I. Литературный обзор

1.1. Физико-химические свойства ZnS

Из класса соединений II и VI групп Периодической системы наиболее выраженными полупроводниковыми свойствами обладают соединения между элементами подгруппы цинка и серы, причем ZnS представляет собой бинарное соединение элементов 2 и 4 групп Периодической системы Д.И. Менделеева. Оно кристаллизуется в 2 изотропные формы, со структурой цинковой обманки и со структурой вюрцита. Для структуры цинковой обманки первая зона Бриллюэна имеет такую же форму, как для структуры типа алмаза (усеченный октаэдр), тогда как зона Бриллюэна для структуры типа вюрцита представляет собой шестигранную призму. Минимум зоны проводимости и максимум валентной зоны расположены в центре зоны Бриллюэна.

Одной из характерных особенностей материала ZnS является наличие глубоких акцепторных уровней с большой энергией ионизации. Электропроводность этих соединений – n-типа.

Доминирующий механизм фотопроводимости – концентрационный, т.е. изменение проводимости под действием излучения обусловлено в основном изменением концентрации носителей тока, а не их подвижности. Концентрация оптически возбужденных носителей тока значительно превышает равновесную концентрацию.

Фотопроводимость носит квазимонополярный характер, времена жизни электронов значительно превышают времена жизни дырок. Большие времена жизни электронов (миллисекунды) связаны с наличием центров, сечения захвата электронов у которых малы - на четыре-шесть порядков меньше, чем сечений захвата дырок (скомпенсированные акцепторы). Для создания таких центров в качестве донорных примесей вводят хлор, индий, галлий, в качестве акцепторных – медь, серебро. Донорами, компенсирующими присутствующие центры, обусловленные катионными вакансиями, могут быть межузловые атомы кадмия или анионные вакансии.

Замещение атомов S на Cl, Вr приводит к появлению донорных уровней, отстоящих на 0,03 эВ от зоны проводимости. Медь и серебро образуют акцепторные уровни, отстоящие соответственно на 0,6 и 1,0 эВ от валентной зоны. Nа, Li и К также являются акцепторными примесями [5].

Соединение ZnS являются люминесцирующим соединением. Термин фотопроводимость означает электрическую проводимость, возникающую при поглощении фотонов (Х-лучей, рентгена, ультрафиолета, видимого и инфракрасного излучения).

Фотопроводящие свойства характеризуются тремя основными параметрами: темновым током, фоточувствительность и ее спектральной зависимостью, а так же быстротой фотоотклика.

Самым главным из них является фоточувствительность, которая часто выражается как отношение тока, протекающего через фотопроводник при освещении, к темповому току.

Они обладают высокой фоточувствительностью в видимой и ближней инфракрасной областях, т. е. в областях спектрального распределения излучения источников света, наиболее широко используемых в оптоэлектронике, а также в рентгеновской, α и β-областях спектра.

Постоянная времени или скорость фотоотклика фотопроводников определяется центрами захвата, присутствующими в материале. Гипотетический материал, не имеющий центров захвата, должен обладать скоростью фотоотклика, отвечающей времени жизни свободных электронов. На самом деле, как нарастание, так и спад фототока замедляется ловушками и, в общем, время спада обратно пропорционально фототоку. Поскольку концентрация центров захвата и других дефектов очень сильно зависит от особенностей приготовления фосфоров.

Важным достоинством соединения типа ZnS является его высокая технологичность: оно может быть получено не только в виде монокристаллов, но и в виде пленок различной конфигурации, кристаллической структуры и электрических свойств.

Основные параметры сульфида цинка приведены в (таблице 1.1)

Характеристика	ZnS
Ширина запрещенной зоны Еg при 300 К, эВ	3,6
Эффективная масса: электронов дырок	0,17 0,6
Подвижность при 300 К, см2/(В∙с): электронов дырок	80-140 5
Удельная темновая проводимость Ом∙см	10-10-14
Длина волны максимума спектральной чувствительности, мкм	0,34
Показатель преломления	2,3
Статистическая диэлектрическая проницаемость	6-8
Постоянная решетки, Å	а=3,82 c=6,26
Коэффициент термического расширения, 10-6	3,6
Точка плавления под давлением, °С	1830