальных
спектров НТФЛ кристаллов

CdTe

. С помощью численных расчетов на

компьютере получены теоретические спектры ПЛ и обсуждается механизм
формирования экситонной люминесценции на языке поляритонов
(светоэкситонов) в зависимости от реальных параметров кристалла для
экситонного резонанса

1



n

А

.

Поляритонный механизм вторичного свечения кристаллов заключается в

том, что экситонная люминесценция возникает за счет преобразования на
границе кристалл-вакуум поляритонов различных дисперсионных ветвей



с

частотой

)

(

k







во внешние фотоны частоты

)

(

0

k

ck













, где

c

и

0

k

-

скорость и волновое число фотона в вакууме, а

k



- волновой вектор

поляритона. Такой механизм формирования

НТФЛ

с

успехом применяется

для описания низкотемпературных спектров люминесценции прямозонных
полупроводниковых кристаллов и наноструктур в окрестности экситонных
резонансов. Квазиклассическая теория

ПЛ

основана на использовании

кинетического уравнения Больцмана для функции распределения
поляритонов в кристалле. Важнейшим критерием применимости уравнения
переноса является малость коэффициента поглощения волны





по

сравнению со средней величиной передаваемого при рассеянии волн

34

волнового вектора

k





. В случае кубических кристаллов этот критерий

применимости уравнения переноса для поляритонов сводится к неравенству

Re k



>>





,

(1)

при выполнении которого волновой вектор



k



поляритона ветви



есть

хорошо определенное квантовое число.

При конечном

значении затухания

экситона

Г = (2



)

-1

(обратного удвоенного

полного времени жизни экситона в
квантовом состоянии



k



с энергией





),

когда

LT

Г



~

, где

0











L

LT

- продольно-

поперечное расщепление для данного
экситонного резонанса, условие (1), вообще
говоря,

не

выполняется

и

нельзя

пользоваться

понятием

функции

распределения поляритонов. В частности,
при

K

T

2

.

4



для кристалла

CdTe

мэВ

мэВ

Г

LT

0

.

1

,

1

.

0







, а при

K

T

77



имеем

мэВ

Г

5

.

1



. Поэтому в настоящей

главе развиваем теорию

ПЛ

, справедливую

при произвольном соотношении между Re
k



и





(



= 1, 2), и на основе этой теории

выполним анализ известных эксперимен-
тальных спектров

ПЛ

кристаллов

CdTe

. Мы

исследуем спектральную интенсивность
излучения

 







,

)

0

(





с поляризацией



,

распространяющегося

в

вакууме

в

направлении единичного вектора





(



,



)

(который лежит в плоскости yz, а
внутренняя нормаль к границе кристалла направлена вдоль оси z;



= s, р,

где s // х, р



х):

 

 





























,

,

)

0

(

)

0

(

.

(2)

Ограничимся рассмотрением ПЛ в s-поляризации, тогда



= 1, 2, 12.

Парциальный вклад

 

 





,

12





s

I

определяется как интерференция когерентно

излучающих квантовых состояний



k



1



и



k



2



. Для расчета

 

 





,







s

I

при

конечных значениях экситонного затухания

Г

, т.е. с учетом произвольного

соотношения между Re k

2

и



2

, мы воспользуемся диаграммной техникой

Келдыша и рассчитаем функцию Грина









;

,

k

k

G

S











для поляритонов ветви 1 и 2

с поляризацией



при заданной функции распределения поляритонов ветви 1

при

L







в пренебрежении рассеянием внутри ветвей 1 и 2 в области частот

L







(рис. 1).



b

ck





0



R

LO

LO

2



1



LA

1

k

L



0



Рис.1. Схематические процессы

термализации поляритонов

нижней ветви 1 в области частот

выше

L



путем неупругого

рассеяния на продольных

акустических (LA), оптических

(LО) фононах и упругого

рассеяния на примесях (R) и

формирование ПЛ в окрестности

частот

0



и

L



при конечном

затухании экситона

Г



35

Используя правила диаграммной техники, получим

 

 

2

)

(

0

1

Im

2

)

,

(

,

z

s

z

o

S

n

t

L

n

k

F

I





























,

2

,

1





,

(3)

 

 

































*
2

1

*

)

(

02

)

(

01

1

*
2

1

12

)

