Глубокая компенсация арсенид галлия хромом | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 июля, печатный экземпляр отправим 15 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №24 (314) июнь 2020 г.

Дата публикации: 13.06.2020

Статья просмотрена: < 10 раз

Библиографическое описание:

Мясников, М. К. Глубокая компенсация арсенид галлия хромом / М. К. Мясников. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 24 (314). — С. 25-27. — URL: https://moluch.ru/archive/314/71616/ (дата обращения: 03.07.2020).



Для изучения радиоактивных излучений (α и β — частиц, γ-квантов) их свойств и энергий, а также для исследования тяжелых частиц используют различные методы. В основе данных методов лежит использование ионизирующее свойство заряженных частиц и высокую проходимость излучения. Устройства для регистрации заряженных частиц, элементарных частиц, рентгеновского и гамма-излучений, ядер атомов называют детекторами. В устройствах на основе полупроводниковых детекторов можно получить наиболее информативный сигнал при прохождении ионизирующего излучения через детектор. В современной экспериментальной физике в основном используют детекторы на основе кремния (Si) и германия (Ge), но также используют материалы из бинарных и тройных соединений такие, как GaAs, CdTe, CdZnTe. Применение данных многоэлементных соединений позволяет создать:

− Медицинские цифровые устройства (томографы, маммографы и т. д.) с понижением дозы излучения пациента и получения картинки с большим разрешением;

− Создание дефектоскопов и ламинографов с высоким пространственным разрешением до 0,02 мм;

− Высокоэффективные системы безопасности в аэропортах, ЖД вокзалах и т. д.

Перспективным материалом для полупроводниковых детектором является арсенид галлия (GaAs) в особенности для прямого преобразования энергии квантов ионизирующего излучения в электрический сигнал. По сравнению с односоставным материалом таких как кремний (Si) и германий (Ge) арсенид галлия имеет ряд преимуществ таких как большой эффективный номер Z~32, широкую запрещенную зону (Eg=1.42 эВ), высокую плотностью (5,32 г/см3) [1]. Системы на детекторах из арсенида галлия такими параметрами как высокое пространственное разрешение, хорошая линейность, большой динамический диапазон. [2] Глубокая компенсация хромом арсенида галлия обладает малой концентрацией свободных носителей, что делает удельное сопротивление большим, увеличивает значение подвижности электронов, возрастает время жизни носителей заряда.

Получение высоких значений времени жизни зарядов было достигнуто путем глубокой компенсации арсенида галлия хромом. Легированный GaAs n-типа, в котором концентрация электронов составляет 𝑛 ≅ 𝑁𝑑 ≈10 17см−3 производится диффузия хрома в таком количестве, чтобы арсенид галлия перекомпенсировался в р-тип [4]. Таким образом можно изменять электрофизические параметры и свойства материала, в некотором диапазоне, путем подбора легирующей примеси, уровня легирования и градиента концентрации. Хром фиксируется в вакантных местах галлия 𝐶𝑟𝑖 + 𝑉𝐺𝑎 → 𝐶𝑟𝐺𝑎 с сильным локализованным потенциалом.

Во время компенсации происходит изменение энергетической схемы кристалла. Распределение примеси происходит случайным образом. Фрагмент энергетической диаграммы после сильной компенсации представлен на рисунке 1. В таком случае электроны и дырки пространственное разделены и находятся в своих минимумах. При воздействии силы на электрон он получает достаточную энергию для преодоления энергетического барьера высотой ΔE, при переходе в валентную зону на месте электрона образуется дырка, до этого момента носители заряда могут долго находиться в неравновесном состоянии.

Рис. 1. Фрагмент энергетической диаграммы сильно компенсированной структуры [4]

В основном для детекторов используют кристаллы GaAs, выращенные методом Чехральского. Материал имеет некоторые ограничения и связаны они c наличием глубоких донорных EL2 центров, при ионизации EL2+ увеличивают сечение захвата электронов и уменьшает время жизни электронов, что приводит к низкой эффективности сбора заряда. Напряженность электрического поля по всей толщине распределяется неравномерно и малое удельное сопротивление, что ограничивает варианты использования материала. Путем глубокой компенсации глубокие EL2 центры заполняются электронами мелких доноров в соответствии с соотношением 𝑁𝐶𝑟 >> 𝑁𝑑 > 𝑁𝑓, что частично компенсирует центры хрома. Получение хорошего качества материала происходит путем уменьшения количества EL2+ центров, это возможно сделать несколькими способами:

− получение «чистого» материала при переходе на эпитаксиальную технологию;

− компенсация EL2+ центров до состояния нейтральных EL2+ + e → EL20. Для проведения диффузии хрома требуется высокая температура. Таким образом, компенсационный процесс происходит в тоже время, что и перераспределение собственных дефектов кристалла [5].

После глубокой компенсации удельное сопротивление материала составляет порядка 109 Ом·см, напряженность электрического поля распределяется равномерно по всей толщине, время жизней неравновесных электронов составляет ~10 нс, а дырок ~0,2 нс.

Направление связанные с разработкой и исследованием структур с глубокой примесью дает возможность использования и создания высокочувствительных элементов (лазерных диодов, светодиодов, сверхвысокочастотных интегральных схем и транзисторов) для различного назначения и использования в функциональной электронике.

