Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Кеуекті кремний негізіндегі жарық сәулелендіру диоды






 

 

Кеуекті кремнийдің қ асиетін зерттеуге ерекше қ ызығ ушылық бө лме температурасы кезіндегі спектрдің кө рінетін диапазонындағ ы жеткілікті тиімді фотолюминесценцияның алынуынан кейін артты. Тә жірибелік қ олданудың кө зғ арасынан ПК электролюминценция қ ұ былысы айтарлық тай маң ызды, оның сә улеленуі қ ұ рылым арқ ылы ө тетін токтің ә рекеті кезінде туындайды. ~10 % тиімділікпен ПК негізіндегі жарық сә улелену диодтарын қ ұ ру ү шін бір кристаллғ а басқ а кремнийлі қ ұ рылыммен олардың интеграциясының мү мкіндігі пайда болады. Осы қ ол жеткізілім интегралды сұ лбалардың ішінде оптикалық аралық байланысын қ ұ ру ү шін пайдаланылуы мү мкін, ол тікелей соң ғ ысын жиілікті диапазонын кең ітеді. Одан басқ а, ПК негізіндегі жарық сә улелендіру диодтары тө мен бағ асымен ерекшеленеді, себебі осы уақ ытта жақ сы жетілген, кремнийлі технология дә стү рлі ә дісі оларды дайындау кезінде қ олданылады.

[17] де Pt/КК/Si-n/Al қ ұ рылымнда ЭЛ бақ ылануы туралы айтылады. Қ абық ша КК ерітінділі қ ышқ ылдан тұ ратын, стандартты электролиттегі анодты электрохимиялық тотығ у ә дісімен КЭФ-20 маркалы кремнийлі пластинанын бетіне дайындалды. Белгіленетіндей, барлық дайыналғ ан ү лгілерде жеткілікті интенсивті ФЛ бақ ыланды. Осы уақ ытт фото- жә не электролюминесценциялы арасындағ ы қ ұ рылым қ асиеті болмайды.

Pt/КК/Si-n/Al қ ұ рылымдардың сә улелендіру қ асиетіне КК дайындаудың технологиясы ә сер етпейді, сондай ақ оның келесі ө ң деуінің ә дістері ә сер етеді [17].

Pt-контактінің ә ртү рлі геометриясымен ү лгілерде ө лшенген Pt/КК/Si-n/Al, ЭЛ қ ұ рылымының спектрлері 3.10 суретте келтірілген[17]. Нү кте тү ріндегі Pt-контакті тү ріндегі қ ұ рылым V ≈ 20 B кернеу жә не I ≈ 20 мА ток кезінде жарқ ырап бастайды жә не кө гілдір-ақ жарқ ырау береді (3.10, б, в суретті қ араң ыз). Жарқ ырау тек кері араласу кезінде, Pt-электродқ а теріс потенциал енгізілген кезде бақ ыланады. Қ абырғ а тә різді Pt-контактімен қ ұ рылым V ≈ 60 В жә не I ≈ 30 мА кезінде жарқ ырап бастайды (3.10 а сур.қ араң ыз). Осы кезде, потенцилдың ұ лғ аю шамасы бойынша басымдылық бастайтын, қ ызыл жарқ ыраудың ашық жарқ ырауы жақ сы байқ алады. [17]-де қ ызыл жарқ ырау біршама итенсивті деп айтылады.

[17] авторлары КК ішкі шекарасына беттік дең гейлермен кө к-ақ жарқ ырауды байланыстырады, қ ызыл жарқ ырауды КК-ғ а квантө лшемді эффектімен байланыстырады. Олай болса, КК ЭЛ жарқ ыраудың екі тү рі белгіленеді: тұ рақ ты, алайда кө гілдір ақ ә лсіз жә не тұ рақ сыз, алайда эффективті қ ызыл.