(

)

(

1

Re

2

)

,

(

,

z

z

s

s

z

z

o

S

n

n

t

t

L

n

n

ik

F

I











, (4)

 

)

(

)

(

cos

2

)

2

(

1

,

1

2

2

2

2

1

1

2

3

















f

n

n

c

M

F

LÒ

b











, (5)

где

М

-эффективная

масса

экситона,

ε

b

-фоновая

диэлектрическая

проницаемость,

f

1

(ω)

и

L

-функция распределения и диффузионная длина

механических экситонов соответственно,

i

=(-1)

1/2

, θ-угол выхода излучения

из кристалла, τ



1

- время жизни поляритона ветви



по отношению к

рассеяния



1,





2

1

2

2

sin











n

n

z

, коэффициенты пропускания

)

(

0

s

t



и

показатели преломления



n

рассчитываются с учетом затухания

Г

.

При упругом рассеянии на статических дефектах, например,

 



















1

1

1

2

2

1

2

21

3

2

2

1

k

k

i

k

k

V

N























, (6)

где N

i

– концентрация дефектов,

 

q



V

- Фурье-образ возмущающего

потенциала. Для изотропного потенциала

 

q



V



V (q). Заметим, что при



М

=

ħ

M

k

2

/

2

0

<<



LT

/



b

величина k

2

(



) мала по сравнению с k

1

(



) и в (6)





2

1

k

k

V







можно заменить на

)

(

1

k

V



. Расчет диссипативного затухания

экситона

)

,

(

k

Г





с учетом неупругих рассеяний поляритонов является

сложной задачей, и мы считаем, что значение

ħГ

известно, и слабой

частотной зависимостью которого в первом приближении можно пренебречь
в окрестности резонансной частоты

0



.

На рис. 2 представлены теоретические спектры

ПЛ

кристалла

CdTe

,

рассчитанные с помощью формул (3)-(5) для затухания

эВ

м

Г

45

,

0





и

диффузионной длины

мкм

L

5

,

0



механических экситонов. Кривая

0

соответствует суммарной интенсивности

)

(

)

0

(



s

I

, а кривые 1, 2 и 12 –

парциальным интенсивностям

)

(

)

0

(





s

I

, т.е. вкладам нижней

)

(

)

0

(

1



s

I

, верхней

)

(

)

0

(

2



s

I

поляритонных ветвей и их интерференционному вкладу

)

(

)

0

(

12



s

I

в

результирующую

ПЛ

.

Треугольники

представляют

фрагмент

экспериментального спектра фотолюминесценции кристалла

CdTe

в

интервале частот (1,593-1,597) эВ при температуре

K

T

2

.

4



по работе

Клевкова Ю.В. Видно, что теоретический спектр суммарной интенсивности

ПЛ

(кривая 0), рассчитанная при значениях

эВ

м

Г

45

,

0





и

мкм

L

5

,

0



хорошо

совпадает с экспериментальным спектром. Относительно большое значение

Г



при температуре

K

T

2

.

4



и малое значение

L

обусловлены высокими

концентрациями примесных центров в исследованных образцах

CdTe

.

Как

36

видно из рисунка 2, при конечных значениях

Г



поляритонные моды типа 2

- 2



и их интерференция с модами 1 - 1



в области частот







L

дают

весьма заметный вклад в

ПЛ

CdTe

, а в области частот



L

вклад

поляритонов верхней ветви

)

(

)

0

(

2



s

I

является определяющим. Такое

обстоятельство в привычной картине

ПЛ

(в кинетическом приближении)

ранее, как правило, вообще не рассматривался.

Далее численным расчетом установлено, что интенсивность

)

(

)

0

(



s

I

ПЛ

кристалла

CdTe

на частоте

0



с ростом

Г



плавно увеличивается, а

спектральная

полуширина



плавно уменьшается. При

мэВ

Г

5

.

1





спектральный контур

)

(

)

0

(



s

I

обладает ещѐ некоторой асимметрией (рис. 3),

что отражает неполное подавление поляритонного эффекта диссипативнқм
затуханием экситона , а при

мэВ

Г

0

.

