Влияние примесей на физико-химические свойства селенида цинка - Курсовая работа

Проводниковые соединения элементов второй и шестой групп таблицы Менделеева уже на протяжении долгого времени занимают одно из главных мест в физике полупроводников. Главное достоинство соединений этих групп состоит в том, что они обладают различными значениями ширины запрещенной зоны, которая колеблется от нулевых значений до нескольких электрон-вольт, это позволяет варьировать в широких пределах их электрические, фотоэлектрические и оптические свойства. Наличие прямозонных переходов в этих соединениях позволяет получить эффективное лазерное и люминесцентное излучение, которое используется в военных, технологических и медицинских целях, а так же в области цифровой записи информации. В последние годы в связи с быстрым развитием нанотехнологий, широкое применение получили наноразмерные структуры на основе полупроводниковых соединений AIIBVI. Например, до сих пор не решена проблема получения проводимости р-типа в полупроводниковых соединениях таких, как селенид цинка.Устойчивой модификацией являются кристаллы типа сфалерит, тип В-3, которые имеют пространственную группу F43m (T2d). Кристаллы типа вюрцит, тип В-4, имеют пространственную группу P63MC (). Модификация типа вюрцит существует только в пленках или в виде метастабильной фазы, которая возникает при кристаллизации из газовой фазы или при разложении органических комплексных соединений цинка. Так как эти структуры очень сходны, в процессе получения селенида цинка из газовой фазы, будет кристаллизоваться не только трехслойная (кубическая) или двухслойная (гексагональная) упаковка, а в зависимости от условий выращивания селенид цинка будет образовывать кубические кристаллы с трехслойной упаковкой, типа сфалерита, или кристаллы со смешанной упаковкой, которая образуется чередованием 2 - и 3-слойных участков. Структура цинковой обманки или сфалерита, которая изображена на рисунке 1, очень сходна со структурой алмаза в том, что атомы одного элемента (цинка или селена) занимают узлы гранецентрированной кубической ячейки, а атомы другого элемента занимают центры четырех малых кубов из восьми имеющихся.Введение примеси оказывает влияние на большинство физических свойств соединения. В основном они влияют на электрические и оптические свойства фаз, так как именно эти свойства являются определяющими при использовании легированных полупроводниковых материалов. Кроме того примеси способны искажать зонную структуру полупроводника. В качестве легирующих чаще используют элементы третьей, пятой, седьмой групп, а так же примеси 3d-элементов.Наиболее приемлемой примесью для получения селенида цинка с дырочной проводимостью является литий, который образует мелкие акцепторные уровни LIZN. Был проведен опыт, в котором анализируется возможность предварительной обработки селенида цинка в расплаве селена (PC) для управления составом дефектов при введении в кристалл примеси лития. В случае малой концентрации вакансий цинка, согласно [8], становится существенным френкелевское разупорядочение в катионной подрешетке, в результате этого активно проявляются амфотерные свойства лития и тогда его внедрение описывается реакцией С учетом выражения для коэффициента распределения лития в кристалле выражения для константы равновесия реакции ионизации атомов лития и константы термической ионизации решетки имеем Это значит, что при фиксированной температуре величина т.е. с увеличением концентрации дырок в кристалле происходит преимущественный выход лития из узлов кристаллической решетки в междуузлия.Алюминий, галлий, индий настолько быстро диффундируют в ZNSE, что методом диффузии можно получать относительно высокий уровень легирование (n~1018 см - 3). При отжиге в вакууме, инертной атмосфере или низких давлениях кристаллы ZNSE: Al становятся почти изоляторами вследствие того, что катионные вакансии связываются с Al в комплексы, действующие как глубокие акцепторы. При повышении давления поступление вакансий цинка с поверхности уменьшается, что приводит к увеличению концентрации несвязанных атомов Al. Вакансии диффундируют с поверхности с коэффициентом диффузии примерно 10-6 см2/с (при 850?С), в то время как коэффициент диффузии Al (при 1050?С) равен всего лишь 1,6*10-9 см2/с.Примеси элементов третьей (Al,Ga,ln) и седьмой (Br, Cl) групп ведут себя по-разному в ZNSEC точки зрения образования электрически активных уровней вблизи дна зоны проводимости. [9] В ZNSE, легированном Br, Ньюб и Линд обнаружили вблизи дна зоны проводимости уровень 0,21 ЭВ. К такому не выводу пришли и авторы работы [13], которым удалось в результате легирования кристаллов ZNSE индием получить р-тип проводимости, замещая в узлах решетки атомы Zn, In образует вблизи дна зоны проводимости нормальный донорный уровень. Так же следует отметить, что получение низкоомных кристаллов селенида цинка с проводимостью р-типа - это очень сложная задача изза явления самокомпенсации, наблюдающегося как в селениде цинке, так и других соединениях AIIBVI. В работе [14] были описаны оптические и электрические свойства кристаллов селенида цинка

