Надтонкі взаємодії та стан домішок і дефектів у телуридах свинцю-олова і моноселенідах індію і галію
Дослідження зсуву Найта і форми резонансних спектрів у телуридах свинцю-олова залежно від концентрації носіїв струму. Ознайомлення з особливостями розробленої методик детектування у напівпровідникових матеріалах з високою електричною провідністю.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 26.08.2014 |
| Размер файла | 100,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Динамічна магнітна сприйнятливість - величина комплексна: ас=1-і2. На температурній залежності реальної частини ч1 спостерігається яскраво виражений максимум при Т=28К і два інших, більш слабкі, при 190 та 267 К. На кривій уявної компоненти 2(Т) також є три піки: великий - при Т=34К, малий - при 184К і ледве помітний при 269К.
При дослідженні кривих намагнічення М(Н) в області слабких магнітних полів, Н=±40 Гс, отримані релеєвські петлі гістерезису при Т=20 і 50 К. При Т=100К спостерігається лінійна залежність М(Н). У відпалених зразках ас визначається тільки реальною компонентою ч1, що знаходиться у фазі з прикладеним змінним магнітним полем. На залежності ч1(Т) також є три піки, при цьому низькотемпературний пік спостерігається при більш високій температурі - 43К. Відпал зразків у вакуумі при Т=593К протягом 28 годин приводить до зникнення L-лінії. З пониженням температури від 300 до 140К ширина I-лінії і її інтенсивність ростуть, а при Т 140К ЕПР уже не спостерігається.
Аналіз результатів проводиться з урахуванням особливостей хімічного зв'язку в шаруватих кристалах А3В6. У легованих сполуках даного типу домішкові атоми можуть як заміщати катіони в кристалічному шарі, так і локалізуватися в міжшаровому просторі.
Наявність у спектрі ЕПР двох ліній поглинання з відмінними параметрами однозначно вказує на існування у невідпалених зразках In1-хMnхSe (х=0,0125) двох різних домішкових підсистем. Природно припустити, що І-компонента спектра (з більшою інтенсивністю) пов'язана з атомами Mn, які знаходяться у ван-дер-ваальсівській щілині, а L-компонента - з атомами Mn, які заміщають атоми індію в шарі. В рамках даної моделі стає зрозумілою відсутність L-компоненти в спектрах ЕПР відпаленого зразка. В процесі відпалу іони Mn дифундують з кристалічного шару в міжшаровий простір, внаслідок чого L-компонента зникає.
Наявність орієнтаційної залежності параметрів L-лінії та відсутність такої залежності у разі І-лінії свідчать про різну симетрію локального поля, діючого на іон Mn у кристалічному шарі і в міжшаровому просторі. Згідно з [9] число компонент g-фактора пов'язано з симетрією локального поля в кристалі. Так, кубічній симетрії локального поля відповідає ізотропний g-фактор. Якщо є два g-фактори, g та g, і спектр має аксіальну симетрію в площині ху, то симетрія буде аксіальною. Якщо є три g-фактори (gх, gу, gz), симетрія буде ромбічною або нижчою.
Отже, спостереження орієнтаційної залежності L-лінії в двох площинах (ас) і площині сколу (аа) свідчить про те, що симетрія локального поля в шарі нижча від аксіальної симетрії. Відсутність же кутової залежності параметрів І-лінії (g-фактор ізотропний) пояснюється кубічною симетрією локального поля в міжшаровому просторі In1-хMnхSe (х=0,0125).
Зауважимо, що характер температурної залежності ширини ліній НI(Т) і НL(Т) та їхніх інтегральних інтенсивностей SI(T) і SL(T) визначається, головним чином, типом обмінних пар, які існують у міжшаровому просторі і усередині шару.
Зменшення інтенсивностей SІ та SL з пониженням Т від 140 до 77К, при одночасному розширенні I і L-ліній, відображає той факт, що в обох домішкових підсистемах непряма обмінна взаємодія - антиферомагнітна. Навпаки, збільшення інтенсивностей SІ та SL в інтервалі від 300 до 140К вказує на феромагнітний характер обмінної взаємодії між іонами марганцю як у міжшаровому просторі, так і в кристалічному шарі.
Характер температурної залежності ас(Т), а також наявність магнітного гістерезису в області Релея є прямим доказом існування тривимірного феромагнітного порядку в області Т<77К. Ми вважаємо, що при низьких температурах у таких квазідвовимірних кристалах, як In1-хMnхSe, цілком можливе утворення пар типу Mn1-(Se)-Mn2, де іон Mn1 локалізований у міжшаровому просторі, а Mn2 - у шарі. Непряма обмінна взаємодія за участю таких пар об'єднує сусідні кристалічні шари, внаслідок чого виникає тривимірний магнітний порядок. Враховуючи величину спостережуваних ефектів, можна вважати, що феромагнітне впорядкування не охоплює всього об'єму кристала, а встановлюється в окремих його областях - кластерах домішкових іонів. При цьому наявність магнітних гістерезисів указує на доменну структуру феромагнітно впорядкованих кластерів. Як і у випадку звичайного магнітного гістерезису, релеївські петлі гістерезису пов'язані з незворотним процесом намагнічування в слабкому магнітному полі.