3





форма линии

)

(

)

0

(



s

I

уже переходит

почти в лоренцевский контур, установится

Г





, вклады

)

(

)

0

(

2



s

I

,

0

)

(

)

0

(

12





s

I

и

спектр

ПЛ

)

(

)

0

(



s

I

формируется из одной компоненты

)

(

)

0

(

1



s

I

.

Третья глава

«Вопросы технологии получения и некоторые

физические свойства тонких мелкозернистых пленок

CdTe

и

In

CdTe

:

»

посвящена разработку технологию получения мелкозернистых чистых и
легированных примесями

In

тонких поликристаллических слоев

CdTe

с целью

изучения

связи

НТФЛ

с

фотовольтаическими

свойствами

поликристаллической пленки

CdTe

и выяснения роли фоточувствительных

Рис. 2. Теоретический спектр

ПЛ

, рассчитанный для параметров

кристалла

CdTe

:

мэВ

эВ

LT

0

,

1

,

596

,

1

0













,

;

65

,

9

,

45

,

0





в

эВ

м

Г





0

0

0

;

5

,

0

;

5

,

0

/









мкм

L

m

М

ех

.

Кривая 0 – суммарная интенсивность; 1, 2 и 12 - парциальные

интенсивности - вклады нижней, верхней поляритонных ветвей и их

интерференционный вклад. Треугольники-эксперимент

И

нт

ен

си

вн

ость

о

тн.

ед

.

Частота, отн. ед.





LT

L







/



0

1

2

12

37

областей и примесных центров в формировании фотолюминесцентных и
фотовольтаических свойств. Рассмотрены некоторые электрофизические,
оптические и фотоэлектрические свойства изготовленных мелкозернистых
пленок

CdTe

и

In

CdTe

:

. Показано, что термополевая миграция (

ТПМ

) ионов

i

In



и вакансий кадмия

-j

Cd

V

во встроенных внутрикристаллических электростати-

ческих полях может существенно стимулировать фотовольтаические свойства и
влиять на физические параметры пленок

In

CdTe

:

.

Процесс

легирования тонких

косонапыленных

слоев

CdTe

осуществлялся непосредственно во время их выращивания методом
термического испарения в вакууме

Па

3

2

0

!

10







путем препарирования

CdTe

и

In

из отдельных тиглей. Исходная масса напыляемой примеси составляла

3 ÷ 7 % от массы основного полупроводникового соединения. Испарение

In

задерживалось на

.

3

2

мин



и прекращалось на

.

5

3

мин



раньше, чем

испарение основного материала. Температура стеклянной подложки
варьировалась

в

пределах

К

500

200



.

Свежеприготовленные

поликристаллические образцы

In

CdTe

:

с толщиной

мкм

d

5

.

1

8

.

0





и

площадью

2

20

5

мм

х

(скорость конденсации

с

нм

к

0

.

2

5

.

1

v





, угол напыления

40÷50

0

)

оказались более низкоомными и относительно слабо выражались

аномальными фотовольтаическими свойствами (

V

АФН

=50÷100

В

). Однако

после термической обработки (ТО) в вакууме или на чистом воздухе в

Частота, отн. ед.





LT

L







/



И

нт

ен

си

вн

ость

, о

тн

. ед.

1

0

2

12

Рис.3. Теоретический спектр

ПЛ

для параметров

;

5

,

1

мэВ

Г





мкм

L

3

,

0



и сравнение с экспериментом (треугольники).

Значения остальных параметров кристалла

CdTe

и обозначения те же, что

и на рис.2

38

течение 10-15 мин при температуре

K

573

-

523

сопротивление образцов в 2-3

раза увеличивалось, и в то же время при комнатной температуре они
генерировали максимальное фотонапряжение до значений (2 ÷ 4)∙10

3

В

, т.е.

на порядок больше, чем у специально нелегированных образцов

CdTe

(где

V

АФН

= 200÷600

В

), а фототок короткого замыкания увеличивался более чем

на два порядка и достигал до

I

к.з.

≈10

-8

A

. При этом электрофизические и АФВ

свойства отожженных пленок

CdTe:In

существенно стабилизировались. В

случае ТО на воздухе в парах

CdCl

2

потребовались пленки с толщинами 1.2 ÷

1.5

мкм

, а более тонкие пленки (

d

<1.0

мкм

) выходили из строя в результате

реиспарения.

