Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Кеуекті кремний негізіндегі жарық сәулелендіру диоды




 

 

Кеуекті кремнийдің қасиетін зерттеуге ерекше қызығушылық бөлме температурасы кезіндегі спектрдің көрінетін диапазонындағы жеткілікті тиімді фотолюминесценцияның алынуынан кейін артты. Тәжірибелік қолданудың көзғарасынан ПК электролюминценция құбылысы айтарлықтай маңызды, оның сәулеленуі құрылым арқылы өтетін токтің әрекеті кезінде туындайды. ~10 % тиімділікпен ПК негізіндегі жарық сәулелену диодтарын құру үшін бір кристаллға басқа кремнийлі құрылыммен олардың интеграциясының мүмкіндігі пайда болады. Осы қол жеткізілім интегралды сұлбалардың ішінде оптикалық аралық байланысын құру үшін пайдаланылуы мүмкін, ол тікелей соңғысын жиілікті диапазонын кеңітеді. Одан басқа, ПК негізіндегі жарық сәулелендіру диодтары төмен бағасымен ерекшеленеді, себебі осы уақытта жақсы жетілген, кремнийлі технология дәстүрлі әдісі оларды дайындау кезінде қолданылады.

[17] де Pt/КК/Si-n/Al құрылымнда ЭЛ бақылануы туралы айтылады. Қабықша КК ерітінділі қышқылдан тұратын, стандартты электролиттегі анодты электрохимиялық тотығу әдісімен КЭФ-20 маркалы кремнийлі пластинанын бетіне дайындалды. Белгіленетіндей, барлық дайыналған үлгілерде жеткілікті интенсивті ФЛ бақыланды. Осы уақытт фото- және электролюминесценциялы арасындағы құрылым қасиеті болмайды.

Pt/КК/Si-n/Al құрылымдардың сәулелендіру қасиетіне КК дайындаудың технологиясы әсер етпейді, сондай ақ оның келесі өңдеуінің әдістері әсер етеді [17].

Pt-контактінің әртүрлі геометриясымен үлгілерде өлшенген Pt/КК/Si-n/Al, ЭЛ құрылымының спектрлері 3.10 суретте келтірілген[17]. Нүкте түріндегі Pt-контакті түріндегі құрылым V ≈ 20 B кернеу және I ≈ 20 мА ток кезінде жарқырап бастайды және көгілдір-ақ жарқырау береді (3.10,б,в суретті қараңыз). Жарқырау тек кері араласу кезінде, Pt-электродқа теріс потенциал енгізілген кезде бақыланады. Қабырға тәрізді Pt-контактімен құрылым V ≈ 60 В және I ≈ 30 мА кезінде жарқырап бастайды (3.10 а сур.қараңыз). Осы кезде, потенцилдың ұлғаю шамасы бойынша басымдылық бастайтын, қызыл жарқыраудың ашық жарқырауы жақсы байқалады. [17]-де қызыл жарқырау біршама итенсивті деп айтылады.



[17] авторлары КК ішкі шекарасына беттік деңгейлермен көк-ақ жарқырауды байланыстырады, қызыл жарқырауды КК-ға квантөлшемді эффектімен байланыстырады. Олай болса, КК ЭЛ жарқыраудың екі түрі белгіленеді: тұрақты, алайда көгілдір ақ әлсіз және тұрақсыз, алайда эффективті қызыл.

 

3.10 – сурет – Pt-контактінің әртүрлі геометриясымен Pt/КК/Si-n/Al электролюминесценция құрылымының спектрлері:а–тарақтар тәрізді, б, в– нүкте тәрізді [17]

 

[18]-да химиялық отырғызылған металл контактімен КК/Si-n құрылымының ЭЛ зерттеуі сипатталған. КК қабықшасы n-типтегі кремний бетіне бөлек 2–4 Ом·см кедергімен электрохимиялық тотығудың анодты әдісімен дайындалды. КК-ге контакт күмісті химиялық отырғызу әдісімен дайындалды рекацияның нәтижесінде күміс атомдарымен кремний атомдарының беттік араласу реакциясы дайындалды. Одан басқа, [18]-ға сәйкес химиялық отырғызу әдісі таңдаулығымен ерекшеленеді.