Щодо походження високотемпературних слабких піків на кривих 1(Т) і 2(Т). Вони спостерігаються в температурній області ~ 300 - 150К, де в обох домішкових підсистемах, згідно з ЕПР, діє феромагнітна обмінна взаємодія. Ми прийшли до висновку, що природа появи цих піків така ж, як і при низькій температурі, оскільки зі збільшенням вмісту Mn у зразках (х=0,037) амплітуда високотемпературних піків збільшується.
Все вищесказане значною мірою відноситься до відпалених зразків. Єдина відмінність полягає в тому, що всі піки на залежності реальної компоненти 1(Т) зобов'язані утворенню феромагнітних кластерів у міжшаровому просторі. Отже, ми прийшли до висновку, що у відпалених зразках виникає двовимірний феромагнетизм. Під дією відпалу, фактично, всі домішкові іони дифундують з шару у ван-дер-ваальсівську щілину, зменшуючи тим число розривів у ланцюжку взаємодіючих іонів Mn. У результаті спостерігається збільшення температури Кюрі в зразках (43К проти 28К в невідпалених зразках).
Встановлення двовимірного феромагнітного порядку (в тому числі в області кімнатних температур) у міжшаровому просторі відпалених зразків InSe:Mn дозволяє розглядати їх як систему, що складається послідовно з діамагнітних (у шарі) і магнітовпорядкованих (у міжшаровому просторі) шарів. Такого роду системи являють інтерес у плані практичного використання.
ЯМР і ЕПР у сильно виродженому SnTe:Mn. Вивчення стану домішкової системи проводилося на основі досліджень спектрів ЯМР на ядрах 119Sn і 125Te у SnTe:Mn, концентраційної залежності зсуву Найта в нелегованому SnTe, а також ЕПР і магнітної сприйнятливості. Спектри ЯМР вивчалися на зразках SnTe:Mn з концентраціями домішки NMn=0,5 і 5 ат.% та дірок р77=81020см-3, структура яких залишається кубічною в інтервалі 4.2ч300К. Парамагнітні іони значно збільшують ефективне магнітне поле на ядрах олова та телуру, що приводить до розширення резонансних ліній. При NMn=5 ат.% ширина лінії 119Sn перевищує 150Гс (проти 15 Гс у нелегованому SnTe). Проте в інтервалі Т=77-300К у SnTe:Mn відсутні області з далеким магнітним порядком аж до NMn=10 ат.%. Обмінна взаємодія між іонами марганцю здійснюється за допомогою дірок (механізм РККІ) і носить антиферомагнітний характер при NMn=0,5 і 5 ат.% та феромагнітний - при NMn=10 ат.%.
Спостереження широкої безструктурної лінії ЕПР в указаних зразках також свідчить про існування обмінної взаємодії між домішковими іонами Mn. Проте зі зменшенням концентрації дірок до р21020 см-3 на фоні широкої лінії виявляється надтонка структура з шести ліній з константою НТВ А=(57±1)10-4см-1. Отже, в кристалах SnTe:Mn, окрім парамагнітних іонів Mn, охоплених обмінною взаємодією, існують ізольовані іони Mn2+.
Стрибкоподібне розширення лінії ЯМР при Т=20±2К, (при її незалежності в інтервалі 77-300К) і відсутність сигналу ЯМР при 4.2К відображають зміну в стані домішкової системи SnTe:Mn, що викликане різким збільшенням ефективного магнітного моменту іонів Mn. Ці факти можна пояснити, враховуючи магнітну фазову діаграму системи SnTe:Mn, згідно з якою при Т=20±2К та NMn=5 ат% утворюється суперпарамагнітна фаза SnTe:Mn і феромагнітна - при Т=4.2К.
Стан домішки гадолінію в PbTe:Gd та Pb1-хSnхTe:Gd. У четвертому розділі було показано, що під дією пластичної деформації в телуридах свинцю-олова утворюються комплекси “Gd3+- VTe+” і “Gd3+- Pbi”. Очевидно, можна було чекати спотворення кубічної симетрії в комплексах через вплив електричних полів VTe+. До того ж іонний радіус Gd3+ (0.94Е) значно менший, аніж радіус іона Pb2+ (1,26Е). Викликає також інтерес дослідження зміни в спектрах ЕПР Gd3+, зумовлених введенням Sn в телурид свинцю. Така інформація дає уявлення про розподіл компонентів в твердому розчині Pb1-хSnхTe:Gd.
Тонка структура спектрів ЕПР Gd3+ у кристалах Pb1-хGdхTe при H||[001] складається із 7 ліній, характерних для парамагнітного іона в стані S = 7/2 в кристалічному полі кубічної симетрії [10]. Спектр, що спостерігається в Х-діапазоні (10ГГц), виявляє помітну асиметрію в розташуванні бічних ліній відносно центральної лінії. Крім того, має місце відхилення інтенсивностей ліній у спектрі від біномінального ряду - 16:12:15:7, передбаченого теорією.
Такі відхилення зумовлені тим, що тонке розщеплення, викликане кристалічним полем (?1400Гс), і зеєманівське в Х-діапазоні (?3500 Гс) - величини одного порядку. Тому для Gd3+ фактично реалізується випадок проміжного магнітного поля. Проте в умовах сильного магнітного поля асиметрія в розташуванні спектральних ліній відсутня, що встановлено з орієнтаційної залежності спектра ЕПР Gd3+ у PbTe у W - діапазоні (95 ГГц) при Т=3К. У цьому випадку орієнтаційна залежність добре узгоджується з розрахунковими даними. В наближенні спінового гамільтоніана
знайдені параметри b4 і b6, які склали, відповідно, 110,9472 і 2,6442 МГц.