 

3.10 – сурет – Pt-контактінің ә ртү рлі геометриясымен Pt/КК/Si-n/Al электролюминесценция қ ұ рылымының спектрлері: а–тарақ тар тә різді, б, в– нү кте тә різді [17]

 

[18]-да химиялық отырғ ызылғ ан металл контактімен КК/Si-n қ ұ рылымының ЭЛ зерттеуі сипатталғ ан. КК қ абық шасы n-типтегі кремний бетіне бө лек 2–4 Ом·см кедергімен электрохимиялық тотығ удың анодты ә дісімен дайындалды. КК-ге контакт кү місті химиялық отырғ ызу ә дісімен дайындалды рекацияның нә тижесінде кү міс атомдарымен кремний атомдарының беттік араласу реакциясы дайындалды. Одан басқ а, [18]-ғ а сә йкес химиялық отырғ ызу ә дісі таң даулығ ымен ерекшеленеді.

Металл кремнийлі нанокристаллдарғ а орнық пай, кө лемді кремнийдің тек бетіне ғ ана отырғ ызылатын тә ртіптерді таң дауғ а болады. [18]-да 330 Гц ток жиілігімен жә не 2 саң ылаулы импульспен ЭЛ қ оздырылуы қ олданылды. Химиялық отырғ ызылғ ан контактімен қ ұ рылымдар айтарлық тай ЭЛ интенсивті, олар аз ток кезінде туындайды, жә не айнымалы контакті қ ұ рылымына қ арағ анда интенсивті. Электролюминесценция тура жә не кері араласу кезінде де бақ ыланды; осы кезде спектрлер айтарлық тай бө лінді.

Тура араласу кезінде (4.2, а сурет) спектрдің ұ зын толқ ынды аумағ ындағ ы сә улелену, ал кері кезінде – ФЛ ПК-ғ а сә йкес келетін максимуммен кең спектр бақ ыланды (4.2, б сурет) [18].

Тура араласу кезінде ЭЛ спектрінің қ алыбы қ ұ рылым арқ ылы ағ атан ток импульсінің амплитудасынан тә уелді (3.10 a суретінің 1 жә не 2 қ исық тарын қ араң ыз).

ЭЛ спектрінің бақ ыланатын ерекшеліктерін авторлар [18] келесі тү рде тү сіндіреді. Тура араласу кезінде ток, кремнийлі монокристаллдарды шунттайтын, тура металлмен крменийлі тө семенің контактісі арұ ылы металл қ абық шасы бойынша ө теді. Аз араласу кезінде металлдағ ы электрондардың тудырылғ ан инжекциясында спектр бақ ыланады (Шоттки барьерінің аз биіктік энергиясымен жарқ ырау). Тура токтің ұ лғ аюы кезінде сондай-ақ кремнийге саң ылаудың туннелдеуі жә не кремнийдегі зона аралық рекомбинация басталады. Метеллдан саң ылау инжекцияның коэффициенті жоғ ары локальді ток тығ ыздығ ы жә не контактінің біртексіздігінен айтарлық тай ү лкен. Нанокристаллдардың жоғ ары омдығ ы ә серінен 2 эВ шамасында сө нетін, электролюминесценцияның спектрінің қ ысқ а толқ ынды аз интенсивті қ ұ раушысын беретін, жалпы токтің те кқ ана аз ү лесі ө теді.

а) б)

3.11 – сурет – Химиялық металлмен отырғ ызылғ ан КК/Si-n ЭЛ қ ұ рылымынң спектрі: a) 0, 2 (1) жә не 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 арқ ылы орнығ удың ү лкен емес тогі ө теді. Кері араласудың ұ лғ аюы екі диэлектрик барьерлермен люминофора кристаллдағ ы ұ қ сас қ ос инжекция оксидті барьері арқ ылы квантты-ө лшемді кремнийлі кристаллдағ ы тасымалдағ ыштың қ ос инжекциясына алып келеді. Гетероө тпеге зоналардың инверсиясы ә серінен жартылай ө ткізгіштерден саң ылаулар инжектирленеді, ал электрондар – металл контактілерінен. Жұ қ а оксидті барьерлер, баяу ЭЛ қ ұ раушыларын қ амтамасыз ете, саң ылаулар мен электрондар ү шін «қ алталарды» тү зеді. ЭЛ спектрлері химиялық отырғ ызылғ ан металлдармен қ апталмағ ан, иондалғ ан кристаллиттердің жиынтығ ымен анық талады, жә не КК фотолюминесценция спектрімен сә йкес келеді (3.11 б суретін қ араң ыз).