Металл кремнийлі нанокристаллдарға орнықпай, көлемді кремнийдің тек бетіне ғана отырғызылатын тәртіптерді таңдауға болады. [18]-да 330 Гц ток жиілігімен және 2 саңылаулы импульспен ЭЛ қоздырылуы қолданылды. Химиялық отырғызылған контактімен құрылымдар айтарлықтай ЭЛ интенсивті, олар аз ток кезінде туындайды, және айнымалы контакті құрылымына қарағанда интенсивті. Электролюминесценция тура және кері араласу кезінде де бақыланды; осы кезде спектрлер айтарлықтай бөлінді.

Тура араласу кезінде (4.2,а сурет) спектрдің ұзын толқынды аумағындағы сәулелену, ал кері кезінде – ФЛ ПК-ға сәйкес келетін максимуммен кең спектр бақыланды (4.2,б сурет) [18].

Тура араласу кезінде ЭЛ спектрінің қалыбы құрылым арқылы ағатан ток импульсінің амплитудасынан тәуелді (3.10 a суретінің 1 және 2 қисықтарын қараңыз).

ЭЛ спектрінің бақыланатын ерекшеліктерін авторлар [18] келесі түрде түсіндіреді. Тура араласу кезінде ток, кремнийлі монокристаллдарды шунттайтын, тура металлмен крменийлі төсеменің контактісі арұылы металл қабықшасы бойынша өтеді. Аз араласу кезінде металлдағы электрондардың тудырылған инжекциясында спектр бақыланады (Шоттки барьерінің аз биіктік энергиясымен жарқырау). Тура токтің ұлғаюы кезінде сондай-ақ кремнийге саңылаудың туннелдеуі және кремнийдегі зона аралық рекомбинация басталады. Метеллдан саңылау инжекцияның коэффициенті жоғары локальді ток тығыздығы және контактінің біртексіздігінен айтарлықтай үлкен. Нанокристаллдардың жоғары омдығы әсерінен 2 эВ шамасында сөнетін, электролюминесценцияның спектрінің қысқа толқынды аз интенсивті құраушысын беретін, жалпы токтің те кқана аз үлесі өтеді.

а) б)

3.11 – сурет – Химиялық металлмен отырғызылған КК/Si-n ЭЛ құрылымынң спектрі: a) 0,2 (1) және 1 (2) А токті импульс амплитудасымен тура араласу кезінде; б) 70 мА (1) (2 – фотолюминесценция спектрі) кері араласу кезінде [18]

 

Кері аралас кезінже Шоттки барьері арқылы орнығудың үлкен емес тогі өтеді. Кері араласудың ұлғаюы екі диэлектрик барьерлермен люминофора кристаллдағы ұқсас қос инжекция оксидті барьері арқылы квантты-өлшемді кремнийлі кристаллдағы тасымалдағыштың қос инжекциясына алып келеді. Гетероөтпеге зоналардың инверсиясы әсерінен жартылай өткізгіштерден саңылаулар инжектирленеді, ал электрондар – металл контактілерінен. Жұқа оксидті барьерлер, баяу ЭЛ құраушыларын қамтамасыз ете, саңылаулар мен электрондар үшін «қалталарды» түзеді. ЭЛ спектрлері химиялық отырғызылған металлдармен қапталмаған, иондалған кристаллиттердің жиынтығымен анықталады, және КК фотолюминесценция спектрімен сәйкес келеді (3.11 б суретін қараңыз).

[19] авторлары ЭЛ (қызыл жарқырау) 5–10 В кернеулерде және бірнеше миллиампердегі ток кезіндегі тура араласу кезіндегі Al/КК/Si-p/Al құрылымды торцта бақылады. Берілген кернеудің өсуімен сәулелену энергиясы өсті, түсі сары-қызғылт болды. Кері араласу кезінде ЭЛ араласуы туындамады. Тура токтан ЭЛ IEL интегральді интенсивтіліктің тәуелділігі квадратты болды (3.12 сурет), ол сәулелену рекомбинациясының биполярлы сипаттына көрсетеді.

 

3.12 – сурет – Тура бағыттаудағы токтан ЭЛ интенсивтілігінің тәуелділгі [19]

 

[19] авторларының ойы бойынша, ПК –дағы Si-p –дан саңылаулардың инжекциясы өтеді, электрондарда кремнийлі нанокристаллиттердің потенциальді шұңқырларындағы сәулелену рекомбинациясынан КК-ға.