Сильне магнітне поле змінює характерний вид спектра ЕПР через зміну заселення відповідних енергетичних рівнів. Бічна лінія спектра в більш високому полі, яка відповідає переходу -7/2 - 5/2, не спостерігається, а лінії -3/2 -1/2 і +1/2 -1/2 виявляються сильно ослабленими. Як у слабкому, так і сильному магнітному полі поведінка спектрів ЕПР Gd3+ задовільно описується кубічними параметрами спінового гамільтоніана. На цій підставі можна стверджувати, що положення іона Gd3+ у вузлах металевої підґратки практично центральне.
Особливістю спектрів ЕПР Gd3+ у твердих розчинах Pb1-xSnxTe є розширення ліній тонкої структури. Зі збільшенням вмісту Sn таке розширення наростає, що особливо помітно на бічних лініях спектра. Очевидно, таке розширення пов'язано з неоднорідністю кристалічного поля, яке зумовлене наявністю Sn. На відміну від порошків PbTe:Gd, спектри ЕПР твердих розчинів Pb1-xSnхTe:Gd неможливо відтворити простими компонентами. Модельовані спектри завжди складаються з вузької та розширеної ліній. Причому обидві розташовані у позиції центральної лінії тонкої структури спектра ЕПР в кристалах PbTe:Gd. Зважаючи на це, можемо віднести першу вузьку лінію до невзаємодіючих іонів Gd3+, тоді як розширена лінія пов'язана із взаємодіючими іонами Gd3+. Наявність цих двох груп іонів Gd можна пояснити статистично неоднорідним розподілом металевих компонентів у твердому розчині Pb1-xSnxTe: при вирощуванні з розплаву зі збільшенням х збільшується ймовірність утворення мікрофаз, збагачених Sn.
У шостому розділі наведені результати досліджень ядерного квадрупольного резонансу монокристалів GaSe і InSe, які були отримані в різних технологічних умовах - при великому градієнті температури на фронті кристалізації (Т 400С/см) і відносно малому (Т 20оС/см). Спостереження спектрів ЯКР у GaSe проводилось на ізотопах 69Ga (ядерний спін I=3/2) з квадрупольним моментом eQ=0,231810-24 см2. Оскільки спін ядер галію I=3/2, то, відповідно до правил відбору, повинен спостерігатися тільки один перехід між рівнями квадрупольної енергії (1/2 3/2). Проте при температурі Т=291К і Т 40оС/см спостерігаються два однакові за формою спектри.
Поява цих спектрів пов'язується з наявністю в середині елементарної комірки для кожного з е- та г- політипів двох нееквівалентних металевих станів Ga. Деяка відмінність у кристалічній структурі цих політипів приводить до додаткового розщеплення спектрів у дублети на частотах 19,125; 19,133 і 19,174; 19,185 МГц. Слабку лінію на частоті 19,160 МГц (при Т=293 К) швидше за все можна віднести до в-політипу. В цій структурній модифікації всі стани Ga еквівалентні. Застосувавши малий рівень частотної модуляції (f 1кГц), ми вперше спостерігали тонку структуру лінії дублета. Спектр ЯКР у зразках, вирощених при Т 20оС/см, також складається з двох дублетів, але з відмінною конфігурацією вершин. На відміну від зразків, одержаних при Т40оС/см, тут тонка структура спектра майже не виявляється.
Наявність тонкої структури в першій серії зразків і її слабкий прояв у другій свідчать про вплив технологічних умов на формування різних структурновпорядкованих фрагментів, вбудованих в або - політипи. Справді, при великому градієнті температури на фронті кристалізації зростає кількість упорядкованих структурних дефектів упаковки, що виявляється в спектрах ЯКР. При малому градієнті температури кількість структурних дефектів, очевидно, не зменшується, проте вони невпорядковані.
Раніше було показано, що характер спектрів ЯМР 7Li в інтеркальованому GaSe:Li свідчить про існування в міжшаровому просторі як рухомих іонів Li+, так і фіксованих, жорстко пов'язаних з ґраткою. При введенні Li до NLi=1018см3 не спостерігалося відчутної різниці в частоті резонансу і формі спектрів ЯКР між легованими та інтеркальованими кристалами. Проте при NLi=1020см-3 відмінність у формі спектрів стає помітною, тому що тонка структура вже не виявляється. Оскільки частота основних двох резонансних піків (характерних для GaSe) помітно не змінюється, то можна говорити про незмінність кристалографічних параметрів. Це підтверджується рентгенографічними дослідженнями GaSe, інтеркальованного літієм. Оскільки іони Li+ мають порівняно малий іонний радіус (0,68Е), то вони легко впроваджуються в міжшаровий простір, практично не змінюючи відстань між шарами. Водночас у зразках з NLi=1020см-3 збільшується кількість фіксованих іонів Li+, що знаходяться в міжшаровому просторі. Це і приводить до розмиття тонкої структури ЯКР 69Ga, а в спектрах ЯМР спостерігається квадрупольне розширення резонансних ліній 7Li.