[19] авторлары ЭЛ (қ ызыл жарқ ырау) 5–10 В кернеулерде жә не бірнеше миллиампердегі ток кезіндегі тура араласу кезіндегі Al/КК/Si-p/Al қ ұ рылымды торцта бақ ылады. Берілген кернеудің ө суімен сә улелену энергиясы ө сті, тү сі сары-қ ызғ ылт болды. Кері араласу кезінде ЭЛ араласуы туындамады. Тура токтан ЭЛ IEL интегральді интенсивтіліктің тә уелділігі квадратты болды (3.12 сурет), ол сә улелену рекомбинациясының биполярлы сипаттына кө рсетеді.

 

3.12 – сурет – Тура бағ ыттаудағ ы токтан ЭЛ интенсивтілігінің тә уелділгі [19]

 

[19] авторларының ойы бойынша, ПК –дағ ы Si-p –дан саң ылаулардың инжекциясы ө теді, электрондарда кремнийлі нанокристаллиттердің потенциальді шұ ң қ ырларындағ ы сә улелену рекомбинациясынан КК-ғ а.

[20]-да Au/КК/Si-p/Al қ ұ рылымның ЭЛ зерттеу ұ сынылғ ан, КК қ абық ша 10-3 М концентрациясымен AuCl3 сулы ерітіндіден алтынмен легірленген. Зерттеу негізінде дайындалғ ан қ ұ рылым ВАХ авторлары былай деп тұ жырым жасайды, легірленген алтынмен КК-ге ө ткізгіштік кремнийлі крситаллиаттардың жә не алтндардың қ оспасы бойынша орындалады. Электролюминесценция оның полярлылығ ынан тә уелсіз 40 В кернеу кезінде туындады. ЭЛ интенсивтілігі, Si-p-ғ а оң кернеулер қ ойылғ анда ү лкен болды. [20] авторлары, ЭЛ алтын қ абық шаларының жарқ ырауымен негізделген деп ойлайлы, себеі жарқ ырау интенсивтілігі ПК қ уатының қ абық шасына пропорциональді. Тек қ ана кремнийлі нанокристаллдарғ а ие, ПК/Si-p/Al легірленген емес қ ұ рылымдарда ЭЛ бақ ыланбады.

Al/ПК/Si-n қ ұ рылымының ЭЛ зерттеу ү шін Шоттки барьерінің кері араласуы кезінде, ПК жә не металл контактісіне тү зілуде, жарық сә улелендіру диодты қ ұ рылымы анодты электрохимиялық тотығ у ә дісімен 0, 01 Ом·см кедергімен n-типті кремнийлі тө семелерге жарық шашырату диодты қ ұ рылымы қ алыптанды [21]. ПК қ абық шасының бетіне алюмний қ абық шасын отырғ ызды, одан кейін алюминийдің ернеулі электрохимиялық анодирлеуі жә не фотолитография операциясының кө мегімен 0, 3 ауданмен металл электродтарын қ алыптады (3.12 а сурет). Шоттки кері аралас барьері кезіндегі J ө суімен J ток тығ ыздығ ынан ЭЛ IEL интенсивтілігінің алынғ ан иілісінің тә уелділігі ө згереді (3.13 б сурет).

Ток тығ ыздығ ынан ЭЛ интенсивтілігінің сызық сыз тә уелділігін тү сіндіру ү шін заряд тасымалдаушылардың ү лгілеуі жү ргізілді жә не олардың лавинді босатудың тә ртібіндегі бар заряд тасымалдаушылардың рекомбинациясы – генерация негізгі механизмдерінің есебімен зерттелетін қ ұ рылымдағ ы олардың сә улелену рекомбинациясы жү ргізілді [21].

