Електричні і оптичні властивості монокристалів CdS з дефектами структури - Автореферат

Складність кристалічної структури та значна кількість можливих типів дефектів, більшість з яких мають технологічну природу, ускладнюють проблему вивчення дефектів у тетрарних сполуках. Метою роботи було встановлення деяких особливостей механізмів радіаційного дефектоутворення при електронному та нейтронному опроміненні нелегованих і легованих міддю монокристалів CDS і дослідження фізичних властивостей монокристалів AGCD2GAS4 та A2IHGCIVD4VI (AI - Cu, Ag; CIV - Ge, Sn; DVI - S, Se) з метою побудови та теоретичного обґрунтування моделей електронних процесів у даних сполуках. Це обумовлено складністю їх структури, а також наявністю великої концентрації дефектів, що підтверджується дослідженнями краю смуги власного поглинання, розмиттям максимумів спектрального розподілу фотопровідності та фотолюмінесценції. Автором проведено дослідження спектрів поглинання, фотопровідності, оптичного гашення фотопровідності нелегованих CDS і легованих Cu монокристалів, опромінених швидкими електронами й нейтронами. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на: Х-ій науково-технічній конференції “Складні оксиди, халькогеніди для функціональної електроніки”(Ужгород, 2000р.), І-ій Українській науковій конференції з фізики напівпровідників УНКФН-1(з міжнародною участю) (Одеса, 2002р.), ІІ-ій Українській науковій конференції з фізики напівпровідників УНКФН-2 (з міжнародною участю) (Чернівці, 2004р.), Х-ій Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок МКФТТП (Івано-Франківськ, 2005р.), ІІ-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Релаксаційні, нелінійні і акустооптичні процеси та матеріали”, “Relaxed, nonlinear and acoustic optical processes and materials” (Луцьк, 2005 р.), І-ій Міжнародній науково-практичній конференції студентів і аспірантів “Волинь очима молодих науковців: минуле, сучасне, майбутнє” (Луцьк, 2007 р.), ІІІ-ій Українській науковій конференції з фізики напівпровідників УНКФН-3 (з міжнародною участю (Одеса, 2007р.), 8-ій міжнародній конференції “Фізичні явища в твердих тілах” (Харків, 2007 р.), міжнародному науковому семінарі “Сучасні проблеми електроніки” (Львів, 2008 р.), ІІ-ій Міжнародній науково-практичній конференції студентів і аспірантів “Волинь очима молодих науковців: минуле, сучасне, майбутнє” (Луцьк, 2008 р.), IV-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Релаксаційні, нелінійні і акустооптичні процеси та матеріали”, “Relaxed, nonlinear and acoustic optical processes and materials” (Луцьк, 2008 р.) а також на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Волинського національного університету імені Лесі Українки (2004-2008), на засіданнях кафедри фізики твердого тіла Волинського національного університету імені Лесі Українки.1.Було встановлено, що за домішкову фотопровідність з lm=0,6 мкм і парамагнітні центри в електронно-опромінених CDS:Cu відповідальні донорно-акцепторні пари, роль акцептора в яких відіграють атоми міді у вузлах катіонної підґратки (CUCD), роль донора - мілкі домішки. На першій стадії (~100-150 ОС) відбувається відпал точкових дефектів, на другій (~250-420 ОС) - відпалюються в основному кластери дефектів, за рахунок чого відбувається збагачення ґратки вакансіями кадмію і сірки. 3.Кластери дефектів, утворені нейтронною радіацією, є ефективними стоками для атомів міді, тобто проявляють гетерні властивості. 4.Монокристали халькогенідних сполук AGCD2GAS4, внаслідок складності структури й дефектності кристалічної ґратки проявляють властивості, характерні для невпорядкованих систем, що підтверджується результатами по дослідженню спектрального розподілу фотопровідності, краю поглинання та температурної залежності електропровідності. 6.Виходячи з експериментально встановленого параметра D0=0,087 ЕВ визначено концентрацію точкових дефектів відповідальних за розмиття краю поглинання в монокристалах AGCD2GAS4 nt»1,2 ·1020 см-3.

1.Було встановлено, що за домішкову фотопровідність з lm=0,6 мкм і парамагнітні центри в електронно-опромінених CDS:Cu відповідальні донорно-акцепторні пари, роль акцептора в яких відіграють атоми міді у вузлах катіонної підґратки (CUCD), роль донора - мілкі домішки.

