Деформаційні зміни кристалічної гратки і енергетичного спектру електронної підсистеми антимоніду індія при подвійному легуванні - Автореферат

Як показано в [1], відносні зміни ефективної маси носіїв і ширини забороненої зони при цьому можуть бути на порядок вищі, ніж відносні зміни обєму при деформації. доведено, що зміна постійної гратки викликає деформацію енергетичного спектру електронів, змінює ширину забороненої зони, ефективну масу носіїв заряду, магнітну сприйнятливість, впливає на оптичні та електричні властивості зразків; на прикладі INSB експериментально показано, що шляхом подвійного легування відповідно підібраними домішками можна значно змінити ширину забороненої зони і ефективну масу вузькозонних напівпровідників. Одержані практично всі експериментальні результати: вдосконалено технологію вирощування кристалів, легованих різними домішками, створено лабораторні установки для вирощування зразків ТР, виконано роботи по дослідженню складу та однорідності кристалів, змонтовано експериментальні установки для дослідження електричних, оптичних та магнітних властивостей зразків. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на II всесоюзному семінарі по проблемі "Фізика і хімія напівпровідників" (Павлодар, 1989), XII всесоюзній конференції з фізики напівпровідників (Київ, 1990), I міжвузівській конференції "Матеріалознавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу" (Ніжин, 1991), IV всесоюзній конференції по голографії (Вітебськ, 1990), Республіканській конференції "Фізика і хімія поверхні і межі розділу вузькощілинних напівпровідників" (Львів, 1991), XIV міжнародній конференції з когерентної і нелінійної оптики (Ленінград, 1991), II Українській конференції "Матеріалознавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу" (Ніжин, 1993), Міжнародній конференції "Оптика лазерів"93" (С.-Петербург, 1993), XII республіканській школі-семінарі "Спектроскопія молекул та кристалів" (Ніжин, 1995), міжнародній конференції "Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics" (Uzhgorod, Ukraine, 1996), на наукових семінарах кафедри фізики і звітних наукових конференціях викладачів Ніжинського державного педагогічного університету в 1989-1998 рр.Проведені технологічні, фізико-хімічні та фізичні дослідження вказують на те, що найбільш перспективим методом одержання досконалих кристалів ТР системи (INSB)1-x (CDTE)x (x?0,05) є метод горизонтальної напрямленої кристалізації розплаву з контрольованим тиском летючих компонентів. Встановлено, що для зменшення відхилення хімічного складу ТР від стехіометричного, зменшення їх забруднення неконтрольованими домішками синтез і кристалізацію розплаву доцільно поєднати в одному технологічному процесі, належні гомогенність та однорідність зразків досягаються лише при високих температурах (800 - 830 0 С) та довготривалому (до 100 год.) синтезі, а монокристалічний ріст - лише при малих (0,5...3,0 мм/год) швидкостях переміщення фронту кристалізації та досить великому значенні градієнта температури кристалізації (50...70 К/см). На основі прецизійних рентгеноструктурних досліджень показано немонотонність залежності постійної кристалічної гратки ТР від їх хімічного складу - на ній спостерігаються мінімуми і максимуми, які можна повязати з особливостями взаємодії домішкових атомів між собою та атомами розчинника. Встановлено кореляцію між залежностями постійної кристалічної гратки, ефективної маси носіїв заряду, оптичної ширини забороненої зони та магнітної сприйнятливості від хімічного складу кристалів ТР. В спектрах поглинання при hn > Eg в області 0,150...0,210 ЕВ виявлено лінійчасту структуру, яка має від однієї до чотирьох вузьких ліній в залежності від складу ТР.Анищенко В.А., Бродовой В.А., Вялый Н.Г., Викулов В.А., Кнорозок Л.М. Бродовой В.А., Бродовой А.В., Вялый Н.Г., Кнорозок Л.М., Колесниченко В.Г. Бродовой В.А., Вялый Н.Г., Кнорозок Л.М., Маркив И.Я. Бродовой А.В., Бродовой В.А., Кнорозок Л.М., Колесниченко В.Г., Колесник С.П. Бродовой В.А., Бродовой А.В., Вялий М.Г., Кнорозок Л.М., Мирець А.Л.