Резонансні лінії ЯКР ізотопу 115In досить інтенсивні і не вимагають накопичення сигналу цифровими методами. Оскільки 115In має спін I=9/2, то відповідно до правил відбору існують чотири резонансні переходи: 1/2 3/2; 3/2 5/2 ; 5/2 7/2; 7/2 9/2. Частоти ЯКР можуть бути знайдені з відомих виразів [11], при цьому з експериментальних значень резонансних частот можна визначити параметр асиметрії і обчислити константу квадрупольного зв'язку e2Qqzz.
В InSe для ізотопу 115In нами знайдено чотири області резонансних спектрів, середні значення частот яких приблизно задовольняють співвідношенню 1:2:3:4=1:2:3:4. Останнє свідчить про незначну асиметрію градієнта електричного поля на 115In і його розподіл доречно вважати аксіально-симетричним. Для першого переходу 1/2 3/2 резонансну частоту можна знайти за формулою:
, (7)
а частоти інших переходів, відповідно, складатимуть 21, 31 і 41. Спектр складається з трьох мультиплетних груп з максимальною інтенсивністю ліній на частотах 20,495; 20,575 і 20,672 Мгц, відповідно. Такі спектри ЯКР в InSe спостерігаються вперше.
Лінії другого мультиплета порівнюються за інтенсивністю з лініями першого і третього мультиплетів. Це означає, що поряд з передбачуваними і -політипами може існувати ще одна модифікація InSe. Як і у разі GaSe, ми вважаємо, що тонка структура спектрів 115In в InSe викликана існуванням впорядкованих областей в основних політипних утвореннях. Із зіставлення фрагментів спектрів ЯКР для кристалів InSe, вирощених при різних температурних градієнтах на фронті кристалізації, випливає, що (як і у разі з GaSe) при пологому градієнті тонка структура практично не проявляється.
В сьомому розділі розглянуті деякі практичні застосування резонансних методів, розроблених на основі проведених досліджень.
1. Визначення концентрації й оцінка однорідності розподілу носіїв струму в об'ємі зразка. Запропонований спосіб визначення концентрації вільних носіїв та електричної однорідності зразків базується на використанні концентраційної залежності зсуву Найта, одержаної на ядрах 207Pb і 119Sn у кристалічних зразках PbTe та SnTe, відповідно. Визначення вказаних параметрів у твердих розчинах Pb1-xSnxTe і Pb1-xGexTe проводиться з використанням відповідної градуюваної кривої для вказаних сполук. Перевагою методу є його безконтактний характер. Причому такий контроль можна проводити в процесі технологічної термообробки напівпровідникової пластини, не виймаючи її із запаяної ампули. Останнє дає можливість, наприклад, довести процес відпалу до завершальної стадії в оптимальний термін без стресових вилучень матеріалу з контейнера.
2.Способ виявлення областей з різним типом провідності на основі спектрів ЯМР. Методика виявлення областей з різним типом провідності в об'ємі напівпровідника за допомогою ЯМР ґрунтується на протилежних знаках зсуву Найта для зразків з p- і n- типом провідності. Крім того, в таких зразках спостерігається протилежний хід температурної залежності резонансних полів. Зі зниженням температури відмінність у зсувах Найта в матеріалах з різним типом провідності стає більш виразною. Тому для підвищення роздільної здатності методу необхідно знижувати температуру зразка. Метод виявлення областей з різним типом провідності придатний для контролю PbTe, Pb1-xSnxTe і Pb1-xGexTe з концентрацією носіїв до 2·1019см-3.
3. Перевірка якості інтеркаляції в шаруватих сполуках. Наявність двовимірної атомної рухливості лужних металів у міжшаровому просторі шаруватих кристалів дозволяє за допомогою ЯМР спостерігати однорідність розподілу інтеркалянта за шарами. Така можливість заснована на відомому принципі ЯМР-томографії, де спостереження резонансу від різних частин об'єкта проводиться в градієнтному магнітному полі. З одержаної інформації у вигляді інтенсивності резонансного сигналу формується зображення досліджуваного об'єкта. Спектри ЯМР 7Li в інтеркальованому літієм GaSe спостерігалися на частоті резонансу fo=13,495 Мгц методом швидкого безмодуляційного сканування магнітного поля в області резонансних умов. Зразки були зроблені у вигляді пакетів пластин GaSe прямокутної форми розмірами 483мм3. Градієнт поля був спрямований уздовж кристалічної осі с, тобто ортогонально атомним шарам. При такому розташуванні зразка в магнітному полі завдяки відсутності міжшарової дифузії літію реєструється усереднений профіль розподілу інтеркалянта в напрямку градієнта магнітного поля.
4.Спосіб виявлення феромагнітних включень. Методика базується на чутливості спін-детектора ЯМР до намагніченості речовини. Для дослідження процесів намагнічування в області слабких магнітних полів (область Релея) індукційний давач ЯМР налаштований на детектування сигналу дисперсії. Якщо в зразку існують магнітовпорядковані області, то при скануванні постійного магнітного поля Н0 в області полів ±150 Гс на виході спектрометра реєструються складні шумоподібні спектри. При цьому характер спектрів залежить від орієнтації зразка в магнітному полі та спостерігається магнітний гістерезис. Методика дозволяє контролювати матеріали на забруднення їх магнітними мікровключеннями.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
Розроблена оригінальна конструкція індукційного давача спектрометра ЯМР, яка дозволила збільшити високочастотну розв'язку приймального і передаючого контурів до 100 дБ, що дало можливість досліджувати широкі резонансні лінії у вузькозонних напівпровідниках.
