Кристалоквазіхімія дефектів. Фізико-хімічні властивості легованих кристалів телуриду кадмію - Дипломная работа

Актуальність вивчення поведінки домішок у телуриді кадмію обумовлена широким його використанням в оптоелектроніці, при створені модулів сонячних елементів, детекторів іонізуючого випромінювання, які працюють при кімнатній температурі [13-15]. 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. Введення в основну матрицю телуриду кадмію як стехіометричного складу так і при нестехіометрії домішок дозволяє одержати матеріал з різною дефектною підсистемою, яка визначає тип провідності і концентрацію носіїв струму матеріалу.Цинкова обманка ZNS (сфалерит) - кубічна структура, вюрцит - гексагональна, характеризуються тетраедричним розміщенням атомів. На рис.2(а,б) і 3(а,б) графічно показано розміщення цих порожнин (дефектів) в елементарній комірці сфалериту і вюрциту. 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. Так як тетраедричні порожнини в цих структурах заповнені наполовино металом, а октаедричні не заповнені, то дефектна підсистема буде утворена тетраедричними і октаедричними кристалічними вакансіями і між вузловими атомами металу в тетраедричних порожнинах. а) б) Звязок величин, які характеризують тетраедр і октаедр в г.ц.к. решітці з радіусом атома і періодом решітки для сфалериту і вюрцитуВ [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. Як відомо, різниця в енергіях двох поліморфних модифікацій - вюрцита і сфалериту, яка б мала вона не була, буде обумовлена різним вкладом іонності, про що свідчить порівняння їх констант Маделунга. 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. Дефектна кристалічна модель CDTE:Cl: 1 - катіони А; 2 - аніони В; 3 - центри тетра-і октапорожнин, А -, В -, С -, D -, К -, L -, М -. кінцевому результаті може буде утворена: донорним дефектом заміщення ; вакансіями у катіонній і аніонній підгратках , відповідно; міжвузловим атомом кадмію в октаедричних порожнинах аніонної підгратки; акцепторним комплексом ; міжвузловим атомом телуру у тетрапорожнинах підгратки металу, який займає вакансії кадмію з утворенням антиструктурного дефекту .Згідно одержаних кристалоквазіхімічних механізмів процесів не стехіометрії, легування, утворення твердих розчинів в телуриді кадмію встановлено: При процесах нестехіометрії на боці кадмію одержуємо матеріал n-типу провідності, на боці телуру - р-типу.

ЗМІСТ

Вступ 3

1. Моделі структур в халькогенідах кадмію і цинку 5

2. Характеристика областей існування структур сфалериту і вюрциту

3.

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

Згідно одержаних кристалоквазіхімічних механізмів процесів не стехіометрії, легування, утворення твердих розчинів в телуриді кадмію встановлено: При процесах нестехіометрії на боці кадмію одержуємо матеріал n-типу провідності, на боці телуру - р-типу.

Адсорбція кисню на поверхні CDTE приводить до заміщення вакансій телуру киснем з утворенням матеріалу р-типу.

Легування CDTE хлором і індієм проходить за двома механізмами заміщення і вкорінення, що дає можливість одержати матеріал р-типу при легуванні хлором та n-типу при легуванні індієм, як за механізмом заміщення так і вкорінення.

При утворені твердих розчинів CDTE-ZNTE, CDTE-K2Te одержують матеріал р-типу з ізовалентним заміщенням і n-типу з гетеровалентним заміщенням.

1. А. Верма, П. Кришка. Полиморфизм и политипизм в кристаллах. «Мир». М., 1969.

2. Физика и химия соединений AIIBVI. «Мир». М., 1970.

3. Г.М. Попов., И.И. Шафрановский. Кристаллография. М., «Высшая школа», 1972.

4. М.Дж. Бюргер. Фазовые переходы // Кристаллография.Том 16, в.6, 1971, с.1084.

5. К.В. Шалимова, В.А. Дмитриев. Изменение типа стабильной структуры в ряду соединений AIIBVI // Кристаллография, Том 17, в.3, 1972, с.541.

6. Л. Паулинг. Природа химической связи. М. - Л., 1947.

7. J.S. Park, F.I. Chan, J.Appl. Phys, 36, 800,1965.

8. G.F. Neumark. Phus. Rev., 125.838,1962.

9. O. Brafman, G. Schachar, I.T. Steinberger. J.Appl. Phys. 36.668,1965.

10. С.А. Семилетова. Тетраедрические и октаедрические ковалентные радиусы // Кристаллография. Том 21, в.4, 1976, с.752-754.

11. Д.М. Фреїк, В.В. Прокопів, У.М. Писклинець, І.М. Ліщинський. Вплив технологічних факторів і легуючої домішки індію на дефектну систему і тип провідності у телуриді кадмію // Фізика і хімія твердого тіла Т.3. №1 (2002) с. 526-530.

12. В.Й. Фистуль. Примеси переходных металлов в полупроводниках - М.: Металлургия, 1983, с.192.

13. F.V. Wald. Application of CDTE. A Review // Rev Phys. Appl. 12 (12). P.277-290 (1977).

14. G.C. Morris, S.K. Das, P.G. Tanner. Some Factors Aftecting Efficiencies of n-CDS/p-CDTE Thin Film Solar Cells // j. Cryst. Growth. 117. P.929-934 (1992).

15. S. Seto, A. Tanaka, Y. Mosa, M. Kawashima. Clorine - Related Photoluminescence Lines in High-Resistivitg Cl-Doped CDTE // j. Cryst. Growth. 117. P.271-275 (1992).

16. С.А. Медведев, С.Н. Максимовский, К.В. Киселева, Ю.В. Клевков, Н.Н. Сентгорина. О природе точечных дефектов в нелегированом CDTE // Изв. АН СССР. Неорганические материалы, IX (3), сс. 356-360 (1973).

17. О.Э. Панчук, П.И. Фейчук, Л.П. Щербак, П.М. Фочук, Р.Ф. Бойчук. Распределение Ga в CDTE // Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 21 (7), сс.1118-1120 (1985).

18. С.С. Лисняк. Кристаллоквазихимическая модель исследований в химии твердого тела // Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 29 (9), сс.1913-1917 (1992).

19. В.Г. Яковлева. Структура и свойства соединений AIIBVI. - В сб.: Современное состояние аналитической химии полупроводниковых соединений типа AIIBVI (Тр. Моск. ин-та стали и сплавов). М.: Изд. МИСИС, с. 151 (1983).

20. Н.Х. Абрикосов, В.Ф. Банкина, Л.В Порецкая, Е. В. Скуднова, С.Н. Чижевская. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. М., Наука, с.220 (1975).

21. В.В. Матлак, М.И. Илащук, О.А. Парфенюк, П.А. Павлин, А.В. Савицкий. Електропроводность полуизолирующего CDTE // Физика и техника полупроводников, 16 (10), сс.89-92 (1982).

22. К. Руманс. Структурные исследования некоторых окислов и других халькогенидов при нормальных и высоких давлениях. М.: Мир, (1969).

23. Д.В. Корбутяк, С.В. Мельничук, П.М. Ткачук. Домішково-дефектна структура CDTE:Cl - матеріалу для детекторів іонізуючого випромінювання // Укр. Фіз. Журн., 44 (6), сс.730-737 (1999).