HAL Id: jpa-00223042
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Submitted on 1 Jan 1983
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RELAXATION LONGUE DUREE DE LA PHOTOCONDUCTIVITE DANS CdTe
A. Zozime, W. Schröter
To cite this version:
A. Zozime, W. Schröter. RELAXATION LONGUE DUREE DE LA PHOTOCONDUC- TIVITE DANS CdTe. Journal de Physique Colloques, 1983, 44 (C4), pp.C4-189-C4-192.
�10.1051/jphyscol:1983423�. �jpa-00223042�
JOURNAL DE PHYSIQUE
Colloque C4, supplément au n°9, Tome 44, septembre 1983 page C4-189
RELAXATION LONGUE DUREE DE LA PHOTOCONDUCTIVITE DANS CdTe
A. Zozime e t W. Schroter
Laboratoire de Physique des Matériaux, CNRS, 92190 Meudon, France
**IV. Phyaikalisoh.es Institut der UniversittXt, Go'ttingen, E.F.A.
RESUME
D i f f é r e n t s aspects des mesures de p h o t o c o n d u c t i v i t é f a i t e s sur des monocristaux de CdTe sont présentés . Les signaux montrent l ' e x i s t e n c e d'un processus de r e l a x a - t i o n de longue durée. Les spectres s u i v e n t une l o i de v a r i a t i o n du t y p e l o i d'Urbach.
E n f i n , l e s e u i l d ' é n e r g i e correspondant à l a l i m i t e de d é t e c t i o n des signaux mesurés dans CdTe de type n correspond à un niveau profond dans l a bande i n t e r d i t e , associé aux d i s l o c a t i o n s .
ABSTRACT
Some aspects of the photoconductivity measurements on CdTe single crystals are presented. The photosignals show the existence of long time relaxation phenomena.
The spectra follow a law of the type Urbach's law. The energy threshold corresponding to the l i m i t of detection of the signals measured in n-CdTe corresponds to a deep level in the band gap associated to dislocations.
I . CONDITIONS EXPERIMENTALES
Les mesures de photoconductivité ont été réalisées sur des échantillons mono- c r i s t a l l i n s parallélépipédiques de CdTe, o r i entés <123> sel on le grand axe, lequel correspond à la direction d'application de la contrainte pour les échantillons déformés. Deux types d'éclairage des échantillons en lumière hachée ont été mis en oeuvre : selon le grand axe ( f i g . l ) [ 1 ] , ou bien de façon classique ( f i g . 2 ) .
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1983423
JOURNAL DE PHYSIQUE
diaphragme
tef L& \échantillon
Figure 2 : Méthode classique d ' é c l a i r a g e de 1 ' é c h a n t i l l o n C l a s s i c a l i l l u m i n a t i o n o f t h e sample.
Deux types de matériaux o n t é t é t e s t é s : CdTe dopé au phosphose, de type p
15 -3 15 -3
( p = 5 x 10 cm ) , e t CdTe de t y p e n ( n = 2 x 10 cm ) tous deux obtenus par l a méthode I3ridgmannR.
I I . SIGNAL DE PHOTOCONDUCTION. RELAXATION DE LONGUE DUREE
Les mesures o n t é t é f a i t e s en régime de lumière découpée,à l a fréquence 1 Hz, pour des énergies E des photons i n c i d e n t s v a r i a n t de 0,08eV à 1,6eV.
Les signaux de photoconduction obtenus présentent l a c a r a c t é r i s t i q u e commune de ne jamais a t t e i n d r e de p a l i e r de s a t u r a t i o n . Un e f f e t de r e l a x a t i o n longue durée de l a p h o t o c o n d u c t i v i t é e s t observé, e t e s t m i s en évidence sur l e s f i g u r e s 3 e t 4 où l e s signaux o n t é t é e n r e g i s t r é s en régime c o n t i n u d ' é c l a i r a g e (ou de non é c l a i - rage).
1 0 -
échantillon éclairé
30 T E M P S ( h)
F i g u r e 3 : Signal e n r e g i s t r é s u r CdTe Figure 4 : Signal e n r e g i s t r é s u r CdTe de de type p , non déformé, à l a ternpéra- type n, non déformé, à 79 K.
t u r e ambiante. S i g n a l r e c o r d e d on n-CdTe, undeformed, S i g n a l r e c o r d e d o n p-CdTe, undeformed, a t 79 K.
a t room t e m p e r a t u r e .
Ces signaux sont décomposables en deux ou t r o i s e x p o n e n t i e l l e s , selon l e cas, d o n t l e s constantes de temps l e s p l u s élevées s o n t de l ' o r d r e de 20 sec dans l e cas
de l a f i g u r e 3, e t de l ' o r d r e de 1 à 2 h dans l e cas de l a figure 4 . Les ordres de grandeur de ces constantes de temps sont en r e l a t i o n avec l a température.
Cet e f f e t de relaxation longue durée de l a photoconductivité a déjà é t é observé dans c e r t a i n s semiconducteurs présentant une d i s t r i b u t i o n non hcmogène d'impuretés ou de défauts introduits par dopage, i r r a d i a t i o n neutronique, ou par introductionde
dislocations, y ccmpris des dislocations créees par déformation plastique. Ces matéri aux présentent des barri ères de potentiel macroscopiques ( f i g . 5 ) . Les niveaux d'énergie associés aux défauts sont profonds dans l a bande i n t e r d i t e .
