Кристалохімія атомних дефектів у напівпровідниках структури сфалериту і в"юрциту. - Дипломная работа

В останні роки інтерес до сполук А2В6, до яких відносяться халькогеніди цинку і кадмію, непохитно зростає в звязку з все більш чітко виявленими широкими можливостями їх практичного використання. Структури сфалериту і вюрциту досліджувались досить давно, проте область їх існування для окремих сполук, умови фазових переходів, уточнення дефектної підсистеми, кристалічної будови, кристалохімія вимагає і сьогодні. В роботі на основі літературних джерел зроблена узагальнена характеристика структур сфалериту і вюрциту для халькогенідів цинку і кадмію, запропонована дефектна модель, уточнено різні типи радіусів елементів в цих структурах, розраховано радіуси тетраедричних і октаедричних порожнин. За обєкт дослідження із халькогенідного ряду цинку і кадмію було вибрано широкозонний напівпровідник телурид кадмію, який може кристалізуватися як в структурі сфалериту так і вюрциту. Переважаючими видами дефектів в телуриді кадмію, збагаченому Cd є електрично неактивні вакансії телуру, а з сторони Те - вакансії кадмію, що дає можливість припустити наявність в CDTE поряд з дефектами Френкеля дефектів Шоткі.Цинкова обманка ZNS (сфалерит) - кубічна структура, вюрцит - гексагональна, характеризуються тетраедричним розміщенням атомів. Всі халькогеніди цинку і кадмію і в частковості CDTE, ZNTE і ZNSE кристалізуються в структурі цинкової обманки типу (В3). Структура сфалериту характеризується щільною трьохшаровою кубічною упаковкою шарів, вюрциту - двохшаровою гексагональною. Розрізняють два види пустот: пустоти оточені чотирьма атомами - тетраедричні , оточені шістьма атомами - октаедричні. На основі розрахованої кількості розміщення атомів в елементарній комірці розрахували, що на одну комірку сфалериту припадає 4 октаедричні і 8 тетраедричних порожнин, вюрциту - 12 тетраедричних, 6 октаедричних.Фазовий перехід із гексагональної модифікації ZNS в кубічну проходить при температурах 1020 і 1150 0С [2]. В [4] показані поліморфні пари, звязані переходом під тиском, які зачіпають зміну першої координації для ZNO тиск переходу 100 кбар: низькотемпературна форма - вюрцит, перша координація 4:4; високотемпературна форма - NACL, перша координація 6:6. Зміна другої координації для CDS проходить при тиску 160-200 кбар, при низькому тиску структурний тип сфалерит; привисокому тиску вюрцит. Для CDSCTPYKTYPHA зміна при збільшені тиску обернена тій, яка викликається пониженням температури. Незалежно від того чи має вихідний матеріал структуру вюрциту чи цинкової обманки, при зворотньому переході до атмосферного тиску зберігається структура цинкової обманки [2].Коли необхідно підкреслити звязок атомів в сполуках використовують для одного і того ж атома різні радіуси: ковалентні, іонні, тетраедричн і октаедричні ковалентні радіуси атомів в сполуках. Повернемося до відомої теорії структур щільної упоковки, яка дозволяє в рамках цього підходу визначити всі необхідні геометричні характеристики кристалічних структур напівпровідників А2В6. Якщо вважати структури сфалериту і вюрциту щільноупаковані по аніону тоді необхідне виконання наступних двох умов: топологія аніонної підрешітки співпадає з топологією кількості щільноупакованих сфер, причому катіони розміщуються тільки в тетраєдричних і октаедричних міжвузлях цієї підрешітки; Із простих геометричних уявлень можна одержати сукупність величин, які характеризують тетраедр, октаедр і елементарну комірку г.ц.к. решітки. Звязок величин, які характеризують тетраедр і октаедр в г.ц.к. решітці з радіусом атома і періодом решітки для сфалериту і вюрцитуТелурид кадмію кристалізується в структурах сфалериту (S - кубічна структура В3), і вюрциту (W - гексагональна структура В4) із однаковим числом атомів як в першій, так і в другій координаційних сферах [2, 9]. При кімнатній температурі і тиску 3,3-3,6 ГПА в телуриді кадмію проходить фазовий перехід із структури типу сфалерит вюрцит у структуру типу NACL, що супроводжується різким зменшенням електропровідності [20-22]. Із кристалічної будови цих структур відомо, що вони характеризуються тетраедричним оточенням атомів двох видів, і тетраедричними (ТП) та октаедричними (ОП) порожнинами яким належить ? всього простору упаковки атомів [3]. 2 (а,б) і 3 (а,б) представлено розміщення ТП і ОП в елементарній комірці структур сфалериту і вюрциту. На основі геометричних уявлень, враховуючи тип звязку в CDTE (21% іонності) [5], тобто ковалентні (rk) та іонні (ri) радіуси оточуючих атомів [10] розрахували радіуси ТП (rt) і ОП (ro) порожнин для оточення телуру і кадмію, які приведені в таблиці 7.При суперпозиції антиструктури з киснем отримаємо такий кристалоквазіхімічний кластер: (4.5) Отже, легування (адсорбція) телуриду кадмію киснем приводить до заміщення вакансії халькогена киснем з утворенням акцепторних центрів , що і обумовлює діркову провідність. б) легування хлором. При суперпозиції антиструктури з хлором отримаємо такий кристалоквазіхімічний кластер за механізмом заміщення: (4.7) Отже, легування телуриду кадмію хлором приводить до заміщення вакансій телуру хлор

ЗМІСТ

Вступ 3

1. Моделі структур в халькогенідах кадмію і цинку 5

2. Області існування структур сфалериту і вюрциту 8

3. Радіуси тетраедричних і октаедричних порожнин для сфалериту і вюрциту 10

4. Кристалічна структура і антиструктура в телуриді кадмію 15

4.1. Кристалоквазіхімічний аналіз 17

4.2. Процеси легування 17

5. Утворення твердих розчинів 20

6. Обговорення результатів 21

Висновки 23

Література 24