Al/КК/Si-n қ ұ рылымының электрлік жә не сә улелену сипаттамасын ү лгілеу кезіндегі КК/Si-n бө лімнің шегіне тасымалдаушылардың лавинді кө бейткіш эффектісі ескерілді. Қ ұ рылым арқ ылы ө тетін, толық токтің мә ні, негізінен тө семедегі КК-ден электрондардың ағ ынымен анық талады. Осы кезде ішкі араласудан ток тә уелділігі екі аумақ пен сипатталады: Осы кезде ішкі араласудан токтің тә уелділігі екі аумақ пен сипатталады: осы кезде ішкі араласумен V < 0, 8 В электронды ток электрондардың диффузиясымен анық талады, ал V > 0, 8 В кезінде, ПК/Si-n бө лімінің шектеріне туатын, 0, 8 В потенциальді барьерлермен шектелген ішкі араласуғ а дейінгі ағ атын, дрейферлік токка ие. V < 3 ішкі араласуу кезіндегі КК/Si-n шекарасына ОПЗ-ғ а ток саң ылауы тө семеден дрейфпен жә не саң ылаулардың диффузиясымен анық талады, ал жоғ арыда осы мә н – саң ылауларының концентрациясы КК/Si-n [21] лавинді электрондардың кө беюімен анық талады.

 


 

а) б)

3.13 – сурет – Кеуекті кремнийге жарық сә улелендіру диодының қ ұ рылымы (a) жә не (б) қ ұ рылымдары арқ ылы ток тығ ыздығ ынан электролюминесценциясының интенсивтілігінің тә уелділігі [21]

 

КК-дегі нанокриссталдардың ә ртү рлі концентрациясының ү шін борпылдақ ты кремнийдің қ ұ рылымы арқ ылы ток тығ ыздығ ынан тә уелді ЭЛ интенсивтілікті ү лгілеу нә тижелері 3.13 суретте, а [21] келтірілген. 3–4 В ішкі араласуғ а сә йкес, 1А/ ток тығ ыздығ ы аумағ ында, негізгі заряд тасымалдаушылардың қ ыздырылуы есебінен саң ылаулы токтің бірден ө суі бақ ыланады – лавинді кө бею ү рдісіндегі іске асатын электрондар.

Осы кезде сонымеен қ атар негізгі емес заряд тасымалдаушылар – саң ылаулар генерацияланады. Сол ү шін токтан IEL тә уелділігі сызық тық болады, яғ ни саң ылаулы то электронды мә ніне жетеді (3.13 а суретті қ араң ыз). Ішкі араласудың ары қ арайғ ы ө суі нанокристаллиттердегі заряд тасымалдаушылардың инжекциясының ұ лғ аю кезіндегі оже-ү рдістердің интенсивтілігінің ұ лғ аю нә тижесіндегі сә улелі рекомбинацияның салым тө мендеуі есебіне қ анығ у IEL тә уелділігі ө тпесіне келеді [21].

 

а) б)

Сурет – Al/КК/Si-n (a) қ ұ рылымы арқ ылы ток тығ ыздығ ынан ЭЛ интенсивтілігінің тә уелділігі жә не КК 1018 (1), 1016 (2), 1014 (3) жә не 1013 (4) см-3 қ абыршық тағ ы нанокристаллдардың концентрациясы кезіндегі ток тығ ыздығ ынан [13] (б) сә улелі рекомбинацияның тә уелділігі

 

[21]-те сонымен қ атар нанокристаллдардың концентрациясының ұ лғ аюы кезіндегі сә улесіз оже-рекомбинациясынң салымының ұ лғ аюы есебінен ток қ ұ рылымы арқ ылы ө тетін ө суімен рекомбинацияның тө мендеу тиілігі ескеріледі.

КК-дағ ы нанокристаллиттердің ә ртү рлі концентрациясы ү шін ток тығ ыздығ ынан η сә улелі рекомбинацияның тиімділігінің ү лгілеу нә тижелерінен, ПК-дағ ы нанокристаллиттердің санының ө суі, электронды-саң ылаулы қ осақ тан тұ ратын, нанокристаллиттердегі ү шінші тасымалдаушының тү су ық тималдығ ын тө мендету нә тижесіндегі сә улелі рекомбинацияның тиімділігін ұ лғ айтады.