Литература:

  1. Резников Р. С., Сельдяков Ю. П. Промышленные полупроводниковые детекторы.-Москва: изд. Атомиздат.-1975г. — 86с.
  2. Тяжев А. В., Зарубин А. Н., Мокеев Д. Ю. Чувствительность GaAs детекторов к рентгеновскому излучению диапазона (40–140) кэВ.// Proceedings of international Siberian conference on control and communications.,-2009г., С. 194–198.
  3. Айзенштат Г. И., Вилисова М. Д. Детекторы рентгеновского излучения на эпитаксиальном арсениде галлия // ЖТФ. — 2006. — Том 76, № 8. — С. 46–49.
  4. Holmes D. E. Stoichiometry-controlled compensation in liquid encapsulated Czochralski GaAs / D. E. Holmes [et al.] // Appl. Phys. Lett. — 1982. — Vol. 40, №. 1. — P. 46–48.
  5. Ayzenshtat G. I. GaAs structures for X-ray imaging detectors / G. I. Ayzenshtat [et al.]// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. — 2001. — Vol. 466. — № 1. — P. 25–32.
Основные термины (генерируются автоматически): арсенид галлия, глубокая компенсация, ионизирующее излучение, детектор, частица, высокое пространственное разрешение, электрическое поле, энергетическая диаграмма.


Похожие статьи

Использование арсенид галлия в полупроводниковых детекторах

Суть работы приборов на основе детекторов заключается в высокой проникающей

При легировании арсенида галлия различными элементами образуются мелкие и глубокие

Ионизирующее излучение — это потоки фотонов, элементарных частиц или осколков...

Материал для полупроводниковых детекторов | Статья в журнале...

полупроводниковый детектор, чувствительная область, арсенид галлия, запрещенная зона, ионизирующее излучение, валентная зона

Ионизирующее излучение является одним из внешних факторов воздействия окружающей среды, который сопровождает развитие жизни на...

Полупроводниковые приборы на основе GaAs:Cr | Статья...

Распределение электрического поля по всей толщине сенсора, после компенсации

Данные микросхемы позволят использовать арсенид галлия в новых направлениях, как для

Толбанов О. П. Сенсоры ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия...

Естественные источники ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение является одним из внешних факторов воздействия окружающей среды, который сопровождает развитие жизни на планете Земле, начиная с ее создания. Ответ на данное воздействие может характеризоваться различной направленностью.

Анализ газочувствительности полупроводниковых наноматериалов...

Аньчков, М. Г. Анализ газочувствительности полупроводниковых наноматериалов в постоянном и переменном электрических полях / М. Г. Аньчков.

Перспективными направлениями развития сенсорики на металлооксидах являются попытки создать датчики с высокой...

Использование ионизирующих излучений в промышленности...

Использование ионизирующих излучений в промышленности, медицине и других областях.

Ионизирующее излучение — это потоки фотонов, элементарных частиц

Не стоит забывать, что объекты с ядерными энергетическими установками могут быть не только стационарными...

Исследование радиационных нагрузок малых космических...

Одним из наиболее перспективных направлений в проектировании и электронике является разработка малых космических аппаратов (КА). Не высокие весовые и габаритные размеры позволяют значительно снизить затраты на запуск таких КА.

Система мониторинга интенсивности ионизирующего излучения...

Ионизирующим считается любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных

Поскольку на выходе датчика ионизирующего излучения присутствует высокое напряжение, то для приведения его к необходимому для...

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

В условиях сильной компенсации, в полупроводниках, концентрация равновесных носителей тока становится в сотни тысячи или миллионы раз меньше, чем концентрация ионизованных примесных атомов в решетке, что имеет место при Т=300 К...

Похожие статьи

Использование арсенид галлия в полупроводниковых детекторах

Суть работы приборов на основе детекторов заключается в высокой проникающей

При легировании арсенида галлия различными элементами образуются мелкие и глубокие

Ионизирующее излучение — это потоки фотонов, элементарных частиц или осколков...

Материал для полупроводниковых детекторов | Статья в журнале...

полупроводниковый детектор, чувствительная область, арсенид галлия, запрещенная зона, ионизирующее излучение, валентная зона

Ионизирующее излучение является одним из внешних факторов воздействия окружающей среды, который сопровождает развитие жизни на...

Полупроводниковые приборы на основе GaAs:Cr | Статья...

Распределение электрического поля по всей толщине сенсора, после компенсации

Данные микросхемы позволят использовать арсенид галлия в новых направлениях, как для

Толбанов О. П. Сенсоры ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия...

Естественные источники ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение является одним из внешних факторов воздействия окружающей среды, который сопровождает развитие жизни на планете Земле, начиная с ее создания. Ответ на данное воздействие может характеризоваться различной направленностью.

Анализ газочувствительности полупроводниковых наноматериалов...

Аньчков, М. Г. Анализ газочувствительности полупроводниковых наноматериалов в постоянном и переменном электрических полях / М. Г. Аньчков.

Перспективными направлениями развития сенсорики на металлооксидах являются попытки создать датчики с высокой...

Использование ионизирующих излучений в промышленности...

Использование ионизирующих излучений в промышленности, медицине и других областях.

Ионизирующее излучение — это потоки фотонов, элементарных частиц

Не стоит забывать, что объекты с ядерными энергетическими установками могут быть не только стационарными...

Исследование радиационных нагрузок малых космических...

Одним из наиболее перспективных направлений в проектировании и электронике является разработка малых космических аппаратов (КА). Не высокие весовые и габаритные размеры позволяют значительно снизить затраты на запуск таких КА.

Система мониторинга интенсивности ионизирующего излучения...

Ионизирующим считается любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных

Поскольку на выходе датчика ионизирующего излучения присутствует высокое напряжение, то для приведения его к необходимому для...

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

В условиях сильной компенсации, в полупроводниках, концентрация равновесных носителей тока становится в сотни тысячи или миллионы раз меньше, чем концентрация ионизованных примесных атомов в решетке, что имеет место при Т=300 К...

Задать вопрос