ТЕМПЕРАТУРНО-ЗАВИСИМЫЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР N-GAAS–P–(ZNSE)1-X-Y(GE₂)ₓ(GAAS1-ΔBIΔ)ᵧ

Аннотация

В работе представлены результаты исследования температурно- зависимых вольт-амперных характеристик многокомпонентных гетероструктур n-GaAs–p–(ZnSe)₁₋ₓ₋ᵧ(Ge₂)ₓ(GaAs₁₋δBiδ)ᵧ в диапазоне температур 30–150 °C. Показано, что с повышением температуры наблюдается существенный рост тока, обусловленный увеличением концентрации и подвижности носителей заряда, а также снижением высоты потенциального барьера. Анализ ВАХ выявил, что при низких температурах доминирует термическая активация, а при высоких — термоэлектронная эмиссия и инжекционные процессы. Установлено, что исследуемые структуры обладают высокой температурной чувствительностью, что делает их перспективными для применения в высокотемпературной электронике и сенсорных устройствах. Ключевые слова: n-GaAs, p–(ZnSe)₁₋ₓ₋ᵧ(Ge₂)ₓ(GaAs₁₋δBiδ)ᵧ, гетероструктуры, вольт- амперная характеристи- ка, температурная зависимость, термическая активация, термоэлектронная эмиссия, опто-электронные приборы, высокотемпературные сенсоры. Полупроводниковые соединения группы A³B⁵ с широкой запрещённой зоной рассматриваются как перспективные материалы для создания оптоэлектронных устройств, функционирующих в среднем и дальнем инфракрасном (ИК) диапазонах спектра. В настоящее время ведутся масштабные исследования по разработке и изучению различных электронных приборных структур на основе InSb, InAs, GaSb, GaAs и их твёрдых растворов [1–3]. Среди этих материалов особый интерес представляют соединения GaAs и его сложные твёрдые растворы (GaAs) (Ge₂)ₓ(ZnSe)ᵧ, что 1-x-y обусловлено, в частности, высокой подвижностью электронов и дырок в этих системах [4–6]. Указанное свойство делает такие материалы весьма подходящими для создания высокоскоростных оптоэлектронных приборов. Кроме того, твёрдые растворы (GaAs) (Ge₂)ₓ(ZnSe)ᵧ 1-x-y позволяют за счёт варьирования составных параметров x и y в широком 85 THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF PEDAGOGICAL SCIENCES International scientific-online conference диапазоне регулировать спектральную чувствительность приборных структур от 1,1 до 2,65 эВ [7]. В данной работе исследованы температурно-зависимые вольт- амперные характеристики (ВАХ) гетероструктур на основе многокомпонентной системы n-GaAs–p–(ZnSe) (Ge₂)ₓ(GaAs Bi )ᵧ 1-x-y 1-δ δ Измерения проводились в температурном диапазоне от 30 °C до 150 °C (см. рисунок 1). Как видно из графика, с увеличением температуры ток, протекающий через структуру, существенно возрастает. Это явление объясняется увеличением концентрации носителей заряда внутри структуры, а также ростом их подвижности при повышении температуры. Исследуемые структуры состоят из двух основных полупроводниковых слоёв: n-GaAs (донорный компонент) и p–(ZnSe) (Ge₂)ₓ(GaAs Bi )ᵧ 1-x-y 1-δ δ (акцепторный комплексный слой). В подобных многокомпонентных структурах благодаря строгому контролю состава формируется характерное поведение ВАХ. . Рисунок 1. Типичные вольт-амперные характеристики многокомпонентных гетероструктур n-GaAs–p–(ZnSe) (Ge₂)ₓ(GaAs 1-x-y 1- Bi )ᵧ, измеренные при различных температурах: δ δ 1 – 30 °C, 2 – 50 °C, 3 – 70 °C, 4 – 90 °C, 5 – 110 °C, 6 – 130 °C, 7 – 150 °C. Анализ вольт-амперной характеристики: При температуре 30 °C в структуре наблюдается выраженный потенциальный барьер, вследствие чего ток имеет низкое значение. Это связано с ограниченностью туннельного эффекта, низкой концентрацией носителей заряда и относительно слабой их подвижностью. С повышением температуры кривые ВАХ становятся более крутыми, что 86 THEORETICAL ASPECTS IN THE FORMATION OF PEDAGOGICAL SCIENCES International scientific-online conference свидетельствует об активации рекомбинационных и инжекционных процессов. В диапазоне напряжений от 0,1 до 3 В наблюдается подчинение токо-напряжностной зависимости закону J ~ Vα (α ≈ 2), что указывает на преобладание дрейфового механизма транспорта носителей заряда. При более высоких напряжениях резкое увеличение тока обусловлено инжекцией носителей заряда в проводящий слой [8]. Физико-механизмы, обусловленные температурным воздействием: В интервале температур 30–90 °C рост тока носит экспоненциальный характер, что свидетельствует о работе структуры в режиме термической активации. При 110–150 °C наблюдается усиление роста тока, на этом этапе преобладают термоэлектронная эмиссия и вклад свободных носителей, генерируемых за счёт теплового возбуждения. Повышение температуры приводит к снижению высоты потенциального барьера, что облегчает процесс инжекции носителей. Вывод: Вольт-амперные характеристики многокомпонентных гетероструктур n-GaAs–p–(ZnSe) (Ge₂)ₓ(GaAs Bi )ᵧ демонстрируют их высокую 1-x-y 1-δ δ чувствительность и адаптивность к повышенным температурам. Такие структуры представляют интерес для применения в высокотемпературной электронике, термоэлектрических датчиках и диодных элементах с повышенной точностью. Температурно-зависимое изменение тока делает данные структуры перспективными для использования в качестве эффективных термочувствительных или высокотемпературных сенсорных элементов. Использованная литер