Содержание

Введение

1. Кристаллическое строение селенида цинка

2. Легирование селенида цинка

2.1 Влияние лития на селенид цинка

2.2 Влияние примесей третьей и седьмой групп на селенид цинка

2.2.1 Диффузия примесей

2.2.2 Влияние примесей на электрические свойства

2.3 Влияние примесей пятой группы на селенид цинка

2.4 Влияние 3d-элементов металлов на селенид цинка

2.4.1 Влияние примеси хрома на оптическое поглощение селенида цинка

2.4.2 Влияние примеси железа на фотопроводимость селенида цинка

2.4.3 Влияние примеси железа на люминесцентные свойства селенида цинка

2.4.5 Влияние примеси кобальта на оптическое поглощение селенида цинка

2.4.6 Влияние примеси никеля на оптическое поглощение селенида цинка

3. Применение селенида цинка легированного различными примесями

Заключение

Библиографический список

Проводниковые соединения элементов второй и шестой групп таблицы Менделеева уже на протяжении долгого времени занимают одно из главных мест в физике полупроводников. Они являются одними из наиболее важных и перспективных материалов для быстро развивающихся областей науки и техники.

Главное достоинство соединений этих групп состоит в том, что они обладают различными значениями ширины запрещенной зоны, которая колеблется от нулевых значений до нескольких электрон-вольт, это позволяет варьировать в широких пределах их электрические, фотоэлектрические и оптические свойства. Их спектральная область фоточувствительности, люминесценции и лазерного излучения может изменяться от инфракрасного до ультрафиолетового участка спектра. Наличие прямозонных переходов в этих соединениях позволяет получить эффективное лазерное и люминесцентное излучение, которое используется в военных, технологических и медицинских целях, а так же в области цифровой записи информации.

В последние годы в связи с быстрым развитием нанотехнологий, широкое применение получили наноразмерные структуры на основе полупроводниковых соединений AIIBVI. Применение подобных структур в оптоэлектронике позволит в большие степени улучшить качество приборов.

Но в настоящее время существуют нерешенные проблемы, которые мешают совершить значительный прорыв в области создания оптоэлектронных устройств на основе соединений AIIBVI. К ним относят проблему создания качественного p-n перехода в этих материалах, она связанна с проблемой легирования кристаллов соединений AIIBVI мелкими примесями. Например, до сих пор не решена проблема получения проводимости р-типа в полупроводниковых соединениях таких, как селенид цинка.

Другая, важная проблема связана с собственными дефектами соединений AIIBVI. В данном случае, под дефектами нужно понимать наличие вакансий или остаточных примесей, которые могут образовывать как мелкие, так и глубокие примесные уровни различной дислокации и т.д. Давно известно, что дефекты являются центрами безызлучательной рекомбинации, которые приводят к размытию пика люминесценции, температурной и временной деградации прибора.

Кроме легирования полупроводниковых соединений AIIBVI мелкими примесями, большое практическое значение имеет их легирование примесями 3d-элементов. Эти примеси, могут образовывать в полупроводниках с ионно-ковалентными связями глубокие уровни, изза своих энергетических состояний, они очень сильно изменяют оптические и магнитные свойства исходных материалов, это приводит к новым возможностям их практического применения. Так, например, такие соединения как ZNSE: Cr2 и ZNSE: Fe2 открывают перспективу создания для разработки перестраиваемых твердотельных лазеров среднего (2-5мкм) ИК-диапазона, которые применяются для дистанционного зондирования атмосферы.

Итак, целью данной работы является теоретическое изучение влияния различных примесей на строение кристаллической решетки селенида цинка, а так же на физико-химические свойства этого соединения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: 1. Подобрать литературу согласно цели данной работы;

2. Изучить строение кристаллической решетки селенида цинка;

3. Рассмотреть какими элементами легируют это соединение;

4. Изучить влияние примесей на строение кристаллической решетки селенида цинка;

5. Изучить влияние примесей на физико-химические свойства селенида цинка.