Предложена математическая модель кинетики перезарядки глубоких уровней в запрещённой зоне полупроводника, учитывающая процессы обмена носителями заряда между глубокими уровнями и обеими разрешёнными зонами, которая адекватно описывает неэкспоненциальный характер релаксации ёмкости. Разработан метод определения спектра глубоких электронных состояний, обладающий большей точностью и разрешающей способностью по сравнению с традиционными методами, использующими приближение времени релаксации. Представлены результаты численного эксперимента с использованием предлагаемой в работе модели кинетики перезарядки глубоких уровней в рамках предложенных приближений. Учёт генерационных и рекомбинационных составляющих процесса перезарядки всей совокупности глубоких уровней в запрещённой зоне полупроводника приводит к выводу о том, что кинетика ионизации этих центров, в общем случае, не подчиняется больцмановской статистике. Учёт процессов обмена зарядами между различными глубокими уровнями оказывает существенное влияние на кинетику их перезарядки. Результаты численного анализа показывают, что процесс ионизации глубоких уровней имеет более сложный характер, чем подразумевают стадийные кинетики. Сделан вывод о том, что в большинстве случаев все стадийные кинетики при релаксационной спектроскопии глубокоуровневых центров будут приводить к значительной методологической погрешности в определении параметров. Из результатов численного анализа следует, что плотность поверхностных электронных состояний оказывает существенное влияние в целом на кинетику перезарядки всех глубоких уровней. Проведённый с использованием данной математической модели анализ перезарядки донорных глубоких уровней выявил не только особенности ионизации глубоких уровней в полупроводнике, но и позволил дать ответ на некоторые вопросы, характерные для всей релаксационной спектроскопии глубоких уровней в целом.

глубокие уровни, нестационарная спектроскопия глубоких уровней, кинетика ионизации глубоких уровней

1. Берман Л. С., А. А. Лебедев Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках. Л.: «Наука», 1981. 176 с.

2. Lang D. V. Deep level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors // J. Appl. Physics. 1974. V. 45. № 7. P. 3023–3033. DOI: 10.1063/1.1663719

3. Лебедев А. А. Емкостная спектроскопия глубоких уровней при обмене носителями тока с обеими разрешёнными зонами // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31. № 4. С. 437–440.

4. Татохин Е. А., Буданов А. В., Бутусов И. Ю и др. Емкостная спектроскопия глубоких уровней при обмене носителями заряда между уровнями и обеими разрешенными зонами // Вестник ВГУ. 2008. № 2. С. 60–70.

5. Mandelis A., Xia J. Deep level photothermal spectroscopy: Physical principles and applications to semi-insulating GaAs band-gap multiple trap states // J. Appl. Phys. 2008. № 103. P. 043704–1 – 043704–17. DOI:10.1063/1.2842401

6. Денисов А. А., Лактюшин В. Н., Садофьев Ю. Г. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней. // Обзоры по электронной технике. 1985. № 7. С. 54.

7. Шалимова К. В. Физика полупроводников. учеб. пособие для студентов. М.: «Энергоатомиздат», 1985. 392 с.

8. Гудзев В. В., Зубков М. В., Юлкин А. В. Программно-аналитическая база данных релаксационной спектроскопии глубоких уровней // Вестник РГРТУ. 2011. № 36. С. 75–81.

9. Khan A., Masafumi Y.Deep Level Transient Spectroscopy: A Powerful Experimental Technique for Understanding the Physics and Engineering of Photo-Carrier Generation, Escape, Loss and Collection Processes in Photovoltaic Materials // Solar Cells – New Approaches and Reviews. 2015. DOI: 10.5772/59419

10. БезрядинН.Н., Котов Г.И. , Каданцев А.В. и др. Методика регистрации и анализа изотермической релаксации емкости полупроводниковых гетероструктур // Приборы и техника эксперимента. 2010. № 3. С. 119–122.