Электронная подвижность в Hg_{1- x} Cd_x Te (в см² /(В • с)) в диапазоне составов 0.2 < х < 0.6 и при температурах Т > 50 К может быть аппроксимирована как

_е =с

Где г=(0.2/х)^0,6 , s = (0.2/x)^7.5 .

Используют следующую эмпирическую формулу подвижности _е для слаболегированного материала n-типа:

_е =9х10⁴ (me; T)^-3/2 . (13)

Эта формула может быть связана с формулой подвижности для рассеяния на ионизированной примеси при приблизительной оценке зависимостей _е с изменением состава х и уровня легирования полупроводника при температуре >77 К. Предлагают эмпирическую формулу (действующую в диапазоне составов 0.18 < х < 0.25) для изменения подвижности _е с изменением х при 300 К для самых высококачественных материалов:

_е =10⁴ (8.754х-1.044)^-1 см² /(В•с). (14)

Значения подвижности дырок при комнатной температуре изменяются в диапазоне от 40 до 80 см² /(В • с), температурные зависимости относительно слабы. Дырочная подвижность при температуре 77 К на порядок выше, чем при комнатной температуре. При моделировании фотоприемников ИК-излучения обычно полагают, что дырочная подвижность вычисляется при предположении, что отношение подвижностей электрона и дырки b= m_e / m_h постоянна и равна 100.

Оптические свойства

Оптические свойства HgCdTe исследованы, главным образом, при значениях энергии порядка ширины запрещенной зоны. Коэффициент поглощения при оптической генерации носителей может быть рассчитан в рамках модели Кейна, включая сдвиг Мосса–Бурштейна. Легирование полупроводника примесью р-типа увеличивает поглощение благодаря снижению заполнения зоны.

До сих пор появляются значительные несоответствия между известными данными относительно значений коэффициента поглощения. Это вызвано различными концентрациями собственных дефектов и примесей, неравномерным составом и легированием, неоднородностью толщины образцов, механическими деформациями и различными способами обработки поверхности. В высококачественных образцах измеренное поглощение в коротковолновой области спектра находится в хорошем согласии с рассчитанным по модели Кейна, в то время как на длинноволновой границе появляется экспоненциальный хвост. Наличие хвостов зон увеличивается из-за собственных точечных дефектов, примесей и других нарушений в кристалле:

см-¹ , (15)

где Е выражено в электрон-вольтах, Т – в Кельвинах, Т₀ = 81.9,

Е₀ = -0.3424 + 1.838x + 0.148x² , =3.267 х 10⁴ (1 + х) и ₀ = exp(53.61x– 18.88). Наилучшее согласие с моделью Кейна достигается в области E_g = E(= 500 см^-1 ). Точка перехода между областью, описываемой моделью Кейна, и экспоненциальным хвостом при температуре 300 К находится при t = 100 + 5000x. Значительное поглощение HgCdTe ниже границ поглощения может быть связано с внутризонными переходами как в зоне проводимости, так и в валентной зоне, а также с переходами между подзонами валентной зоны.

Измерение поглощения является, возможно, наиболее общим стандартным методом для определения состава и его распределения в объемных кристаллах и эпитаксиальных слоях. Как правило, для толстых (>0.1 мм) образцов используется уровень поглощения 0.5 или 1% для верхней граничной длины волны, для более тонких образцов – различные методы.

Состав эпитаксиальных слоев обычно определяется из значения длины волны, соответствующей половине максимального пропускания 0.5Т_{m ах} . Определение состава может быть затруднено наличием градиента состава по толщине. Измерения коэффициента отражения в ультрафиолетовом и видимом спектрах также используются для определения состава, особенно для характеризации поверхностной области при глубине проникновения 10–30 нм.

Местонахождение ширины запрещенной зоны Eg обычно измеряется по положению максимума коэффициента отражения, а состав рассчитывается из экспериментального выражения

E ₁ = 2.087 + 0.7109x + 0.1421x² + 0.3623x³ . (16)

Сильно влияют на свойства КРТ легирующие примеси

Легирующие примеси

1.5 Выращивание объемных кристаллов КРТ и получение тонких эпитаксиальных слоев КРТ

Для производства ИК-фотодетекторов с высокими характеристиками необходим высококачественный полупроводниковый материал. Основными требованиями, предъявляемыми к материалу, являются: низкая концентрация дефектов, большой размер пластин, однородность и воспроизводимость собственных и примесных свойств материала. Постоянно прогрессируя, производство HgCdTe развивалось от метода выращивания объемных кристаллов из расплава при высокой температуре к методам низкотемпературной жидкофазной эпитаксии и эпитаксии из паровой фазы. Однако стоимость и доступность высококачественного HgCdTe большой площади все еще являются сдерживающими факторами при производстве фотоприемников.

Для успешного производства HgCdTeнеобходимо фундаментальное понимание термодинамики и химии твердого тела.

Обобщенная модель раствора оказалась успешной для объяснения экспериментальных данных и предсказывает диаграмму состояния полной Hg-Cd-Te системы. Предполагалось, что жидкая фаза – это смесь Hg, Те, Cd, HgTe и CdTe. Газовая фаза материала содержит атомы Hg, Cd и молекулы Те₂ . Состав твердотельного материала может быть описан обобщенной формулой

(Hg_{1- x} Cd_x )_{1- y} Te_y . Обычная формула Hg_{1- x} Cd_x Te соответствует псевдобинарному соединению CdTe и HgTe(у =0.5) с полной взаимной растворимостью. Предполагается, что псевдобинарная фазовая область со структурой цинковой обманки в Hg_{1- x} Cd_x Te расширена в область обогащенного Те материала с шириной порядка 1%. Ширина уменьшается при понижении температуры. Следствием подобной формы диаграммы является наличие включений теллура. Излишек теллура из-за вакансий в металлической подрешетке приводит к тому, что чистый материал обладает проводимостью р-типа. Отжиг при низкой температуре (200–300 К) уменьшает концентрацию собственных дефектов (преимущественно акцепторов) и образует неконтролируемый (преимущественно донорный) примесный фон.

Большинство проблем в процессе выращивания кристаллов обусловлены разностью между кривыми солидуса и ликвидуса, приводящей к сегрегации бинарных соединений во время кристаллизации из расплава.Поверхностная сегрегация – это явление изменения состава, структуры и свойств поверхностных слоев атомов вещества в конденсированном состоянии, то есть в твердом или жидком состояниях. Причина поверхностной сегрегации – резкое изменение атомной структуры (уменьшение числа соседних атомов) в поверхности по сравнению с объемом. Вместе с тем у поверхностных атомов остается стремление к достижению минимума свободной энергии. Поэтому явление поверхностной сегрегации охватывает и ряд других явлений: поверхностные реконструкции, релаксации, поверхностные фазы. Коэффициент сегрегации для процесса выращивания из расплава зависит от давления ртути. Серьезные проблемы возникают также при высоких давлениях ртути над псевдобинарным расплавом. Слабая Hg-Te связь приводит