2.Показано, що дефекти в нейтронно-опромінених зразках відпалюються в дві стадії. На першій стадії (~100-150 ОС) відбувається відпал точкових дефектів, на другій (~250-420 ОС) - відпалюються в основному кластери дефектів, за рахунок чого відбувається збагачення ґратки вакансіями кадмію і сірки.

3.Кластери дефектів, утворені нейтронною радіацією, є ефективними стоками для атомів міді, тобто проявляють гетерні властивості.

4.Монокристали халькогенідних сполук AGCD2GAS4, внаслідок складності структури й дефектності кристалічної ґратки проявляють властивості, характерні для невпорядкованих систем, що підтверджується результатами по дослідженню спектрального розподілу фотопровідності, краю поглинання та температурної залежності електропровідності.

5.З досліджень температурної залежності електропровідності, спектрального розподілу фотопровідності та коефіцієнта поглинання монокристалів AGCD2GAS4 оцінена ширина забороненої зони даної сполуки Eg»2,43 ЕВ при Т=293 К та Eg»2,64 ЕВ при Т=77 К.

6.Виходячи з експериментально встановленого параметра D0=0,087 ЕВ визначено концентрацію точкових дефектів відповідальних за розмиття краю поглинання в монокристалах AGCD2GAS4 nt»1,2 ·1020 см-3.

7.Встановлено, що спектри фотолюмінесценції монокристалів AGCD2GAS4 подібні до спектрів дефектних опромінених нейтронами монокристалів CDS з максимумами люмінесценції зсунутими в довгохвильову область відносно максимумів неопромінених CDS, на величину ~0,06-0,1 мкм.

8.На основі аналізу температурної залежності електропровідності, спектрів фотопровідності, фотолюмінесценції, оптичного гашення фотопровідності та частотної залежності коефіцієнта поглинання запропонована якісна модель розподілу щільності електронних станів в забороненій зоні монокристалів AGCD2GAS4.

9. Встановлено, що сполука Ag2HGSNS4 має n-тип провідності та вперше визначено її основні фізичні параметри: ширину забороненої зони (Eg»1,54 ЕВ при Т=293 К), Холлівську рухливість електронів (m»2·10-1 см/(В·с), при Т=293 К), коефіцієнт термо-е.р.с. (S»500 МКВ/К, при Т=293 К).

10. На основі аналізу експериментальних фактів та запропонованої фізичної моделі електронних станів в тетрарних халькогенідних напівпровідниках структурних типів A2IBIICIVD4VI було пояснено залежність ширини забороненої зони сполук та тип провідності від їх компонентного складу.

11. Визначено термоелектричну добротність сполук Cu2HGGESE4 і Cu2HGSNSE4 ZT»0,1-0,2, що робить їх перспективними матеріалами для виготовлення термоелектричних приладів підвищеної радіаційної стійкості.

12. Невисока симетрія кристалічної ґратки й широкі вікна пропускання робить перспективними халькогенідні монокристали AGCD2GAS4 та Ag2HGSNS4 для створення на їх основі перетворювачів частоти, зображення та інших приладів в нелінійній оптиці й інших областях оптоелектронної техніки.

13. Показано, що монокристали AGCD2GAS4 та Ag2HGSNS4 є фоточутливими матеріалами, що дає можливість їх практичного застосування в якості датчиків оптичного випромінювання.

1.Phase diagram of the Ag2S-HGS-SNS2 system and crystal preparation, crystal structure and properties of Ag2HGSNS4 / O. V. Parasyuk, S. I. Chykhrij, V. V. Bozhko, L. V. Piskach, M. S. Bogdanuyk, I. D. Olekseyuk, L. V. Bulatetska, V. I. Pekhnyo // Journal of Alloys and Compounds. - 2005. - Vol. 399. - P. 32-37.

2.Халькогенідні почетверенні монокристалічні сполуки AGCD2GAS4 і їх фізичні властивості / В. В. Божко, Г. Є. Давидюк, Л. В. Булатецька, О. В. Парасюк // Український фізичний журнал. - 2008. - Т. 53, № 3. - С. 257-261.

3.Особенности оптических и фотоэлектрических свойств специально нелегированных и легированных Cu монокристаллов CDS / Г. Е. Давидюк, В. В. Божко, Г. Л. Мирончук, Л. В. Булатецкая, А. Г. Кевшин // Физика и техника полупроводников. - 2008. - T. 42, № 4. - С. 399-403.