Температураның тө мендеу сондай ақ электрондар мен саң ылаулардың жағ ыдайындағ ы тиімді тығ ыздық тың тө мендеуі есебіне оже-рекомбинациялардың ық тималдығ ын тө мендетеді. Содан басқ а, температура тө мендету кезінде заряд тасымалдаушының белсенді алу темпінің нә тижесінде кең тыйым салынғ ан аумақ пен (2нм артық) ү лкен шамалы нанокристаллиттердегі сә улесіщ оже-рекомбинацияның салымы тө мендейді [21].

[22] –де КК жә не фотодиод негізіндегі лавинді жарық диодтан тұ ратын оптоэлектронды қ осақ қ арастырылады (3.14 сурет). Осы кезде фотодиод жә не жарық одиод титанның легірленген оксидімен, алюминий оксидінен толқ ынды бір бірімен оптикалық байланысқ андар. Тасқ ынды жарық диод алюминийлі электрод жә не КК қ абық ша арасындағ ы Шоттки контактілерінің негізіне қ алыптанғ ан.

Егер 3.14 суретте келтірілген диодтардың бірі, тасқ ынды ойық 5 В кернеуден асатын болса, кері араласуғ а ие, онда осы диод жарық ты шағ ылдырады. Екінші диод 5В тө мен кері аралс кезінде жарық сезімтал қ асиетке ие жә не бірінші диодтың жарық ты дабылын қ абылдауғ а қ абілетті. Жарық ты ауытқ уды жә не жарық диодтарының ішкі квантты тиімділігінң зерттеуі стационарлы тә ртіп сияқ ты, сондай-ақ кіріс дабылдарының импульстерінің ә ртү рлі ұ ң ғ ымалары кезіндегі 10 Гц-тан 1 кГц-ке дейінгі жиілікте импульсті болып жү ргізілді[22].

 

а) б)

3.15 – сурет – Кремнийлі интегральді оптоэлектронды ұ яшық тың кө лденең қ имасы (бағ дарлармен сулы бойынша жарық таралуы кө рсітілген) (a) жә не оптоэлектронной пары (б) интегралды оптоэлектронды қ осық тың эквивалетті сұ лбасы [22]

 

Қ арастырылғ ан оптоқ осақ та толық гальваникалық шешім, сондай-ақ бірдей кремнийлі тө семеге орнатылғ ан екі диодтың тура болмайтын аралас Шоттки кері диодтарының электрлік оқ шаулауы қ амтамасыз етілмейді. Алайда, гальваникалық байланыстың ток бағ ыты жарық сезімтал диодтың тогіне қ арама қ арсы, яғ ни белгілі бекітуге болады, кері бағ ыттағ ы фотодетектор тогі жарық диодтің жарық ты дабылымен туғ ызылғ ан. Одан басқ а, фотодетектор дабылы, зерттелетін импульстердің ұ зақ тылығ ына сә йкес келетін, м диапазонда уақ ытша миллисекундта тіркелді. Бұ л ұ зақ тылығ ы микросекундтың бірлігін қ ұ райтын, паразитті сыйымдылық ты токтардан кіріс дабылын алыстатуғ а мү мкіндік берді [22].

3.15 суретте жарық диодтың ә ртү рлі араласу тә ртібі кезіндегі жарық диодтің кіріс токінен фотодетектор арқ ылы кіріс токінің тә уелділігі ұ сынылғ ан. Бұ л тә уелділік кіріс токтарының ү лкен мә ні кезіндегі сызық тық қ а квадратты ө тпесіне жуық [22]. Жарық диодінің тогына фотодиод токінің қ атынасы жарық диодтің ішкі квантты тиімділігінің минимальді мә ні сияқ ты авторлармен қ арастырылды. 3.15 суретте (1 қ исық) жарық диодтарының жұ мыстарының ә ртү рлі тә ртіптері кезіндегі кіріс токтан зерттелетін жарық диодтардың ішкі квантты токтарының тә уелділігі кө рсетілген.