Основний зміст дисертації опубліковано в роботах

1. Проведені технологічні, фізико-хімічні та фізичні дослідження вказують на те, що найбільш перспективим методом одержання досконалих кристалів ТР системи (INSB)1-x (CDTE)x (x?0,05) є метод горизонтальної напрямленої кристалізації розплаву з контрольованим тиском летючих компонентів. Встановлено, що для зменшення відхилення хімічного складу ТР від стехіометричного, зменшення їх забруднення неконтрольованими домішками синтез і кристалізацію розплаву доцільно поєднати в одному технологічному процесі, належні гомогенність та однорідність зразків досягаються лише при високих температурах (800 - 830 0 С) та довготривалому (до 100 год.) синтезі, а монокристалічний ріст - лише при малих (0,5...3,0 мм/год) швидкостях переміщення фронту кристалізації та досить великому значенні градієнта температури кристалізації (50...70 К/см).

2. На основі прецизійних рентгеноструктурних досліджень показано немонотонність залежності постійної кристалічної гратки ТР від їх хімічного складу - на ній спостерігаються мінімуми і максимуми, які можна повязати з особливостями взаємодії домішкових атомів між собою та атомами розчинника.

3. Встановлено кореляцію між залежностями постійної кристалічної гратки, ефективної маси носіїв заряду, оптичної ширини забороненої зони та магнітної сприйнятливості від хімічного складу кристалів ТР. Складний характер цих залежностей зумовлений особливостями взаємодії введених домішкових атомів між собою та граткою INSB.

4. Показано, що введення домішки CDTE приводить до суттєвого зменшення оптичної ширини забороненої зони INSB (при x=0,02 Egopt =0,074 ЕВ) внаслідок зміни параметра кристалічної гратки. Цей ефект робить дані матеріали придатними для виготовлення фотоприймачів для ІЧОБЛАСТІ оптичного спектра.

5. В спектрах поглинання при hn > Eg в області 0,150...0,210 ЕВ виявлено лінійчасту структуру, яка має від однієї до чотирьох вузьких ліній в залежності від складу ТР. При x>0,02 ця структура розмивається. Поява їїповязується нами з переходами між рівнями електронейтральних молекулярних комплексів (CDTE)0.

6. На основі сильнолегованого INSB отримано і досліджено матеріали які є перспективними для вирішення проблем динамічної голографії на довжині хвилі випромінювання CO2-лазера ( 10,6 мкм).

7. На основі аналізу залежностей магнітної сприйнятливості від температури, напруженості магнітного поля та хімічного складу встановлено, що основний вклад в магнітну сприйнятливість дає кристалічна гратка. Магнітна сприйнятливість гратки зумовлена діамагнетизмом її іонного остову і ван-флеківським парамагнетизмом. Саме зміною вкладу ван-флеківського парамагнетизму пояснено складний характер залежності магнітної сприийнятливості від хімічного складу ТР (вклад іонного остову гратки практично однаковий для всіх ТР).

8. При дослідженні температурної залежності МС ТР (INSB)0,95(CDTE)0,05 в області T~4,2...30 K виявлено аномальне десятикратне збільшення діамагнетизму, що, очевидно, повязане з появою надпровідності металічних модифікацій, які утворилися в результаті локальних деформацій гратки INSB при легуванні.

9. Аналіз отриманих результатів вказує на те, що досліджені напівпровідникові ТР в області хімічних складів, близьких до INSB, слід розглядати як сильнолеговані компенсовані напівпровідники, а складний характер діаграм "фізична властивість - хімічний склад" повязується з особливостями взаємодії введених домішок між собою та кристалічною граткою INSB. антимонід голографія кристалізація еквіатомний

1. Аверкин А.А., Мойжес Б.Я., Смирнов И.А. Изменение электрических свойств PBSE при давлении // ФТТ. -1961. -N3. -C.1859-1862.

2. Хабаров Э.Н. Исследование гетеровалентного изоморфизма систем типа A3B5 - A2B6. Автореф. дис... д-ра физ.-мат. наук: 01.04.07. -Иркутск: -1974. 21 c.

3. Физика и материаловедение полупроводников с глубокими уровнями / Под ред. В.И.Фистуля. - М.: Металлургия, 1987. -231 с.

4. Егембериева С.Ж., Лучинин С.Д., Сейсенбаев Т.Г. и др. Глубокие уровни в запрещенной зоне антимонида индия // ФТП. -1982. -T.16. -N3. -С.540-542.