4.Оптические и фотоэлектрические свойства монокристаллических соединений AGCD2GAS4 / Л. В. Булатецкая, В. В. Божко, Г. Е. Давидюк, О. В. Парасюк // Физика и техника полупроводников. - 2008. - T. 42, № 5. - С. 522-527.

5.Давидюк Г. Є. Особливості впливу дефектів радіаційного походження на рекомбінаційні процеси в спеціально нелегованих і легованих атомами Cu і In монокристалах сульфіду кадмію / Г. Є. Давидюк, Л. В. Булатецька, Ж. І. Тишковець // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2005. - № 1. - С. 29-36.

6.Давидюк Г. Є. Особливості домішкової фотопровідності нелегованих і легованих міддю монокристалів CDS, неопромінених і опромінених високо енергетичними електронами з Е=1,2 МЕВ / Г. Є. Давидюк, В. В. Божко, Л. В. Булатецька // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2006. - № 4. - С. 193-198.

7.Вплив опромінення швидкими реакторними нейтронами на оптичні і фотоелектричні властивості спеціально нелегованих і легованих Cu монокристалів CDS / Г. Є. Давидюк, В. В. Божко, Н. А. Головіна, Г. Л. Мирончук, Л. В. Булатецька // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2006. - № 4. - С. 172-177.

8.Особливості фотопровідності монокристалів AGCD2GAS4 / В. В. Божко, М. С. Богданюк, Л. В. Булатецька, В. В. Булатецький, А. П. Третяк // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2006. - № 4. - С. 178-181.

9. Термостимульована провідність монокристалів AGCD2GAS4 / Л. В. Булатецька, В. В. Божко, М. С. Богданюк, Г. Є. Давидюк, А. П. Третяк, В. В. Булатецький // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2007. - № 6. - С. 3-7.

10. Давидюк Г. Є. Формування донорно-акцепторних пар, відповідальних за фотоелектричні і магнітні властивості в електронно опромінених нелегованих і легованих Cu монокристалах сульфіду кадмію / Г. Є. Давидюк, В. В. Божко, Л. В. Булатецька // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2007. - № 6. - С. 13-22.

11. Електричні, оптичні і фотоелектричні властивості монокристалічних сполук AGCD2GAS4 / В. В. Божко, Г. Є. Давидюк, Л. В. Булатецька, О. В. Парасюк // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. - 2007. - № 16. - С. 31-42.

12. Дослідження фізичних властивостей почетверенних сполук Ag2HGSNS4 / В. В. Божко, О. В. Парасюк, І. Д. Олексеюк, В. О. Галка, Л. В. Трофимчук // Складні оксиди, халькогеніди для функціональної електроніки: Х наук.-техн. конф., 26-29 верес. 2000 р.: програма і тези доп. - Ужгород, 2000. - С. 101.

13. Вирощування та фізичні властивості сполук Cu2HGCIVSE4 (C-Sn,Ge) / О. В. Марчук, І. Д. Олексеюк, В. В. Божко, Л. В. Трофимчук // Складні оксиди, халькогеніди для функціональної електроніки: Х наук.-техн. конф., 26-29 верес. 2000 р.: програма і тези доп. - Ужгород, 2000. - С. 115.

14. Божко В.В. Дослідження деяких фотоелектричних та оптичних властивостей монокристалів AGCD2GAS4 / В. В. Божко, О. В. Парасюк, Л. В. Трофимчук // 1-а Українська наук. конф. з фізики напівпровідників УНКФН-1 (з міжнародною участю), 10-14 верес. 2002 р.: тези доп. Т. 2. - О.: Астропринт, 2002. - С. 244.

15. Булатецька Л. В. Термостимульована провідність та люмінесценція монокристалу AGCD2GAS4 / Л. В. Булатецька, В. В. Божко, А. П. Третяк // ІІ Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (з участю зарубіжних науковців УНКФН-ІІ), 20-24 верес. 2004 р.: тези доп. Т. 2. - Чернівці: Рута, 2004. - С. 455.

16. Давидюк Г.Є. Роль розмірного фактору кластерів дефектів в рекомбінаційних процесах в монокристалах CDS / Г. Є. Давидюк, Л. В. Булатецька, В. С. Манжара // Х-а міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок МКФТТП, 16-21 трав. 2005 р.: тези доп. Т. 1. - Івано-Франківськ, 2005. - С. 44.