Уперше на концентраційній залежності зсуву Найта в PbTe n і р-типу спостерігалися особливості, пов'язані зі зміною топології поверхні Фермі: в р-PbTe - при р121019см-3 і р2 61019см-3, а в n-PbTe - при n21019см-3 (Т=293K). Різке зростання парамагнітного зсуву в області концентрацій р61019см-3 і n21019см-3 пояснюється тим, що поверхня Фермі стає відкритою (як в металах). У разі SnTe цей ефект спостерігається при р=0,6 р772,31020см-3.
На основі досліджень ЕПР на іонах Mn і ЯМР на ізотопах 207Pb встановлено, що під дією пластичної деформації в зразках PbTe:Mn індукуються дефекти донорного типу, компенсуюча дія яких проявляється в зменшенні концентрації дірок практично до власних значень.
Виходячи із результатів досліджень ЕПР та ЯМР, запропонована модель перезарядки домішки гадолінію з Gd2+ на Gd3+, згідно з якою в порошкових зразках PbTe:Gd і Pb1-xSnxTe:Gd утворюються парамагнітні комплекси з вакансій телуру і міжвузлового свинцю - “Gd3+-VTe+” і “Gd3+-Pbi”.
Встановлено, що рухливість домішкового літію в SnTe:Li за рахунок тунельного механізму зберігається аж до температур рідкого гелію. В PbTe:Li існують критичні температури, при яких атомний рух Li в матричному кристалі припиняється. Відмінність у поведінці домішкової системи зв'язується з тим, що в SnTe кількість металевих вакансій значно перевищує їх число в PbTe.
При дослідженні спектрів ЯМР і ЯКР 69Ga, 71Ga, 7Li в інтеркальованих кристалах GaSe:Li з NLi=2,5М1018см-3 та NLi=1,3М1020 см-3 установлено, що в міжшаровому просторі існують два стани літію - рухливі іони Li+ та фіксовані, жорстко пов'язані з граткою. В останньому випадку спостерігається розширення ліній ЯМР, викликане квадрупольною взаємодією ядер 7Li з градієнтом електричного поля.
З результатів дослідження парамагнітного резонансу, намагніченості та динамічної магнітної сприйнятливості встановлено існування в невідпалених кристалах In1-xMnxSe (x=0,0125) двох домішкових підсистем - в середині кристалічного шару та в міжшаровому просторі. При Т< 77K і в області кімнатних температур у шаруватому кристалі виникає тривимірний магнітний порядок. У відпалених зразках у міжшаровому просторі спостерігається двовимірний феромагнетизм.
У монокристалах телуридів свинцю й олова домішка Gd проявляє донорні властивості і може знаходитися в двох зарядових станах Gd2+ і Gd3+. Для магнітоактивних станів Gd3+, що знаходяться в комплексах “Gd3+-VTe+” і “Gd3+- Pbi”, спектри ЕПР відповідають кубічній симетрії парамагнітного центра.
Установлено, що в твердих розчинах Pb1-xSnxTe:Gd зі збільшенням вмісту олова тонка структура спектрів ЕПР Gd3+ стає нерозділеною. Це вказує на локальне розупорядкування в твердому розчині, викликане статистично нерівномірним розподілом металевих компонентів.
Показано, що наявність двох нееквівалентних позицій Ga та In дозволяє методом ЯКР ідентифікувати полiтипнi модифікації в GaSe і InSe. Знайдена тонка структура в спектрах ЯКР свідчить про існування певного порядку в структурі політипів шаруватих монокристалів. Характер спектрів залежить від температурних умов вирощування кристалів GaSe і InSe.
Цитована література
1. Arnold J.T. Magnetic resonances of protons in ethyl alcohol // Phys. Rev.
- 1956. - V. 102, № 1. - P. 136-150.
2. Богоносцев М.А., Голенищев-Кутузов В.А., Соловаров Н.К.
Резонансное взаимодействие геликонов с ядерными спинами в InSb//
ФТТ.-1975.-В.6.-С.1793-1794.
3. Максфилд Б. Геликоны в твердых телах // Успехи физ.наук.-1971,
Т. 103, В.2.-С.233-273.
4. Senturia S.D., Smith A.C., Hewes C.R., Hofmann J.A., Sagalyn P.L.
Khight shifts and band structure in the lead salt semiconductors //Phys.
Rev. B. - 1970. - V.1, № 10. - P. 4045-4057.
5. Бушмарина Г.С., Драбкин И.А., Квантов М.А., Квятковский О.Е.
Магнитная восприимчивость в слабом магнитном поле и строение
валентной зоны в теллуриде олова//ФТП.-1990.-т. 32, № 10.- С. 2869-
2880.
6. Квятковский О.Е. Строение валентной зоны соединений А4В6// ФТП.
- 1990. - Т.32, № 10. - С. 2862-2868.
7. Story T., et. al. Electron Paramagnetic Resonance Knight Shift in
Semimagnetic (Duiited Magnetic) Semiconductors // Phys. Rev. Lett.-
1996.-77, № 13.-p. 2802-2805.
8. Wienecke M., Schenk M. In-Situ High-Temperature Hall and
Conductivity Measure-ments for Investigations of the Stability Region of
PbTe//phys. stat. sol. (a.).- 1987.- V. 101.- P. 115-122.
