THE EFFECT OF X-RAY RADIATION ON THE CHARACTERISTICS OF PO-ROUS SILICON BASED PHOTOSENSITIVE STRUCTURES

Full Text

Введение

В работе [1] приведен анализ влияния факторов открытого космоса на характеристики ФЭП на основе структур с пористым кремнием. Показано, что испытуемые структуры обладают хорошей радиационной стойкостью [1, 2]. Это можно объяснить тем, что в пористом слое происходит локализация групп радиационных дефектов, их рекомбинация с возможностью выхода на поверхность и накопление носителей заряда.

            Целью данной работы было исследование влияния рентгеновского излучения на свойства аналогичных фоточувствительных структур. Электромагнитное излучение рентгеновского диапазона является неотъемлемой частью космических лучей и существенным воздействующим фактором открытого космоса.

Условия и методы исследования

Были изготовлены 6 образцов по одинаковой технологии на кремниевых подложках с текстурированной поверхностью (рис.1). В результате травления текстурированной поверхности пористый слой представляет собой систему параллельных столбиков с четырехгранными пирамидальными вершинами, отделенных друг от друга щелевидными порами. Травление по глубине идет достаточно равномерно, образуя систему вертикальных параллельных пор глубиной в десятки микрометров. Такая структура имеет расширенную поглощающую поверхность, в то же время электрическое сопротивление поверхностного слоя увеличивается незначительно [3]. Облучение образцов проводилось на установке «ДРОН-2», использовалось излучение кобальтового катода с длиной волны 0,179 нм, энергия облучения 6.9 кэВ. Вольт-амперные характеристики измерялись до и после облучения, по полученным данным рассчитывалась отдаваемая мощность.

 

Рисунок 1. РЭМ-изображение текстурированной поверхности и схема образования щелевидных пор.

 

 

Результаты и их обсуждение

             Большинство образцов увеличило свой ток короткого замыкания от 2.0 до 4.1 раз после облучения.  Это можно объяснить тем, что в пористом слое происходит образование дефектов, в основном пар Френкеля, на нескольких дефектных центрах, в которых происходит рекомбинация дефектов с последующим выходом из объема образца. В глубине образца из-за накопления дефектов скапливаются носители заряда, вносящие вклад в ток к.з.

 

   

Рисунок 2. Графики ВАХ (слева) и зависимости отдаваемой мощности от напряжения (справа) для  5 образца. Синие линии соответствуют значениям тока и мощности до облучения, розовые - после облучения.

По графикам (рис.2) видно, что ток короткого замыкания на 5ом образце. увеличился в 4.1 раза, максимальная отдаваемая мощность – в 4,7 раза

Приведена таблица с значениями плотности тока к.з. до и после облучения.

 

Таблица 1. Параметры образцов до и после облучения

№	П, %	Доза*10^-12, Дж/кг	Плотность тока до облучения, мА/см^2	Плотность тока после облучения, мА/см^2	Отношение плотностей тока после и до облучения
1	60,2	2.94	1.5	3.0	2.0
2	15,6	2.30	1.9	7.0	3.7
3	16,2	2.35	23.9	7.0	0.29
4	14,2	2.24	6.4	6.3	0.9
5	15,7	1.58	1.9	7.8	4.1
6	31,5	1.48	3.5	8.6	2.5

 

По данным таблицы можно предположить, что существует зависимость между пористостью образца (П – пористость) и ростом тока к.з. после облучения. На рисунке 3 представлена экспериментальная зависимость увеличения тока к.з. от пористости. Видно, что с ростом пористости увеличение тока к.з. после облучения становится менее значительным. Исключение составляют две самых нижних точки на графике относятся к сломанным образцами 3 и 4, для них отношение токов выпадает из общей зависимости. Наибольшее увеличение тока к.з. получили образцы с пористостью 15.6% и 15.7%.

Рисунок 3. Зависимость изменения тока к.з. от пористости образца

 

Заключение

После облучения Co c эн. 6.9 кэВ для большинства исследуемых образцов наблюдается увеличение тока короткого замыкания, что согласуется и с данными телеметрии образцов ФЭП, проходящих испытания в открыт ом космосе [1]. и   ранее полученными данными о влиянии жесткого рентгеновского излучения на фотоэлектрические характеристики структур с пористым кремнием [4]. 

About the authors

Aleksey Sergeevich Erofeev

Samara University

Author for correspondence.
Email: a.yerofyeyev@mail.ru

student IV course of the bachelor’s program of Samara University

Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

Natalya Vilenovna Latukhina

Samara University

Email: natalat@yandex.ru

professor of the Solid State Physics and Nonequilibrium Systems Department of the Samara University

Russian Federation, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

Supplementary files