I barriere de
potentiel I l s se chargent par capture des porteurs
majoritaires s i tués dans 1 ' environnement non perturbé du noyau de défauts. I l en 'Figure 5 : Modèle pour u n matériat
de type n .
Mode1 f o r an n-tvue material.
r é s u l t e autour de ce noyau une région déplétée de charge de signe opposée à
-A
ce l l e du noyau.
L ' i n j e c t i o n de porteurs minoritaires perturbe l a barrière de p o t e n t i e l , e t des temps t r è s longs peuvent ê t r e nécessaires au rétablissement de son é q u i l i b r e , puis- que l a charge du noyau d o i t ê t r e r é t a b l i e par capture de porteurs majoritaires à t r a v e r s l a barrière de p o t e n t i e l . A basse température seule une p e t i t e f r a c t i o n des porteurs majoritaires possède une énergie s u f f i s a n t e pour franchir l a b a r r i è r e de potentiel e t ê t r e piégée [2].
I I I . SPECTRES DE PHOTOCDNDUCTIVITE
La variation de l'amplitude du signal de photoconductivité en fonction de l ' é n e r g i e des photons incidents e s t représentée sur l a f i g u r e 6, pour CdTe de typen, non déformé e t déf orné.
Les spectres de l a f i g u r e 6 suivent une variation l i n é a i r e , du type de l a l o i diUrbach donnant l a variation du c o e f f i c i e n t d'absorption: n = exp -(Ea
-
hV)/K Les courbes 1 e t 2 donnent pour K une valeur de l ' o r d r e de 20 eV (dans la zone 1,2 - 1,35 eV).Une autre c a r a c t é r i s t i q u e importante e s t , dans l e cas de l a courbe 2, l ' e x i s - tence d'un seuil de détection du siqnal de photoconduction s i t u é à 0,820 eV,corres- pondant à u n niveau urofond dans l a bande i n t e r d i t e . Dans l e cas de l a courbe 1.
l'amplitude du signal de photoconduction é t a n t notablement plus f a i b l e ( à cause dela' géométrie de 1 ' é c h a n t i l l o n ) , i l n'a pas é t é possible de f a i r e demesures au del5 de*lt2eV.
C4-192 JOURNAL DE PHYSIQUE
Ce niveau profond e s t à rapprocher du niveau mesuré en DLTS p a r F. GELSDORF [31 sur du CdTe de t y p e n, e t associé aux d i s l o c a t i o n s : Ec
-
0,723e~(f0,28 eV). Compte tenu d'une énergie de bande i n t e r d i t e de 1,529 eV à l a température ambiante, l e niveau 0,820 eV déterminé en photoconduction correspond, aux e r r e u r s de détermina- t i o n près, à une t r a n s i t i o n bande de valence-
niveau associé aux d i s l o c a t i o n s . Par a i l l e u r s , F. GESLDORF a pu i n t e r p r ê t e r l e s v a l e u r s de l a c o n c e n t r a t i o n de d é f a u t s a c t i f s déterminées en DLTS, p a r l ' e x i s t e n c e d'un nuage de défauts ponctuels entou- r a n t 1 a d i s l o c a t i o n .F i g u r e 6 : Spectres de p h o t o c o n d u c t i v i t é ( r e l e v é s à l a température ambiante).
Courbe 1 : CdTe t y p e n, non déformé, (mode c l a s s i q u e d ' i l l u m i n a t i o n ) . Courbe 2 : CdTe t y p e n, E = 0,5 % (déformation à l a température
ambiante) ( é c l a i r a g e a x i a l ) .
Photoconductivity spectra (measured at room temperature).
Curve 1 : n-CdTe, undeformed, (classical illumination).
Curve 2 : n-CdTe, E = 0.5 % (deformation at room temperature) (axial illu~ination).
I V . CONCLUSION
T r o i s c a r a c t e r i s t i q u e s du CdTe o n t é t é d é c r i t e s : l a r e l û x a t i o n longue durée de 1 a p h o t o c o n d u c t i v i t é de c e matériau, l e s spectres de p h o t o c o n d u c t i v i t é s u i v a n t l a l o i dlUrbach, un s e u i l d ' e x i s t e n c e du s i g n a l de photoconduction dans CdTe de t y p e n c o r - respondant à un niveau profond dans l a bande i n t e r d i t e , associé aux d i s l o c a t i o n s , e t aux nuages de d é f a u t s ponctuels l e s entourant. Le problème se pose d'une é v e n t u e l l e c o r r é l a t i o n e n t r e ces d i f f é r e n t s r é s u l t a t s .
REFERENC ES
C l ] A. ZOZIME, W. SCHROTER
C r y s t a l Research and Technology
16,
2, 1981, pp 183-6 [21 B.L. GREGORYAppl. Phys. L e t t .
-
16, 2, 15 Janv. 1970 131 F. GELSDORFThèse de Doctorat, Gottingen (RFA), 1983