[20]-да Au/КК/Si-p/Al құрылымның ЭЛ зерттеу ұсынылған, КК қабықша 10-3 М концентрациясымен AuCl3 сулы ерітіндіден алтынмен легірленген. Зерттеу негізінде дайындалған құрылым ВАХ авторлары былай деп тұжырым жасайды, легірленген алтынмен КК-ге өткізгіштік кремнийлі крситаллиаттардың және алтндардың қоспасы бойынша орындалады. Электролюминесценция оның полярлылығынан тәуелсіз 40 В кернеу кезінде туындады. ЭЛ интенсивтілігі, Si-p-ға оң кернеулер қойылғанда үлкен болды. [20] авторлары, ЭЛ алтын қабықшаларының жарқырауымен негізделген деп ойлайлы, себеі жарқырау интенсивтілігі ПК қуатының қабықшасына пропорциональді. Тек қана кремнийлі нанокристаллдарға ие, ПК/Si-p/Al легірленген емес құрылымдарда ЭЛ бақыланбады.

Al/ПК/Si-n құрылымының ЭЛ зерттеу үшін Шоттки барьерінің кері араласуы кезінде, ПК және металл контактісіне түзілуде, жарық сәулелендіру диодты құрылымы анодты электрохимиялық тотығу әдісімен 0,01 Ом·см кедергімен n-типті кремнийлі төсемелерге жарық шашырату диодты құрылымы қалыптанды [21]. ПК қабықшасының бетіне алюмний қабықшасын отырғызды, одан кейін алюминийдің ернеулі электрохимиялық анодирлеуі және фотолитография операциясының көмегімен 0,3 ауданмен металл электродтарын қалыптады (3.12 а сурет). Шоттки кері аралас барьері кезіндегі J өсуімен J ток тығыздығынан ЭЛ IEL интенсивтілігінің алынған иілісінің тәуелділігі өзгереді (3.13 б сурет).

Ток тығыздығынан ЭЛ интенсивтілігінің сызықсыз тәуелділігін түсіндіру үшін заряд тасымалдаушылардың үлгілеуі жүргізілді және олардың лавинді босатудың тәртібіндегі бар заряд тасымалдаушылардың рекомбинациясы – генерация негізгі механизмдерінің есебімен зерттелетін құрылымдағы олардың сәулелену рекомбинациясы жүргізілді [21].

Al/КК/Si-n құрылымының электрлік және сәулелену сипаттамасын үлгілеу кезіндегі КК/Si-n бөлімнің шегіне тасымалдаушылардың лавинді көбейткіш эффектісі ескерілді. Құрылым арқылы өтетін, толық токтің мәні, негізінен төсемедегі КК-ден электрондардың ағынымен анықталады. Осы кезде ішкі араласудан ток тәуелділігі екі аумақпен сипатталады: Осы кезде ішкі араласудан токтің тәуелділігі екі аумақпен сипатталады: осы кезде ішкі араласумен V < 0,8 В электронды ток электрондардың диффузиясымен анықталады, ал V > 0,8 В кезінде, ПК/Si-n бөлімінің шектеріне туатын, 0,8 В потенциальді барьерлермен шектелген ішкі араласуға дейінгі ағатын, дрейферлік токка ие. V < 3 ішкі араласуу кезіндегі КК/Si-n шекарасына ОПЗ-ға ток саңылауы төсемеден дрейфпен және саңылаулардың диффузиясымен анықталады, ал жоғарыда осы мән – саңылауларының концентрациясы КК/Si-n [21] лавинді электрондардың көбеюімен анықталады.

 


 

а) б)

3.13 – сурет – Кеуекті кремнийге жарық сәулелендіру диодының құрылымы (a) және (б) құрылымдары арқылы ток тығыздығынан электролюминесценциясының интенсивтілігінің тәуелділігі [21]

 

КК-дегі нанокриссталдардың әртүрлі концентрациясының үшін борпылдақты кремнийдің құрылымы арқылы ток тығыздығынан тәуелді ЭЛ интенсивтілікті үлгілеу нәтижелері 3.13 суретте, а [21] келтірілген. 3–4 В ішкі араласуға сәйкес, 1А/ ток тығыздығы аумағында, негізгі заряд тасымалдаушылардың қыздырылуы есебінен саңылаулы токтің бірден өсуі бақыланады – лавинді көбею үрдісіндегі іске асатын электрондар.

