Фотопровідність ТРЗ InxTl1-xI

На рис. 3.7 зображено спектри ФП твердих розчинів заміщення In_xTl_1-xI за кімнатної температури. Вважаючи, що за максимуми спектрального розподілу ФП відповідальні власні фото-переходи, можна оцінити ширину забороненої зони (Е_g) ТРЗ. Вона виявилась близькою до величини Е_g, оціненої по положенню краю смуги власного поглинання зразків [8].

Рис. 3.7. Спектри фотопровідності ТРЗ In_{0, 5}Tl_{0, 5}I у напрямах Е║ с (1) та Е║ b, при прикладанні напруги U=0, 1V(2).

Велика розмитість максимумів ФП та залежність їх положення від складу твердого розчину ставить тверді розчини In_xTl_1-xIв ряд перспектив­них матеріалів для фотодавачів світла з широким спектром фоточутливості.

Спектри отримані при температурі рідкого азоту (Т=78 К) на зразках із природнім сколом представлені на рис.3.8-3.10. Експериментально спостережуваний найбільш інтенсивний максимум струмів в області у спектрах ФП відповідає дисоціації електрон-діркових пар (екситонів). Можливі декілька механізмів дисоціації екситонів:

- дисоціація екситонів з утворенням вільних електронів і дірок, які роблять внесок у провідність;

- екситон може рекомбінувати з випромінюванням кванта електромагнітної енергії. (Даний процес частково має місце, оскільки в цій області енергій спостерігається інтенсивна смуга випромінювання);

- дисоціація екситонів з урахуванням процесів LO- фононного поглинання і випромінювання.

Рис. 3.8. Спектри фотопровідності ТРЗ In_{0, 5}Tl_{0, 5}I у напрямах: 1 - Е║ с, U=9V; 2 - Е║ b, U=50V; 3 - Е║ a, U=50V.

При порівнянні спектрів ФП в напрямках Е║ a, Е║ c та Е║ b для зразка In_{0, 5}Tl_{0, 5}I спостерігається незначна анізотропія ширини забороненої зони (таблиця 1). Ширина забороненої зони кристалу In_{0, 5}Tl_{0, 5}I у різних напрямках.

Таблиця 1

Рис. 3.9. Спектр фотопровідності ТРЗ In_{0, 5}Tl_{0, 5}I у напрямку Е║ b без прикладання напруги.

На рис. 3.9 в діапазоні енергій 2, 1 – 2, 3 еВ спостерігається характерний спад, який відповідає краю фундаментального поглинання, його зміщення в область від’ємної інтенсивності дає можливість припустити, що переважаючий тип провідності зразка In_{0, 5}Tl_{0, 5}I є p-тип.

Рис. 3.10 Спектри фотопровідності ТРЗ In_xTl_1-xI у напрямах Е║ a при прикладеній напрузі U=50V: 1 - In_{0, 7}Tl_{0, 3}I; 2 – In_{0, 8}Tl_{0, 2}I; 3 – In_{0, 6}Tl_{0, 4}I.

На рис. 3.10. представлено спектри ФП ТРЗ за різної концентрації InI складової. Положення максимумі ФП зміщується в сторону більших енергій при зростанні вмісту TlI компоненти. Для зразків In_{0, 4}Tl_{0, 6}I та In_{0, 8}Tl_{0, 2}Iспостерігаються два близьких максимуми, які можна пояснити неоднорідність композиційного складу в межах конкретного зразка. Іншим фактором, що може пояснити наявність двох максимумів є наявність прямої та непрямої щілини (які дають різний вклад по енергії), а «злиття» максимумів для зразка In_{0, 7}Tl_{0, 3}I пов’язане із тим, що за даної концентрації відбувається «злиття щілин».

Збудження кристала поляризованим випромінюванням у напрямі Е║ с призводить до генерації в ньому екситонів. Причому, екситон виникає в результаті прямого поглинання фотона. Мігруючи по кристалу, екситон або випромінювально рекомбінує без появи нерівноважних носіїв заряду, або дисоціює, в результаті чого в спектрах ФП виникають інтенсивні смуги, тобто в зоні провідності з'являються вільні носії заряду, час життя яких τ _іменше від часу життя екситону τ _екс. Тому смуга екситонної фотопровідності набагато перевищує за інтенсивністю сигнал власної ФП кристала.

Прямі фотопереходи в основний екситонний стан при збудженні вздовж а- напряму в твердому розчині частково або повністю заборонені через особливості в енергетичному спектрі підзон валентної та зони провідності. Саме така ситуація реалізується в чисто бінарних InI та TlI. Якщо припустити, що τ _екс> τ _і, то стає зрозумілим механізм струмів ФП при збудженні твердих розчинів у напрямі Е║ a. Можна припустити, що дисоціація екситонів відбувається з віртуальних станів, які з'являються в результаті непрямого фотопереходу в екситонний стан за участтю LO-фононів.