Laser-Induced Modification of the Morphology and Defect Structure of Heterostructures Based on Detector-Grade CdTe Crystals

Abstract

Процеси лазерного маніпулювання дефектно-домішковою системою та лазерної трансформації морфології кристала дозволили підвищити детектуючі властивості структур на основі CdTe з бар’єром Шотткі. Методом рентгенівської дифрактометрії високої роздільної здатності оцінено структурну досконалість монокристалів CdTe:Cl. Ефективність контакту залежить як від матеріалу електрода, так і від обробки поверхні кристала CdTe перед його осадженням, крім того, характеристики сформованого інтерфейсу електрод-напівпровідник можуть бути змінені різними обробками. Опромінення поверхні кристалів CdTe або структур метал-CdTe лазерними імпульсами призводило до зміни морфології поверхні напівпровідника, утворення та перерозподілу дефектів в області поверхні та модифікації характеристик цієї області або межі розділу. Досліджено вплив лазерної обробки на структуру домішкових дефектів та електричні характеристики рентгенівських/γ-детекторів на діодах Шотткі, розроблених шляхом осадження Ni та NiO на комерційно доступні пластини CdTe:Cl. Методами атомносилової та скануючої електронної мікроскопії досліджено особливості тонких плівок Ni та NiO до та після лазерного опромінення. Обговорюється вплив імпульсного лазерного опромінення на контакти Ni/CdTe і NiO/CdTe та механізми трансформації їх фазового стану оскільки така обробка цих контактів Шотткі призвела до оптимізації електричних характеристик. Показано, що лазерна обробка гетеропереходів, як підкладки CdTe, так і плівки Ni та NiO, може навмисно змінити електричні властивості та підвищити чутливість Ni/p-CdTe/Au/Cu та NiO/p-CdTe/Au/Cu детекторів. Також обговорюється вплив лазерної обробки на структурні та спектроскопічні властивості рентгенівських/γ-детекторів на діодах Шотткі на основі CdTe.

The processes of laser manipulation of the defect-impurity system and laser transformation of the crystal morphology made it possible to increase the detection properties of CdTe-based structures with a Schottky barrier. The structural perfection of CdTe:Cl single crystals was assessed using high-resolution X-ray diffractometry. The contact efficiency depends both on the electrode material and the surface treatment of the CdTe crystal before its deposition, in addition, the characteristics of the formed electrodesemiconductor interface can be changed by various treatments. Irradiation of the surface of CdTe crystals or metal-CdTe structures with laser pulses led to a change in the morphology of the semiconductor surface, the formation and redistribution of defects in the surface region and modification of the characteristics of this region or interface. The effect of laser processing on the structure of impurity defects and electrical characteristics of X-ray/γ-detectors on Schottky diodes, developed by deposition of Ni and NiO on commercially available CdTe:Cl wafers, was studied. Using the methods of atomic force and scanning electron microscopy, the features of Ni and NiO thin films before and after laser irradiation were investigated. The effect of pulsed laser irradiation on Ni/CdTe and NiO/CdTe contacts and the mechanisms of transformation of their phase state has not been investigated; however, such processing of these Schottky contacts led to optimization of their electrical characteristics. It is shown that laser treatment of heterojunctions, both CdTe substrates and Ni and NiO films, can intentionally change the electrical properties and increase the sensitivity of Ni/p-CdTe/Au/Cu and NiO/p-CdTe/Au/Cu detectors. The effect of laser processing on the electrical and spectroscopic properties of CdTe-based Schottky diode X-ray/γ detectors is also discussed.