9. Лоу В. Парамагнитный резонанс в твердых телах (пер. с англ. под
ред. С.А.Альтшулера, Г.В.Скроцкого), М.: Мир, 1972.- 651 с.
10. Абрагам A., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс
переходных ионов (пер. с англ. под ред. Г.В.Скроцкого).- М.: ИЛ.
11. Гречишкин В.С. Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых
телах.-М.: Наука, 1973.-263 с.
ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ
Хандожко о.Г., Слинько В.В., Слинько Є.І. Зсув Найта і критичні точки в зонному спектрі PbTe та SnTe//Український фізичний журнал. 2006.- Т.51, №5.- С. 497-501.
Хандожко А.Г. Самоорганизация собственных точечных дефектов в пластически деформированном теллуриде свинца// Металлофизика и новейшие технологии. 2005.-Т.27, №9.-С. 1215 -1222.
Slyn'ko V.V. , Khandozhko A. G. , Kovalyuk Z. D. et al. Ferromagnetic states in the In1-xMnxSe layered crystal//Phys. Rev. B.-2005.- v.71.- P.255301-1-255301-5.
Слынько В.В., Хандожко А.Г., Ковалюк З.Д., Заслонкин А.В. та ін.. Слабый ферромагнетизм в слоистых кристаллах InSe:Mn//ФТП.- 2005.- Т.39, № 7.- С.806-810.
Хандожко. О.Г. Зсув Найта 119Sn в Pb1-xSnxTe і SnTe// Наук. вісн. Черн. ун-ту.- 2004.- в.201, “Фізика. Електроніка” .- с. 27- 30.
Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O. and Rudowicz C. EPR and NMR in powders of doped and undoped IV-VI crystals// Spectrochimica Acta. 2004.- Part А. 60. - Р.1247-1256.
Хандожко О.Г. Спектри ЯМР та струмова нестійкість в кристалах Pb0,75Sn0,25Te//Фіз..та хімія твердого тіла.- 2003.-Т.4, №2.- с. 250- 255.
Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O. and Rudowicz C., Peculiarities of the EPR activity of the Gd impurity in the Sn-rich Pb1-xSnxTe<Gd> solid solutions // Appl. Magnetic Resonance.-2003.- V.24.- P. 369-377.
Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O., and Rudowicz C. Peculiarity of the EPR spectra of impurity Gd ions in lead telluride single crystals // Physica B: Condensed Matter. - 2002. - Vol.322. - P.270-275.
Ковалюк З.Д., Слинько В.В., Хандожко О.Г.Стан іонів літію в інтеркальованих кристалах GaSe:Li//Журнал фізичних досліджень. - 2002. - т.6, №3.- С.343-346.
Брайловский В.В., Иларионов О.Е.,Слынько Е.И.,Хандожко А.Г. Оптимизация конструкции датчика для термометрии ядерного квадрупольного резонанса// Приб. и техн. эксперимента.- 2002.- Т.45, №5.- с. 158-159.
Хандожко О.Г., Слинько В.В., Слинько Є.І. Зсув найта та зонна структура PbTe и SnTe // Фізіка і хімія твердого тіла.- 2002.-Т.3, № 2.-С.240-245.
Zayachuk D., Polyhach Ye., Slynko E., Khandozhko O., Kempnyk V., Baltrunas D. Native defects and rare-earth interactions in IV-VI crystals // Physica B: Condensed Matter. - 2001. - V. 308-310. - P.1057-1060.
Ковалюк З.Д., Слинько Є.І., Хандожко О.Г. Ядерний квадрупольний резонанс в політипних сполуках GaSe та InSe//Фізика і хімія твердого тіла.-2001.-т.2, № 4.- с.579-583.
Брайловський В.В., Iларiонов О.Є., Хандожко О.Г., Шпатар П.М. Автодинний спін-детектор для ЯКР-термометрії//Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах, ВООТП, міжнар. наук.-техн. журнал.- 2000.-№ 4.- с.34-36.
Хандожко О.Г. Слинько Е.І. Модифікований індукційний давач ЯМР для спектрометра широких ліній//Вісн. держ. ун-ту “Львівська політехніка”, вип.”Електроніка”.-2000.- № 397.- с. 54-57.
Хандожко О.Г. Спостереження геліконів за допомогою апаратури ЯМР// Наук. вісн. Черн. ун-ту., 1999.- в. 63, “Фізика. Електроніка”.-
c. 91- 94.
Глушко Н.Ю., Хандожко О.Г. Коефіцієнт шуму та чутливість автодинного спін-детектора // Наук. Вісн. Черн. ун-ту.-1999.- в. 50, “Фізика”. -с.97 - 98.
Брайловський В.В., Iларiонов О.Є., Хандожко О.Г. Пiдвищення чутливості давача для ЯКР-термометра //Hаук. вiсн. Черн.ун-ту.-1998.- В.29, “Фізика”.-с.144-149.
Слынько В.В., Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Выграненко Ю.К. Особенности спектров ядерного магнитного резонанса 119Sn и 125Te в SnTe и SnTe:Mn// ФТП.- 1997.- Т.31, №10.- С.1187-1191.
Слынько В.В., Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Выграненко Ю.К., Данилюк Г.В. Обнаружение магнитоупорядоченных кластеров в полумагнитных полупроводниках // ФТП.-1991.-Т.25, №10.- С. 1836-1839.