Отметим, что метод выращивания легированных пленок

СdТе:In

путем

предварительного осаждения тонкого слоя

In

на чистую стеклянную

подложку, в отличие от случая легирования пленок

CdTe

примесью Ag

аналогичным способом, не привел к ожидаемым результатам. Это, по-
видимому, означает, что донорная примесь

In

и акцепторная примесь

Ag

в

процессах

ТПМ

и электродиффузии в барьерных ООЗ во время

ТО

фотовольтаической пленки

CdTe

ведут себя по-разному.

Электронная

микрофотография

поверхности,

фрактограммы

поперечного скола и их рентгеноструктурный анализ показали, что пленки
обладают поликристаллической столбчатой структурой преимущественно
кубической решеткой с микропорами. Размеры кристаллических зерен вдоль
пленки составляли

мкм

d

cr

3

1





.

Типичные

значения

основных

электрофизических

параметров

исследованных пленок

CdTe

и

СdТе:In

приведены в следующей таблице:

№

п/н

Рабочие параметры

пленок

CdTe

CdTe:In

до отжига

после отжига

1

Темновое
сопротивление-

R

тем

, Ом

(1.0 ± 0.05)·10

13

(2.0 ± 0.05)·10

11

(5.0 ± 0.05)·10

11

2

Световое сопротивление
-

R

cв

, Ом

(2.0 ± 0.05)·10

12

(3.0 ± 0.05)·10

9

(2.0 ± 0.05)·10

11

3

Фототок

короткого

замыкания -

I

кз

, А

(1.0 ± 0.03)·10

-10

(2.0 ± 0.03)∙10

-8

(1.0 ± 0.03)∙10

-8

4

Аномальное

фото

напряжение –

V

АФН

, В

(2.0 ± 0.1)·10

2

(0.6 ± 0.1)· 10

2

(2.0 ± 0.1)· 10

3

Как видно из этой таблицы, электрические и фотоэлектрические

свойства пленок

CdTe

и

In

CdTe

:

сильно отличаются. В результате

ТО

темновое сопротивление пленки

In

CdTe

:

увеличивается 2,5 раза, тогда как

световое сопротивление отличается на два порядка и фотопроводимость
существенно ослабляется. При этом фототок короткого замыкания по
порядку величины практически остается без изменения, а максимально
генерируемое фотонапряжение

АФН

V

увеличивается почти на два порядка.

Отсюда заключаем, что стимулирование

АФН

V

после

ТО

пленки

In

CdTe

:

происходит в основном за счет погашения еѐ фотопроводимости.

39

Изучение электрофизических свойств оптимально отожженных пленок

CdTe:In

при комнатной температуре методами фотохолловских измерений и

анализа люкс-амперных характеристик, термостимулированного тока
показало, что оптимальные концентрации

In

и вакансий кадмия



Cd

V

,

соответствующие максимальному значению

АФН

V

, составляют ~10

17

÷10

18

см

3



.

При этом средняя концентрация и дрейфовая подвижность электронов
варьируются в пределах 10

10

÷10

12

см

3



и 50÷250

см

2

/

В·с,

что означает,

исследуемая отожженная пленка

In

CdTe

:

представляет собою сильно

неоднородную

поликристаллическую

структуру

из

сильно

компенсированного полупроводника.

Анализом спектральной зависимости фототока короткого замыкания

)

(

.

.



h

I

з

к

методом Луковского (рис.4) выявлены следующие глубокие

локальные центры:

E

1

=Е

v

+

(0.06 ±0.02) эВ,

E

2

=Е

v

+(0.18 ±0.02) эВ,

E

3

=Е

v

+(0.47±0.02)

эВ

,

E

4

=Е

c

- (0.15±0.02)

эВ

,

E

5

=Е

с

-(

0.75±0.02)

эВ

, причем

уровни

E

2

и

E

3

присутствуют во всех образцах, а

E

1

-

лишь в

нелегированной пленке

CdTe

, уровни

E

4

и

E

5

- в легированных

CdTe:In

.

Известные уровни

E

1

и

E

3

создаются одно – и двукратно заряженными

вакансиями кадмия (



Cd

V

,

2



Cd

V

), а уровень

E

2

- междоузельным

Te

i

, тогда как,

остается полагать, что за уровни

E

4

и

E

5

ответственны комплексные центры

с участием

i

In



.