Осы кезде сонымеен қатар негізгі емес заряд тасымалдаушылар – саңылаулар генерацияланады. Сол үшін токтан IEL тәуелділігі сызықтық болады, яғни саңылаулы то электронды мәніне жетеді (3.13 а суретті қараңыз). Ішкі араласудың ары қарайғы өсуі нанокристаллиттердегі заряд тасымалдаушылардың инжекциясының ұлғаю кезіндегі оже-үрдістердің интенсивтілігінің ұлғаю нәтижесіндегі сәулелі рекомбинацияның салым төмендеуі есебіне қанығу IEL тәуелділігі өтпесіне келеді [21].

 

а) б)

Сурет – Al/КК/Si-n (a) құрылымы арқылы ток тығыздығынан ЭЛ интенсивтілігінің тәуелділігі және КК 1018 (1), 1016 (2), 1014 (3) және 1013 (4) см-3 қабыршықтағы нанокристаллдардың концентрациясы кезіндегі ток тығыздығынан [13] (б) сәулелі рекомбинацияның тәуелділігі

 

[21]-те сонымен қатар нанокристаллдардың концентрациясының ұлғаюы кезіндегі сәулесіз оже-рекомбинациясынң салымының ұлғаюы есебінен ток құрылымы арқылы өтетін өсуімен рекомбинацияның төмендеу тиілігі ескеріледі.

КК-дағы нанокристаллиттердің әртүрлі концентрациясы үшін ток тығыздығынан η сәулелі рекомбинацияның тиімділігінің үлгілеу нәтижелерінен, ПК-дағы нанокристаллиттердің санының өсуі, электронды-саңылаулы қосақтан тұратын, нанокристаллиттердегі үшінші тасымалдаушының түсу ықтималдығын төмендету нәтижесіндегі сәулелі рекомбинацияның тиімділігін ұлғайтады.

Температураның төмендеу сондай ақ электрондар мен саңылаулардың жағыдайындағы тиімді тығыздықтың төмендеуі есебіне оже-рекомбинациялардың ықтималдығын төмендетеді. Содан басқа, температура төмендету кезінде заряд тасымалдаушының белсенді алу темпінің нәтижесінде кең тыйым салынған аумақпен (2нм артық) үлкен шамалы нанокристаллиттердегі сәулесіщ оже-рекомбинацияның салымы төмендейді [21].

[22] –де КК және фотодиод негізіндегі лавинді жарық диодтан тұратын оптоэлектронды қосақ қарастырылады (3.14 сурет). Осы кезде фотодиод және жарықодиод титанның легірленген оксидімен, алюминий оксидінен толқынды бір бірімен оптикалық байланысқандар. Тасқынды жарықдиод алюминийлі электрод және КК қабықша арасындағы Шоттки контактілерінің негізіне қалыптанған.

Егер 3.14 суретте келтірілген диодтардың бірі, тасқынды ойық 5 В кернеуден асатын болса, кері араласуға ие, онда осы диод жарықты шағылдырады. Екінші диод 5В төмен кері аралс кезінде жарық сезімтал қасиетке ие және бірінші диодтың жарықты дабылын қабылдауға қабілетті. Жарықты ауытқуды және жарық диодтарының ішкі квантты тиімділігінң зерттеуі стационарлы тәртіп сияқты, сондай-ақ кіріс дабылдарының импульстерінің әртүрлі ұңғымалары кезіндегі 10 Гц-тан 1 кГц-ке дейінгі жиілікте импульсті болып жүргізілді[22].

 

а) б)

3.15 – сурет – Кремнийлі интегральді оптоэлектронды ұяшықтың көлденең қимасы (бағдарлармен сулы бойынша жарық таралуы көрсітілген) (a) және оптоэлектронной пары (б) интегралды оптоэлектронды қосықтың эквивалетті сұлбасы [22]

 

Қарастырылған оптоқосақта толық гальваникалық шешім, сондай-ақ бірдей кремнийлі төсемеге орнатылған екі диодтың тура болмайтын аралас Шоттки кері диодтарының электрлік оқшаулауы қамтамасыз етілмейді. Алайда, гальваникалық байланыстың ток бағыты жарық сезімтал диодтың тогіне қарама қарсы, яғни белгілі бекітуге болады, кері бағыттағы фотодетектор тогі жарық диодтің жарықты дабылымен туғызылған. Одан басқа, фотодетектор дабылы, зерттелетін импульстердің ұзақтылығына сәйкес келетін, м диапазонда уақытша миллисекундта тіркелді. Бұл ұзақтылығы микросекундтың бірлігін құрайтын, паразитті сыйымдылықты токтардан кіріс дабылын алыстатуға мүмкіндік берді [22].