17. Божко В. В. Фотопровідність та край поглинання монокристалу Ag2HGSNS4 / В. В. Божко, Л. В. Булатецька, А. П. Третяк // Релаксаційні, нелінійні й акустооптичні процеси та матеріали РНАОПМ’2005: матеріали 2-ої міжнар. наук. конф., 1-5 черв. 2005 р.: тези доп. - Луцьк: РВВ “Вежа” Волин. держ. ун-ту. імені Лесі Українки, 2005. - С. 86.

18. Давидюк Г. Є. Вплив електронної радіації на фотопровідність легованих міддю монокристалів сульфіду кадмію / Г. Є. Давидюк, Л. В. Булатецька, В. З. Панкевич // Релаксаційні, нелінійні й акустооптичні процеси та матеріали РНАОПМ’2005: матеріали 2-ої міжнар. наук. конф., 1-5 черв. 2005 р.: тези доп. - Луцьк: РВВ “Вежа” Волин. держ. ун-ту імені Лесі Українки, 2005. - С. 108 - 111.

19. Романюк І. В. Вплив легуючих домішок на спектральну фоточутливість опромінених швидкими електронами (з Е=1,2 МЕВ) і реакторними нейтронами монокристалів сульфіду кадмію / І. В. Романюк, Л. В. Булатецька // Волинь очима молодих науковців: минуле, сучасне, майбутнє: матеріали І міжн. наук.-практичної конф. студентів і аспірантів., 18-19 квіт. 2007 р.: тези доп. - Луцьк: РВВ “Вежа” Волин. держ. ун-ту імені Лесі Українки, 2007. - С. 67-69.

20. Вплив дефектів на деякі фотоелектричні та електричні властивості монокристалів AGCD2GAS4 / Л. В. Булатецька, В. В. Божко, М. С. Богданюк, А. П. Третяк, В. В. Булатецький // III Українська наук. конф. з фізики напівпровідників УНКФН-3, 17-22 черв. 2007 р.: тези доп. - О.: Астропринт, 2007. - С. 381.

21. Особливості оптичних і фотоелектричних властивостей спеціально нелегованих і легованих Cu монокристалів CDS / Г. Є. Давидюк, В. В. Божко, Г. Л. Мирончук, Н. А. Головіна, Л. В. Булатецька // III Українська наук. конф. з фізики напівпровідників УНКФН-3, 17-22 черв. 2007 р.: тези доп. - О.: Астропринт, 2007. - С. 192

22. Деякі фізичні параметри багатокомпонентних халькогенідних сполук Ag2HGSNS4 / Г. Є. Давидюк, В. В. Божко, О. В. Парасюк, Л. В. Булатецька, А. П. Третяк // Фізичні явища в твердих тілах: матеріали 8 міжн. конф., 11-13 груд. 2007 р.: тези доп. - X.: ХНУ, 2007. - С. 113.

23. Вплив дефектних центрів на термостимульовану провідність монокристалів AGCD2GAS4 / В. В. Божко, Г. Є. Давидюк, Л. В. Булатецька, О. В. Парасюк // Сучасні проблеми електроніки: міжн. наук. семінар., 31 січ.-1 лют. 2008 р.: тези доп. - Львів, Львівський нац. ун-т. ім. Івана Франка, 2008. - С. 7.

24. Трофімчук О. Р. Вплив дефектних центрів на фотоелектричні та оптичні властивості монокристалічних сполук AGCD2GAS4 / О. Р. Трофімчук, Л. В. Булатецька // Волинь очима молодих науковців: минуле, сучасне, майбутнє: матеріли ІІ міжн. наук.-практичної конф. студентів і аспірантів., 16-17 квіт. 2008 р. Луцьк, Україна. - Луцьк: РВВ “Вежа” Волин. нац. ун-ту імені Лесі Українки, 2008. - С. 184 - 185.

25. Вплив дефектних центрів на фотоелектричні та оптичні властивості монокристалічних сполук AGCD2GAS4 / Г. Є. Давидюк, В. В. Божко, Л. В. Булатецька, О. В. Парасюк, О. В. Новосад // Релаксаційні, нелінійні й акустооптичні процеси та матеріали РНАОПМ’2008: матеріали 4-ої міжнар. наук. конф., 1-5 трав. 2008 р.: тези доп. - Луцьк: РВВ “Вежа” Волин. нац. ун-ту імені Лесі Українки, 2008. - С. 100 - 102.

Размещено на .ru