Таким образом, легирование индием косонапыленных пленок

CdTe

качественно изменяет его фотовольтаические свойства: увеличивается
максимальное значение

АФН

V

на порядок, а

кз

I

более чем на два порядка;

обнаруживается резкая температурная зависимость

кз

I

и его спектра;

1,0

2,0

3,0

4,0

а

hν, эВ

1,1

1,3

1,5

1,7

lg I

кз

, отн.ед

0

1.43

эВ

1.31

эВ

1.05

эВ

b

hν, эВ

1,0

1,2

1,4

1,6

1,0

2,0

3,0

4,0

0

lg I

кз

, отн.ед

1.31

эВ

1. 18

эВ

1.05

эВ

c

hν, эВ

0,9

1,1

1,3

1,5

lg I

кз

, отн.ед

1,0

2,0

3,0

4,0

0

1.31

эВ

1. 18

эВ

1.05

эВ

0.85

эВ

Рис. 4. Спектры тока короткого замыкания (жирные точки) и

теоретические спектры сечения захвата фотонов (светлые точки, крестики,

треугольники, квадратики) пленок

CdTe

(a),

In

CdTe

:

(

b

-

свежеприготовленная,

c

- после

ТО

) при

К

Т

77



40

примесный вклад в интегральное значение

АФН

V

становится одного порядка

по сравнению с вкладом, обусловленным собственного поглощения света.

В четвѐртой главе

«Низкотемпературная фотолюминесценция

тонких мелкозернистых пленок

CdTe

и

In

CdTe

:

»

приведены результаты

исследования НТФЛ в чистых и легированных примесями

In

тонких

поликристаллических слоях

CdTe

с целью выяснения роли фоточувствительных

областей и примесных центров в формировании фотолюминесцентных и

аномальных фотовольтаических (

АФВ

) свойств. Обнаружена корреляция

между

спектром

низкотем-

пературной

)

2

.

4

(

K

T



фотолюми-

несценции и

АФВ

свойствами

косонапыленных

поликристал-

лических пленок

In

CdTe

CdTe

:

,

.

В

спектрах чистых образцов наряду
краевой

дублетной

полосой

доминирует полоса собственной
люминесценции,

обусловленной

наличием потенциальных барье-
ров на границах зерен. Легиро-
вание примесью

In

приводит к

тушению дублетной полосы, а
дальнейшая термическая обра-
ботка - к резкой активации
собственной полосы, полуширина
которой связана с максимальным
значением фотонапряжения

АФН

V

.

Спектр низкотемпературной

)

2

.

4

(

K

T



фотолюминесценции

(

ФЛ

)

нелегированной

пленки

CdTe

с

АФВ

свойством в

окрестности

фундаментальной

полосы поглощения представлен
на рис. 5

а

. Для сравнения здесь

же показан пунктиром спектр

ФЛ

чистого

монокристаллического

образца

с работы Пермогорова С.А., который простирается лишь в область

частот

g

E







и состоит из экситонной





эВ

E

ex

59

.

1



, донорно - акцепторной -

ДАП





эВ

E

ДАП

54

.

1



линии излучения и их

LO

-фононных повторений. Видно,

что спектры

ФЛ

поликристаллической пленки с

АФВ

свойством и

монокристалла из CdTe отличаются качественно.

Основной вклад в

ФЛ

пленки дают излучательная рекомбинация

h

e



свободных носителей (

А

-линия с полушириной

мэВ

1

,

0

2

,

14



) и краевая

люминесценция с яркой относительно широкой дублетной структурой

1.51 1.55 1.59 1.63 1.67 1.71 1.75

Энергия фотонов, эВ

Ин

те

нс

ивн

ос

ть

Ф

Л

,

отн

. е

д.

Волновой вектор, нм.

820 800 780 760 740 720 700

CdTe

T=4.2 K

CdTe: In

до ТО

CdTe: In
после ТО

a.

b.

c.

А

В

С

А

А

Рис. 5. Спектры низкотемпературной

ФЛ

чистой (

а

), легированной

In

пленок

CdTe

до

(b) и после (

c

) термической обработки.

Штриховая линия – спектр чистого

монокристалла

CdTe

, а штрих пунктирной

линией показана граница его запрещенной

зоны при

K

2

,

4