Journals →  Материалы электронной техники →  2013 →  #3 →  Back

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ. ПОЛУПРОВОДНИКИ
ArticleName Влияние условий выращивания и легирования донорными примесями на механизм проводимости и спектры глубоких уровней в кристаллах TlBr
ArticleAuthor Н. Б. Смирнов, А. В. Говорков, Е. А. Кожухова, И. С. Лисицкий, М. С. Кузнецов, К. С. Зараменских, А. Я. Поляков
ArticleAuthorData

ОАО «Гиредмет»:

Н. Б. Смирнов

А. В. Говорков

Е. А. Кожухова

И. С. Лисицкий

М. С. Кузнецов

К. С. Зараменских

А. Я. Поляков

Abstract

Исследованы электрические характеристики, спектры глубоких ловушек, спектры микрокатодолюминесценции (МКЛ) нелегированных и легированных донорами (Pb, Ca) кристаллов TlBr и изучено влияние на эти характеристики условий выращивания (противодавление брома, противодавление аргона, выращивание на воздухе). Показано, что в исследованном интервале температур (85—320 К) проводимость кристаллов определяется концентрацией электронов и дырок в разрешенных зонах, а не ионной проводимостью. В процессах рекомбинации неравновесных носителей основную роль играют центры с энергией активации 1,0—1,2 эВ, на которых закреплен уровень Ферми в легированных донорами кристаллах. В нелегированных кристаллах уровень Ферми закреплен на центрах с уровнем около Ev+0,8 эВ, которые также участвуют в рекомбинации и ответственны за полосу МКЛ с энергией 1,85 эВ. В температурных зависимостях фототока нелегированных кристаллов большую роль играет прилипание электронов на мелких электронных ловушках с энергией 0,1—0,2 эВ и на более глубоких электронных ловушках. В спектрах глубоких центров обнаружены ловушки с энергиями 0,36, 0,45 и 0,6 эВ, концентрация которых растет при легировании донорами. Легирование Pb или Ca позволяет на порядок повысить удельное сопротивление материала, но легирование Pb приводит к большей концентрации глубоких ловушек, что неблагоприятно для использования материала в радиационных детекторах.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ (государственный контракт № 14.513.12.0007).

keywords Таллия бромид, глубокие уровни, фотоэлектронная релаксационная спектроскопия глубоких уровней, микрокатодолюминесценция, радиационные детекторы, ионная проводимость, электронная проводимость
References

1. Kim, H. Continued development of thallium bromide and related compounds for gamma−ray detectors / H. Kim, A. Churilov, G. Ciampi, L. Cirignano, W. Higgins, S. Kim, P. O’Dougherty, F. Olsner, K. Shah // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. − 2011. − V. 629. P. 192—196.
2. Donmez, B. The stability of TlBr detectors at low temperature / B. Donmez, Z. He, H. Kim, L. J. Cirignano, K. Shah // Ibid. − 2010. − V. 623. − P. 1024—1029.
3. Shorohov, M. Recent results in TlBr detector crystals performance / M. Shorohov, M. Kouznetsov, I. Lisitskiy, V. Ivanov, V. Gostilo, A. Owens. IEEE Trans. Nucl. Sci. − 2009 − V. 56, N 4. − P. 1855—1858.
4. Du, M.−H. Effects of impurity doping on ionic conductivity and polarization phenomena in TlBr / M.−H. Du // Appl. Phys. Lett. − 2013. − V. 102. − P. 082102.
5. Leao, C. R. Simultaneous control of ionic and electronic conductivity in materials: thallium bromide case study / C. R. Leao, V. Lordi // Phys. Rev. Lett. − 2012 − V. 108, N 24. − P. 246604.
6. Lordi, V. Point defects in Cd(Zn)Te and TlBr: Theory / V. Lordi // J. Cryst. Growth. − 2013. − V. 379. − P. 84—92.