3.15 суретте жарық диодтың әртүрлі араласу тәртібі кезіндегі жарық диодтің кіріс токінен фотодетектор арқылы кіріс токінің тәуелділігі ұсынылған. Бұл тәуелділік кіріс токтарының үлкен мәні кезіндегі сызықтыққа квадратты өтпесіне жуық [22]. Жарық диодінің тогына фотодиод токінің қатынасы жарық диодтің ішкі квантты тиімділігінің минимальді мәні сияқты авторлармен қарастырылды. 3.15 суретте (1 қисық) жарық диодтарының жұмыстарының әртүрлі тәртіптері кезіндегі кіріс токтан зерттелетін жарық диодтардың ішкі квантты токтарының тәуелділігі көрсетілген.

3.15 суреттен максимальді квантті тиімділік 1,4 % 100 импульстердің ұңғымалығы кезінде бақыланды. Нақты осы жағыдайда жарық диодтары кіріс токтарының максималді амплитудасы кезінде жұмыс жасауға қабілетті. Алайда жұмыс токінің өсуімен квантті тиімділіктің өсі шектелген. Осы кезде қанығу аумағына шығыс қыздырылған диодтың термиялық қыздырылуымен байланысты.

3.16 – сурет – Әртүрлі қорек тәртібіндегі кіріс токтарының амплитудасынан фотодетектордың шығыс тогінің (2) және зерттелетін жарық диодтарының ішкі квантты тиімділігінің тәуелділігі (1) [22]

 

Токтің өсуімен тасқынды жарық диодтарының тиімділігінің өсуін [22] авторлары біршама жоғары кернеу кезіндегі соққылы иондау біршама тиімді үрдіспен түсіндіреді, осы сұлбалы зоналы диаграммада көрсетілген (3.16, a сурет). Осы уақытта жарық диодтардағы токтің ұлғаю уақыты температураның өсіміне алып келеді, ол, өз кезегінде, фондардағы шағылған және торлы ұрмалылардан электрондардың еркін жүру ұзындықтарын қысқартады (3.16, б сурет). Оже-рекомбинацияның сәулесіз үрдістерімен қатар фондарға энергияның шашырауы электролюминесценция тиімділігін төмендетеді.

[22]-да жарық сәулелену тетігінің сапасы кремнийлі нанокристаллдардағы электронды саңылаулы зона аралық рекомбинация деп аталады. Ұқсас үлгі сонымен қатар [17], [19] және басқа жұмыстарда ұсынылады.

Тасқынды жарық диодтардың ішкі квантты тиімділігінің ұлғаюы зерттелетін құрылымдардағы жылу шығару жақсарту есебінен қол жеткізілді [22]. Алюминийлі электродтың аумағының төмендеуі тұрақты токта квантты тиімділікке жеткізуге 0,7 % мүмкіндік берді. Жұмыстың импульсті тәртібін пайдалану сонымен қатар жылу алмасуды жақсартуға және ішкі квантты тиімділікті 1,4 %-ға жеткізуге мүмкіндік берді.

 

а) б)

3.17 – сурет – T 1 (a) < T2 (б) әртүрі жұмыс температурасындағы металл/КК кері аралас контактінің зоналық диаграммасы[22]

 

[22] авторлары, КК негізіндегі тасқынды жарық диодтары ішкі оптикалық өзара жалғасқан интегральді микро сұлба негізінде құру үшін перспективті элементтер сияқты қарастырылуы мүмкін деп есептейді.

Олай болса КК/Si барьерлі құрылымы жарық сәулелендіру диодтарын құру үшін пайдаланылуы мүмкін. Осы құрылымдардағы бақыланатын электролюминесценция кремнийлі нанокристаллиаттардағы олардың сәулелендіру рекомбинациясымен және КК-дегі заряд тасымалдаушылардың инжекциясымен анықталады [20]. КК қабықшасының өсімі үшін төсеме сапасындағы ЭЛ біршама тиімділігін алу үшін n-типті жоғары омды кремнийді пайдаланған жөн [20]. КК құрылым негізінде құрылған ЭЛ тиімділігі қазіргі уақытта тәжірибелік пайдалу үшін жеткіліксіз,

10% кем, алайда КК негізіндегі ЭЛ құрылымының сипаттамасын жақсарту маңызды тапсырма болып табылады, яғни ол жарық сәулелену құрылымы өндірісіндегі кремницлі технологияның артықшылығын пайдаланылуға мүмкіндік береді.

 

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.01 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал