Кристалохімія точкових дефектів і властивості нестехіометричного SnTe та твердих розчинів на його основі - Автореферат

Стануму телурид і тверді розчини на його основі відносяться до вузькощілинних напівпровідників, що широко використовуються в інфрачервоній оптоелектроніці і для термоелектричних перетворювачів енергії [1*]. Дослідження концентраційних залежностей властивостей в області гомогенності сполуки є важливою проблемою, яка потребує вивчення як поведінки точкових дефектів, так і механізмів їх утворення і взаємодії. У звязку з цим, задачі, що розвязуються у дисертаційній роботі і повязані із дослідженням природи домінуючих точкових дефектів, їх взаємодії у SNTE, вивченням механізмів процесів дефектоутворення при легуванні та утворенні твердих розчинів, є актуальними для сучасної хімії твердого тіла. Звязок теми дисертації з науковими програмами, темами забезпечено тим, що робота виконувалася на кафедрі фізики і хімії твердого тіла Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника та була складовою частиною комплексної міжгалузевої програми “Фундаментальні та прикладні дослідження, розробка та впровадження термоелектричних ресурсозберігаючих та відновлювальних джерел тепла та електричної енергії” (№1-14/259 від 25.04.1997 р.), а також науково-дослідних програм МОН України “Власні атомні дефекти у кристалах та тонких плівках сполук AIVBVI і їх роль у формуванні матеріалів для приладів ІЧ-техніки” (реєстраційний номер №0101V002448). Встановлення механізмів утворення і взаємодії домінуючих точкових дефектів у бездомішковому та легованому Ga, In, Sb, Bi стануму телуриді, твердих розчинах Sn0,984Te-Ga (In, Tl)-Te, Sn0,984Te-Bi(Sb)2Te3, які визначають основні фізико-хімічні властивості матеріалу, необхідного для створення ефективних пристроїв напівпровідникової техніки.У вступі обґрунтовано актуальність теми, поставлено мету і завдання дисертаційного дослідження, визначено наукову новизну та практичну цінність роботи. Розкрито особистий внесок дисертанта та апробацію результатів дослідження на профільних конференціях, висвітлена структура дисертації. Викладено результати досліджень з питань власних і домішкових дефектів у бездомішковому і легованому матеріалі відповідно. Показано, що на даний час залишаються суперечливими питання, які відносяться до вивчення дефектної підсистеми у SNTE і твердих розчинах на його основі, її впливу на фізико-хімічні властивості матеріалу. Другий розділ “Синтез сплавів, вирощування кристалів SNTE і твердих розчинів на його основі та основні методи дослідження їх властивостей” деталізує технологічні аспекти синтезу сплавів, вирощування кристалів, методики визначення фазового і елементного складу, структурних характеристик, пікнометричної густини, мікротвердості та електричних властивостей від умов їх отримання та складу.На основі мессбауерівських досліджень та виміряних значень пікнометричної ?? та рентгенівської ?x густин, холлівської концентрації вільних носіїв заряду PH нестехіометричного SNTE визначено концентрацію NV і зарядовий стан вакансій Стануму у межах області гомогенності. Обчислено також кількість носіїв, що припадають на одну вакансію (z = PH/NV) із врахуванням відхилення від стехіометрії та різного зарядового стану катіонних вакансій. Тоді кристалоквазіхімічне рівняння запишеться як Тут б - відхилення від стехіометрії; x - частка чотиризарядних вакансій Стануму; - носій заряду р-типу; - ефективні негативний, позитивний і нульовий заряди; - заряджені вакансії Стануму і Телуру; - Станум і Телур у регулярних вузлах кристалічної ґратки. Складний характер зміни фізико-хімічних властивостей стануму телуриду від вмісту домішки Ga пояснено різними механізмами її входження у кристалічну структуру основної матриці - заповнення катіонних вакансій в октаедричному оточенні телуру (ОП) (механізм А) та вкоріненням у тетраедричні порожнини (ТП) оточення телуру, які є незайнятими (механізм В). На основі порівняння експериментальних даних і результатів розрахунків зроблено висновок про те, що на початкових стадіях легування (до 0,1-0,2 ат.% Ga) відбувається вкорінення атомів Ґалію у тетраедричні порожнини щільної упаковки атомів Телуру, а при вмісті Ga > 0,4 ат.% відбувається механізм вкорінення і заповнення катіонних вакансій одночасно.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1*. Абрикосов Н.Х., Шелимова Л.Е. Полупроводниковые материалы на основе соединений AIVBVI. - М.: Наука. - 1975. - 194 с.

2*. Кузнецов В.Л. Критическая оценка, оптимизация фазовой диаграммы и термодинамических свойств в системе Sn-Te // Неорганические материалы. - 1996. - Т. 32, № 3. - С. 261-272.

3*. Шперун В.М., Фреїк Д.М., Прокопів В.В. Телурид олова. Фізико-хімічні властивості. За заг. ред. Фреїка Д.М. - Івано-Франківськ: Плай. - 2002. - 250 с.

4*. Rogacheva E.I., Sinelnik N.A., Nashchekina O.N., Popov V.P., Lobkovskaya T.A. Defects of nonstoichiometry and dynamic stability of SNTE crystal lattice // Acta Physica Polonica (a). - 1993. - V. 84, № 4. - Р. 733-736.

5*. Rogacheva E.I., Gorne G.V., Nashchekina O.N. Deviation from stoichiometry and lattice properties of semiconducting SNTE phase // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. - 1995. - V. 378. - Р. 107-112.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Freik D.M., Galushchak M.O., Ivanyshyn I.M., Shperun V.M., Zapukhlyak R.I., Pyts M.V. Thermoelectric properties of solid solutions based on the Telluride of Tin // Semiconductor Physics. Quantum Electronics and Optoelectronics. - Kyiv, 2000. - V.3, №3. - P. 287-290.

Дисертант виконала експериментальні дослідження термоелектричних параметрів, провела їх розрахунки.

2. Galushchak M.O., Freik D.M., Ivanyshyn I.M., Lysak A.V., Pyts M.V. Thermoelectric properties and defective subsystem in doped Telluride of Tin // Jornal of Thermoelectricity. - 2000. - №1.- P.43-51.

Дисертант виконала експериментальні дослідження, запропонувала моделі дефектів, провела розрахунки концентраційних залежностей точкових дефектів від складу.

3. Ivanyshyn I.M., Mezhylovska L.Y., Boryk V.V. Defects in Nonstoichiometric Tin Telluride at the Different Accomodation of Indium // Physics and Chemistry of Solid State. - 2001. - V2, №3. - P.501-506.

Дисертант виконала експеримент, розробила моделі дефектної підсистеми, провела розрахунки концентраційних залежностей точкових дефектів згідно моделей.

4. Іванишин І.М. Дефекти в нестехіометричному телуриді олова при тетраедричному і октаедричному розміщенні індію // Вісник Прикарпатського університету. Математика. Фізика. - 2000. - Випуск 1. - С.92-96.

5. Межиловська Л.Й., Іванишин І.М., Лісняк C.C., Борик В.В. Зарядовий стан індію і атомні дефекти у твердих розчинах SNTE-INTE // Фізика і хімія твердого тіла. - 2002. - Т.3, №1. - С.109-114.

Дисертант розробила моделі дефектної підсистеми, провела розрахунки концентраційних залежностей точкових дефектів згідно моделей.

6. Фреїк Д.М., Іванишин І.М., Межиловська Л.Й., Бойчук В.М., Павликівська М.Г. Кристалоквазіхімія дефектів твердого розчину SNTE-In2Te3 // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001. - Т.2, №4. - С.677-683.

Дисертант виконала технологічний експеримент з вирощування зразків, дослідження електричних властивостей, розробила моделі дефектної підсистеми.

7. Фреїк Д.М., Іванишин І.М. Фізико-хімічні властивості і домінуючі дефекти у кристалах систем Sn-Sb-Te, Sn-Bi-Te // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т.7, №2. - С.289-296.

Дисертант виконала технологічний експеримент з вирощування зразків, дослідження електричних властивостей, вимірювання параметра ґратки, пікнометричної густини та мікротвердості, розробила моделі дефектної підсистеми.

8. Фреїк Д.М., Іванишин І.М., Межиловська Л.Й. Зарядовий стан вакансій і власні точкові дефекти монотелуриду олова // Фізика і хімія твердого тіла. - 2003. - Т.4, №4. - С.700-706.

Дисертант виконала технічний експеримент, запропонувала моделі точкових дефектів, виконала розрахунки.

9. Фреик Д.М., Иванишин И.М., Галущак М.О., Михайленка Р.Я. Термоэлектрические свойства и кристаллоквазихимия дефектной подсистемы в сплавах на основе теллурида олова // Термоэлектричество. - 2001.- №2. - С.78-85.

Дисертант виконала вимірювання термоелектричних параметрів, запропонувала моделі дефектів, виконала розрахунки згідно моделей.

10. Іванишин І.М. Механізми утворення твердих розчинів SNTE-GATE і SNTE-Ga2Te3 та їх дефектна підсистема // Фізика і хімія твердого тіла. - 2002. - Т.3, №3. - С. 549-556.

11. Фреїк Д.М., Іванишин І.М. Електровалентні стани стануму і механізми утворення твердих розчинів Sn0,984Te-Tl2Te3 // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т.7, №1. - С. 118-124.

Дисертант виконала вимірювання фізико-хімічних параметрів, запропонувала моделі дефектів, виконала розрахунки згідно моделей.

12. Пат. № 43963 A Україна, С 30В1/00. Спосіб отримання термоелектричних сплавів на основі телуриду олова, свинцю і германію: Пат. № 43963 A Україна, С 30В1/00/ М.О. Галущак, Д.М. Фреїк, Р.І. Запухляк, І.М. Іванишин, В.В. Прокопів (Україна); Прикарпатський університет. - №2000053064; Заявл.30.05.2000; Опубл.15.01.2002; Бюл.№1.

13. Пат. № 46281 A Україна, 7 С 30В11/02. Спосіб отримання твердих розчинів на основі сполук AIVBVI: Пат.№ 43963 A Україна, С 30В11/02/ Д.М. Фреїк, І.М. Іванишин, Л.Й. Межиловська, Л.І. Никируй, О.Я. Довгий (Україна); Прикарпатський університет. - №2001063725; Заявл.01.06.2001; Опубл.15.05.2002; Бюл.№5.

14. Пат. № 56433 A Україна, 7 С 30В11/02. Спосіб отримання термоелектричного твердого розчину (Pb0,4Sn0,5)1-XTEX: Пат. № 46281 A Україна, С 30В11/02/ Д.М. Фреїк, В.М. Шперун, Л.І. Никируй, І.М. Іванишин, В.В. Нижникевич (Україна); Прикарпатський університет. - №2002043470; Заявл. 25.04.2002; Опубл.15.05.2003; Бюл.№5.

15. Пат. № 63275 A Україна, 7 С 30В11/02. Спосіб отримання твердих розчинів GETE-SNTE-Bi2Te3-Sb2Te3: Пат. № 63275 A Україна, С 30В11/02/ Д.М. Фреїк, В.В. Борик, І.М. Іванишин (Україна); Прикарпатський університет. - №2003032571; Заявл. 25.03.2003; Опубл.15.01.2004; Бюл.№1.

16. Межиловська Л.Й., Михайльонка Р.Я., Іванишин І.М. Комплекси дефектів і термоелектричні властивості твердих розчинів на основі телуриду свинцю і рідко земельних елементів (Gd, Tb) // В кн.: “Сучасні проблеми фізики напівпровідників”. Матеріали ІІІ Міжнародної школи-конференції. - Дрогобич, 2001. - С.24 (Україна).

17. Межиловська Л.Й., Фреїк Д.М., Іванишин І.М., Михайльонка Р.Я. Кристалоквазіхімія та термоелектрика дефектної підсистеми легованого телуриду олова // XV Українська конференція з неорганічної хімії за міжнародною участю. Матеріали конференції. - Київ, 2001.- С.263 (Україна).

18. Freik D.M., Ivanyshyn I.M., Boryk V.V., Myhaylyonka R.Ya. Crystalloquasichemystry and defects engineering in SNTE-In (INTE, In2Te3) crystalls // In book: “International Conference on Materials Science and Condenced Matter Physics”. Materials of Conference. - Chisinau, 2001. - P.45 (Moldova).

19. Freik D.M., Mezhylovska L.Y., Ivanyshyn I.M., Nykyrui L.I. Radiation indused point defects in epitaxial layers of SNTE// In book: “Fundamentals of Radiation Technologies”. Materials of Conference. - Kaunas, 2001. - P.10-13 (Lithuania).

20. Іванишин І.М. Кристалоквазіхімія дефектоутворення у твердих розчинах SNTE-In, INTE, In2Te3 // В кн.: “Фізика і технологія тонких плівок”. Матеріали VIII Міжнародної конференції. - Івано-Франківськ, 2001. - С. 251 (Україна).

21. Ivanyshyn I.M., Mezhylovska L.Y. Defect Crystalloquasi-chemistry of Solid Solutions SNTE-System GATE // In book: “Point and Line Defects in Semiconductors”. Materials of Conference. - West Kingston, 2002. - P. 132-137 (Germany).

22. Ivanyshyn I.M., Telemko O.V., Mishchuk O.A., Freik D.M. Transformation of the (100) surface of the ZNS and SNTE crystals indused by low-energy electron beam in vacuum: a study by Auger electron spectroscopy and X-ray microanalysis //In book: “Electron Probe Microanalysis of Materials Today - Practical Aspects ”. Book of Abstract of 5th Regional Workshop. - Szczyrk, 2002. - P. 189 (Poland).

23. Іванишин І.М. Процеси дефектоутворення у системі SNTE-Tl2Te3 // В кн.: “Фізика і технологія тонких плівок”. Матеріали IX Міжнародної конференції. Т.1. - Івано-Франківськ: Місто НВ, 2003. - С. 202-203 (Україна).

24. Межиловська Л.Й., Іванишин І.М., Борик В.В. Електрично-активні атомні дефекти і властивості квазібінарних ситем SNTE-GATE і PBTE-GATE // В кн.: “Фізика і технологія тонких плівок”. Матеріали IX Міжнародної конференції. Т.1. - Івано-Франківськ: Місто НВ, 2003. - С.216-218 (Україна).

25. Межиловська Л.Й., Жуковскі П., Борик В.В., Іванишин І.М. Кристалохімія точкових дефектів у твердих розчинах на основі телуриду олова, свинцю і кадмію // В кн.: “Фізика і технологія тонких плівок”. Матеріали ювілейної X Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. Т.1. - Івано-Франківськ: Гостинець, 2005. - С.340-341 (Україна).

Размещено на .ru