7. Bishop, S. R. The defect and transport properties of donor doped single crystal TlBr / S. R. Bishop, W. Higgins, G. Ciampi, A. Churilov, K. S. Shah, H. L. Tuller // J. Electrochem. Soc. − 2011. − V. 158. − P. J47—J51.
8. Bishop, S. R. The defect and transport properties of acceptor doped TlBr: role of dopant exsolution and association / S. R. Bishop, H. L. Tuller, G. Ciampi, W. Higgins, J. Engel, A. Churilov, K.S. Shah // Phys. Chem. Chem. Phys. − 2012. − V. 14. − P. 10160—10167.
9. Vaitkus, J. Influence of electronic and ionic processes on electrical properties of TlBr crystals / J. Vaitkus, J. Banys, V. Gostilo, S. Zatoloka, A. Mekys, J. Storasta, A. Zindulis // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. − 2005. − V. 546. − P. 188—191.
10. Kozlov, V. Degradation effects in TlBr single crystals under prolonged bias voltage / V. Kozlov, M. Kemell, M. Vehkamaki, M. Leskela // Ibid. − 2007. − V. 576. − P. 10—14.
11. Du, M.−H. First principles study of native defects in TlBr: carrier trapping, compensation and polarization phenomenon / M.−H. Du // J. Appl. Phys. − 2010 − V. 108. − P. 053506.
12. Grigorjeva, L. The model of recombination process in TlBr / L. Grigorjeva, D. Millers // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. − 2002. − V. 191. − P. 131—134.
13. Kim, H. Developing larger TlBr detectors−detector performance / H. Kim, L. J. Cirignano, A. V. Churilov, G. Ciampi, W. M. Higgins, F. Olshner, K. S. Shah // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 2009. − V. 56. − P. 185.
14. Du, M.−H. First principles study of impurities in TlBr / M.−H. Du // J. Appl. Phys. − 2012. − V. 111. − P. 073519.

15. Smirnov, N. B. Electrophysisical characteristics of TlBr crystals grown in various ambients / N. B. Smirnov, I. S. Lisitsky, M. S. Kuznetsov, A. V. Govorkov, E. A. Kozhukhova // IEEE Nucl. Sci. Symp. Conf. Record. − 2006. − V. 6. − P. 3700.
16. Gazizov, I. M. Kinetika otklika toka detektorov TlBr v pole gamma-izlucheniya vysokoi moshnosti dozy / I. M. Gazizov, V. M. Zaletin, V. M. Kukushkin, M. S. Kuznecov, I. S. Lisickii // FTP. − 2012. − V. 46, N 3. − P. 405.
17. Smith, H. M. Electronic effects of Se and Pb dopants in TlBr / H. M. Smith, D. J. Phillips, I. D. Sharp, J. W. Beeman, D. C. Chrzan, N. M. Haegel, E. E. Haller, G. Ciampi, H. Kim, K. S. Shah // Appl. Phys. Lett. − 2012. − V. 100. − P. 202102.
18. Smirnov, N. B. Vliyanie atmosfery vyrashivaniya na harakteristiki kristallov TlBr / N. B. Smirnov, A. V. Govorkov, K. S. Zaramenskih, I. S. Lisickii // Cvetnye metally. − 2011. − N 6. − P. 51—55.
19. Tapiero, M. Photoinduced current transient spectroscopy in high−resistivity bulk materials: instrumentation and methodology / M. Tapiero, N. Benjelloun, J. P. Zelinger, S. El Hamdi, C. Noguet // J. Appl. Phys. − 1988 − V. 64. − P. 4006.
20. Lisickii, I. S. Elektricheskie svoistva i detektornye harakteristiki kristallov TlBr, poluchennyh v razlichnyh usloviyah / I. S. Lisickii, N. B. Smirnov, M. S. Kuznecov, A. V. Govorkov, E. A. Kozhuhova, V. M. Zaletin. // V sb. «Trudy «Giredmet». − M. : ZAO «Print», 2007. − P. 130—139.
21. Martin, G. M. Detailed electrical characterization of the deep Cr acceptor in GaAs / G. M. Martin, A. Mitonneau, D. Pons, A. Mircea, D. W. Woodward // J. Phys. C: Solid State Phys. − 1980. − N 13. − P. 3855.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back