Tovstyuk K.D., Polyakov I.O., Slinko E.I., Tovstyuk N.K., Khandozhko A.G. Lithium Impurity States in PbTe // Phys. Stat. Sol.(b). - 1990. - V.157. - P. 151-157.
Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Слынько В.В. Ядерная релаксация в кристаллах CdTe:Fe, Cr // Материаловедение узкощелевых и слоистых полупроводников. - Киев: Наукова думка. - 1989. - С. 110-118.
Хандожко А.Г., Слынько Е.И., Черныш И.П. Автодинный детектор для исследования ядерного магнитного резонанса и размерных эффектов в полупроводниках// Приб. и техн. эксперим.- 1988.- № 5.- с. 110-112.
Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Летюченко С.Д., Копыл А.И. Сдвиг Найта при сегнетоэлектрическом фазовом переходе в Pb1-xGexTe и SnTe // Изв. АН СССР. Сер.Физ.-1987.- Т.81, № 12. - С. 2136-2141.
A.c.1800413 СССР, МКИ5 G 01 R 33/20. Индукционный датчик ядерного магнитного резонанса / Ю.К. Выграненко, Г.В. Данилюк, Е.И. Слынько, А.Г. Хандожко (СССР). - № 4826973; Заявлено 18.05.90, Опубл. 7.03.93, Бюл. № 9. - C. 144.
A.c.1300354 СССР, МКИ4 G 01 N 24/08. Способ исследования полупроводниковых кристаллов методом ЯМР и спектрометр для его осуществления / Е.И. Слынько, А.Г. Хандожко, С.Д. Летюченко (СССР).- № 3930672; заявлено 12.07.85; Опубл.30.03.87, Бюл. №12.- 175 с.
A.c.1368748 СССР, МКИ4 G 01 N 24/04. Симметричный автодинный детектор ядерного магнитного резонанса / А.Г. Хандожко, Е.И. Слинько (СССР).- № 4071912/31-25; заявлено 7.04.86; Опубл. 23.01.88, Бюл. № 3. - 179 с.
Letyuchenko S.D., Slynko E.I., Tovstyuk K.D., Khandozhko A.G., Tovstyuk N.K. Jahn-Teller Effect in Li-Doped SnTe // Phys. stat. sol.(b).-1985.- V. 128.- P. K87- K92.
Слынько Е.И., Слынько В.В., Иванчук Р.Д. Хандожко А.Г. Исследование превращений в примесной системе кристаллов CdTe:Fe методом ядерного магнитного резонанса //Физ.и техн. полупр.-1985.-Т.19, в.7.- С.1335 (депо-нировано в отделении фондов ЦНИИ “Электроника”, 1984 г. №3948, 8 с.).
Хандожко А.Г. Форма линий ЯМР в SnTe при низких температурах // Физические основы полупроводникового материаловедения. - Киев: Наукова думка. -1986. - С.50-53.
Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Летюченко С.Д. Температурная релаксация спектров ядерного магнитного резонанса в полупроводниковых соединениях типа А4В6 //Физические основы полупроводникового материаловедения. - Киев: Наукова думка. -1982. - С.18-38.
АНОТАЦІЇ
Хандожко О.Г. Надтонкі взаємодії та стан домішок і дефектів у телуридах свинцю-олова і моноселенідах індію і галію. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за фахом 01.04.10.- фізика напівпровідників і діелектриків.
Робота присвячена встановленню особливостей зонного спектра та перетворень у системі домішок і дефектів у телуридах свинцю й олова, а також вивченню стану домішок у шаруватих кристалах моноселенідів індію та галію на основі досліджень надтонких взаємодій радіоспектроскопічними методами (ЯМР, ЕПР, ЯКР).
За концентраційними залежностями зсуву Найта та ширини резонансних ліній знайдені критичні точки зонного спектра в PbTe та SnTe, які пов'язані зі зміною топології поверхні Фермі. З досліджень ЯМР і ЕПР установлена динаміка перетворень у системі домішок і власних точкових дефектів у плаcтично деформованих зразках PbTe:Mn PbTe:Gd. Існування нанообластей із власною провідністю пояснюється утворенням парамагнітних комплексів донорного типу (Gd3+-VTe+ і Gd3+-Pbi). Встановлено тунельний механізм рухливості домішкових іонів Li в SnTe:Li і PbTe:Li. Характер спектрів ЯМР і ЯКР в інтеркальованих літієм шаруватих кристалах GaSe:Li свідчить про існування в міжшаровому просторі двох станів іонів літію: рухомих іонів Li+ і фіксованих, які знаходяться в тетраедричних пустотах, утворених сусідніми моноатомними шарами Se. Дослідження спектрів ЕПР, кривих намагнічення та динамічної магнітної сприйнятливості в шаруватих кристалах In1-xMnxSe (х=0.0125) показали, що в невідпалених зразках існують дві незалежні домішкові підсистеми - в кристалічному шарі та в міжшаровому просторі. При Т77 К та в області кімнатних температур виникає тривимірний феромагнітний порядок. У відпалених зразках спостерігається двовимірний феромагнетизм. Для виявлення політипної структури в шаруватих кристалах GaSe і InSe застосований метод ЯКР.
Ключові слова: телурид свинцю-олова, зсув Найта, критичні точки, пластична деформація, точкові дефекти, парамагнітні комплекси, шаруваті сполуки, феромагнетизм.
