Фазовые равновесия в системе Zn-Ge-As по разрезу ZnAs2-Ge

Нами показано, что наличие у дефекта таких свойств как бистабильность и амфотерность приводит к большому разнообразию особенностей микропроцессов генерации и рекомбинации электронов, как при изменении температуры, так и под воздействием внешнего излучения. В частности, эти особенности проявляются в температурной зависимости концентрации свободных носителей (ТЗКН): наблюдаемые энергии активации ТЗКН помимо энергии электронных переходов определяются также энергетическими затратами на переустройство окружения атома при изменении заряда на нем. Величина проявляемой энергии активации ТЗКН для амфотерного бистабильного центра зависит от соотношения энергий электронных переходов в акцепторном и донорном состоянии и от степени начального заполнения дефектов, т.е. от степени компенсации мелкими донорами. Необходимо отметить, что соотношение между энергиями электронных переходов из акцепторного и донорного состояний амфотерного центра существенным образом влияют на генерационно-рекомбинационные процессы в поупроводнике. Именно соотношение между величинами электронных энергий донорного Ed и акцепторного состояний Ea бистабильного амфотерного центра, а также величиной энергетических затрат на изменение конфигурации ΔW определяются микроскопические механизмы процессов генерации и рекомбинации носителей заряда. В частности, при определенных соотношениях Ed, Ea и ΔW возможно возникновение ситуации подобной для центра с отрицательной корреляционной энергией, т.е. бистабильный амфотерный дефект проявляется в ТЗКН как центр с отрицательной корреляционной энергией [9]. В определенном температурном диапазоне здесь также возможно наблюдение процессов термической перезарядки дефектов при общем возрастании концентрации свободных носителей в зоне проводимости по соответствующему закону. Многообразие температурных зависимостей равновесных концентраций носителей в зоне проводимости и на связанных состояниях дефекта при различных степенях компенсации и различных соотношениях Ed, Ea и ΔW были получены в результате численного моделирования с использованием общего уравнения нейтральности и функций заполнения для бистабильного амфотерного центра с учетом вероятности перехода атома дефекта между конфигурациями.

В рамках данного подхода, можно качественно оценить влияние высоты энергетических барьеров на некоторые наблюдаемые явления. Так, центры, находящиеся в различных конфигурациях, могут рассматриваться как независимые доноры и акцепторы, если барьеры будут столь высоки, что центр не будет успевать менять конфигурацию за время изменения заряда на нем. Ясно, что для бистабильных дефектов результаты по экспериментально наблюдаемым ТЗКН могут не повторяться для разных темпов охлаждения или нагрева из-за инерционности изменения конфигурационного обустройства дефекта при динамическом изменении заряда на нем.

Из предлагаемой модели также видно, что перевод электрона из акцепторного состояния в зону проводимости внешним излучением открывает возможность для изменения конфигурации центра, где он отдает еще один электрон при соответствующей температуре решетки. Обратный захват электрона затруднен из-за необходимости преодоления центром барьера. Так возникают условия для долговременной релаксации фотопроводимости.

Необходимость получения достоверной информации об микроскопическом устройстве дефекта делает актуальной задачу поиска соответствующих методов обработки макроскопических характеристик, в частности температурной зависимости концентрации основных носителей в полупроводнике при различных степенях компенсации в соответствующих температурных интервалах. Один из таких методов был предложен в работах [12-14]. Было замечено что, если электронные уровни дефектов Ei расположены достаточно далеко друг от друга, то сконструированная на основе экспериментальных данных по ТЗКН функция размерности концентрации Y(EF)≡kBT(dn/dEF) имеет вид спектральных полос. Это связано с различным темпом изменения концентрации свободных носителей n и энергии Ферми EF с температурой T. По положению максимумов Y(EF)-характеристики и их величине определяют энергетический спектр в запрещенной зоне и концентрацию дефектов. По полуширине полосы Y(EF), как было показано в работе [14], можно определить, обладает ли данный дефект U–-свойствами.

Поскольку темп изменения концентрации свободных носителей со смещением уровня Ферми dn/dEF определяется электронными свойствами дефектов, то мы предположили, что Y(EF)-характеристика для бистабильных амфотерных центров будет иметь характерные особенности. Полученные результаты численного моделирования подтверждают наше предположение: низкоэнергетический пик Y(EF)-характеристики (акцепторное состояние бистабильного амфотерного центра) смещен в область низких энергий на величину ΔW, а его полуширина значительно уже, чем это ожидалось бы в отсутствии бистабильности, при этом происходит деформация формы пика Y(EF)-характеристики. Нами исследовано также влияние степени компенсации на форму Y(EF). Показано, что высота и положение пика Y(EF)-характеристики, обусловленного акцепторным состоянием, зависит от степени компенсации. Такая ситуация может ошибочно восприниматься как изменение концентрации центров и их энергетического спектра в запрещенной зоне полупроводника (т.е. энергии связи носителя заряда на дефектах) или образование новых дефектов в зависимости от условий компенсации. Это обстоятельство необходимо учитывать при анализе экспериментальных данных с использованием Y(EF)-характеристики.