3.15 суреттен максимальді квантті тиімділік 1, 4 % 100 импульстердің ұ ң ғ ымалығ ы кезінде бақ ыланды. Нақ ты осы жағ ыдайда жарық диодтары кіріс токтарының максималді амплитудасы кезінде жұ мыс жасауғ а қ абілетті. Алайда жұ мыс токінің ө суімен квантті тиімділіктің ө сі шектелген. Осы кезде қ анығ у аумағ ына шығ ыс қ ыздырылғ ан диодтың термиялық қ ыздырылуымен байланысты.

3.16 – сурет – Ә ртү рлі қ орек тә ртібіндегі кіріс токтарының амплитудасынан фотодетектордың шығ ыс тогінің (2) жә не зерттелетін жарық диодтарының ішкі квантты тиімділігінің тә уелділігі (1) [22]

 

Токтің ө суімен тасқ ынды жарық диодтарының тиімділігінің ө суін [22] авторлары біршама жоғ ары кернеу кезіндегі соқ қ ылы иондау біршама тиімді ү рдіспен тү сіндіреді, осы сұ лбалы зоналы диаграммада кө рсетілген (3.16, a сурет). Осы уақ ытта жарық диодтардағ ы токтің ұ лғ аю уақ ыты температураның ө сіміне алып келеді, ол, ө з кезегінде, фондардағ ы шағ ылғ ан жә не торлы ұ рмалылардан электрондардың еркін жү ру ұ зындық тарын қ ысқ артады (3.16, б сурет). Оже-рекомбинацияның сә улесіз ү рдістерімен қ атар фондарғ а энергияның шашырауы электролюминесценция тиімділігін тө мендетеді.

[22]-да жарық сә улелену тетігінің сапасы кремнийлі нанокристаллдардағ ы электронды саң ылаулы зона аралық рекомбинация деп аталады. Ұ қ сас ү лгі сонымен қ атар [17], [19] жә не басқ а жұ мыстарда ұ сынылады.

Тасқ ынды жарық диодтардың ішкі квантты тиімділігінің ұ лғ аюы зерттелетін қ ұ рылымдардағ ы жылу шығ ару жақ сарту есебінен қ ол жеткізілді [22]. Алюминийлі электродтың аумағ ының тө мендеуі тұ рақ ты токта квантты тиімділікке жеткізуге 0, 7 % мү мкіндік берді. Жұ мыстың импульсті тә ртібін пайдалану сонымен қ атар жылу алмасуды жақ сартуғ а жә не ішкі квантты тиімділікті 1, 4 %-ғ а жеткізуге мү мкіндік берді.

 

а) б)

3.17 – сурет – T 1 (a) < T2 (б) ә ртү рі жұ мыс температурасындағ ы металл/КК кері аралас контактінің зоналық диаграммасы[22]

 

[22] авторлары, КК негізіндегі тасқ ынды жарық диодтары ішкі оптикалық ө зара жалғ асқ ан интегральді микро сұ лба негізінде қ ұ ру ү шін перспективті элементтер сияқ ты қ арастырылуы мү мкін деп есептейді.

Олай болса КК/Si барьерлі қ ұ рылымы жарық сә улелендіру диодтарын қ ұ ру ү шін пайдаланылуы мү мкін. Осы қ ұ рылымдардағ ы бақ ыланатын электролюминесценция кремнийлі нанокристаллиаттардағ ы олардың сә улелендіру рекомбинациясымен жә не КК-дегі заряд тасымалдаушылардың инжекциясымен анық талады [20]. КК қ абық шасының ө сімі ү шін тө семе сапасындағ ы ЭЛ біршама тиімділігін алу ү шін n-типті жоғ ары омды кремнийді пайдаланғ ан жө н [20]. КК қ ұ рылым негізінде қ ұ рылғ ан ЭЛ тиімділігі қ азіргі уақ ытта тә жірибелік пайдалу ү шін жеткіліксіз,

10% кем, алайда КК негізіндегі ЭЛ қ ұ рылымының сипаттамасын жақ сарту маң ызды тапсырма болып табылады, яғ ни ол жарық сә улелену қ ұ рылымы ө ндірісіндегі кремницлі технологияның артық шылығ ын пайдаланылуғ а мү мкіндік береді.

 

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.