Влияние электрон-фононного взаимодействия и облучения γ-квантами на обратные токи кремниевых фотодиодов

Abstract

Исследованы вольт-амперные характеристики кремниевых фотодиодов до и после облучения γ-квантами энергией 1.25 МэВ и дозой облучения 0.5 МРад. Установлено, что обратные токи определяются механизмом Пула--Френкеля в сильном электрическом поле с влиянием электрон-фононного взаимодействия. Разработана методика и рассчитаны параметры электрон-фононного взаимодействия, описываемого конфигурационной однокоординатной моделью, из обратных вольт-амперных характеристик. Сделано предположение, что в результате облучения γ-квантами образуются центры дивакансии кремния с кислородом, которые и определяют обратные токи фотодиодов. Ключевые слова: обратная вольт-амперная характеристика, эффект Пула--Френкеля, электрон-фононное взаимодействие, облучение γ-квантами, центры дивакансии кремния с кислородом.

Влияние Условий Формирования Кремниевых Диодов На Их Обратные Токи

“…Выражение (3) справедливо, когда генерация носителей заряда происходит в результате многофононного процесса, и в нем принимает участие только один тип фононов, имеющих некоторую эффективную энергию. Алгоритм вычисления параметров электрон-фононного взаимодействия изложен в работах [2][3][4]. Анализ публикаций по дефектам в кремнии показывает, что энергия активации 0.47−0.48 эВ может соответствовать комплексу V Si −O [12,[16][17][18] либо дивакансии [12,13,19].…”

“…В этой области происходят процессы генерации электронов и дырок с участием глубоких уровней [1]. Генерация сопровождается эффектом Пула−Френкеля, также на этот процесс оказывает влияние электрон-фононное взаимодействие, что приводит к плавному росту обратного тока с ростом напряжения [2][3][4]. С точки зрения диффузионной теории протекания тока p−n-перехода обратный ток не должен зависеть от приложенного напряжения [5].…”

“…Энергия активации температурной зависимости диффузионного тока должна быть равной энергии ширины запрещенной зоны полупроводника, однако экспериментальные работы показывают, что это не так, и энергия активации меньше ширины запрещенной зоны [2,6]. Это связано с тем, что в большинстве случаев обратный ток является суммой диффузионного тока и тока генерации [7], причем последний преобладает [1][2][3][4]. Механизм протекания тока можно определить, изучив его зависимость от температуры.…”

“…Это значение должно быть рассчитано и сопоставлено с его экспериментальной величиной для того, чтобы доказать существование данного эффекта. Однако коэффициент Пула−Френкеля, вычисленный из экспериментальных результатов, может быть больше теоретического, что связано с влиянием электронфононного взаимодействия [2][3][4]10]. Электрон-фононное взаимодействие может быть значительным тогда, когда центры рекомбинации являются комплексами нескольких точечных дефектов.…”

“…Такие комплексы могут содержать различное число как вакансий, так и атомов кислорода [12]. Они создают в запрещенной зоне кремния центры рекомбинации вблизи середины запрещенной зоны и активно оказывают влияние на величину обратных токов [2][3][4]13,14]. Если влияние кислорода на величину обратных токов p−n-переходов исследовано достаточно хорошо, то влияние азота изучено недостаточно, а он оказывает влияние как на образование кислородных комплексов [15], так и сам создает глубокие уровни в запрещенной зоне кремния [12].…”