Хандожко А.Г. Сверхтонкие взаимодействия и состояние примесей и дефектов в теллуридах свинца-олова и моноселенидах индия и галлия. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора физико - матема-тических наук по специальности 01.04.10 .- физика полупроводников и диэлектриков. телурид свинець олово струм
Работа посвящена исследованию радиоспектроскопическими методами (ЯМР, ЭПР и ЯКР) особенностей зонного спектра и преобразований в системе примесей и дефектов в теллуридах свинца-олова с кубической симметрией, а также изучению состояния примесей в слоистых гексагональных кристаллах - моноселенидах индия и галлия. В работе представлена методика детектирования ЯМР в полупроводниковых материалах на основе соединений А4В6 и А3В6. Разработаны оригинальные конструкции автодинного и индукционного спин-детекторов, позволившие надежно детектировать резонансы тяжелых ядер 207Pb, 119Sn, 125Te в узкозонных полупроводниках.
Впервые проведены исследования сдвига Найта на ядрах 207Pb в PbTe n- и p -типа и ширины резонансных линий 119Sn в SnTe в широком диапазоне концентраций носителей заряда, включая предельно возможные для данных соединений ~ (1020ч1021см-3). По концентрационным зависимостям сдвига Найта и ширины резонансных линий найдены критические точки зонного спектра в PbTe и SnTe, которые связываются с изменением топологии поверхности Ферми. Сильное уширение линий ЯМР и их отклонение от гауссовой формы трактуется появлением анизотропного вклада в сдвиг Найта, вызванного усложнением поверхности Ферми. Учитывая динамику изменения ширины и формы линий ЯМР на ядрах 119Sn, установлена нестабильность металлической подрешетки SnTe при концентрациях р1,81020см-3. Выдвинута гипотеза о туннельном механизме движения смещенного иона олова по неэквивалентным позициям в окрестности металлического узла.
На основе исследований ЭПР Mn2+ и ЯМР 207Pb установлено, что в пластически деформированных образцах р-PbTe:Mn образуются дефекты донорного типа, что приводит к компенсации свободных носителей. Предложена модель перезарядки примеси с переменной валентностью Gd, основанной на формировании комплексов из вакансий Те и межузельного свинца: “Gd3+-VTe+” и “Gd3+-Pbi”.
Обоснован туннельный механизм подвижности примесных ионов Li в SnTe:Li и PbTe:Li. В последнем существуют критические температуры, при которых атомное движение Li в матричном кристалле прекращается. Характер температурных зависимостей подвижности ионов Li в этих соединениях определяется количеством вакансий в металлической подрешетке. На основании спектров ЯМР и ЯКР установлено, что в интеркалированных слоистых кристаллах GaSe:Li ионы лития находятся в межслоевом пространстве в двух состояниях: подвижные ионы Li+ и фиксированные, находящиеся в тетраэдрических пустотах, образованных соседними моноатомными слоями Se.
Учитывая характер спектров ЭПР, кривых намагниченности и динамической магнитной восприимчивости в слоистых кристаллах In1-xMnxSe (х=0.0125), впервые установлено, что в неотожженных образцах существуют две независимые примесные подсистемы - в слое и в межслоевом пространстве, а при Т77 К и в области комнатных температур возникает трехмерный ферромагнитный порядок. В отожженных образцах впервые наблюдается двухмерный ферромагнетизм. Найдено, что в монокристаллах теллуридов свинца и олова примесь Gd проявляет донорные свойства и может находиться в двух зарядовых состояниях Gd2+ и Gd3+. Для магнитоактивных состояний Gd3+, находящихся в комплексах “Gd3+-VTe+” и “Gd3+-Pbi”, спектры ЭПР соответствуют кубической симметрии парамагнитного центра. Установлено, что в твердых растворах Pb1-xSnxTe:Gd с увеличением содержания олова тонкая структура спектров ЭПР Gd3+ становится неразрешимой. Это указывает на локальное разупорядочение в твердом растворе, вызванное статистически неравномерным распределением металлических компонентов. Исследовано состояние примесных ионов в монокристаллах SnTe:Mn в зависимости от концентрации марганца NMn методами ЯМР, ЕПР и магнитной восприимчивости. Сделан вывод о антиферромагнитном характере взаимодействия в примесной системе при NMn= 0,5 и 5 ат.% и ферромагнитном - при NMn = 10 ат.%. Наличие квадрупольных моментов ядер Ga, In позволило методом ЯКР идентифицировать политипы в GaSe и InSe. Обнаружена тонкая структура спектров ЯКР в указанных соединениях, что говорит о существовании определенного порядка в структуре политипов слоистых монокристаллов. Характер спектров зависит от температурных условий выращивания кристаллов GaSe и InSe.
Приведены возможные практические применения метода ЯМР для бесконтактного определения концентрации носителей и оценки электрической неоднородности в полупроводниках типа А4В6, а также контроля интеркаляции слоистих кристаллов примесями Н, Li, Na.
Ключевые слова: теллурид свинца-олова, сдвиг Найта, критические точки, пластическая деформация, точечные дефекты, парамагнитные комплексы, слоистые соединения, ферромагнетизм.
Khandozhko A.G. Hyperfine interactions and state of the impurities and defects in lead-tin tellurides and monoselenides of indium and gallium.- Manuscript.
Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.10. - physics of semiconductors and dielectrics.
The work is devoted to the determination of the band spectrum peculiarities and transformations in the system of impurities and defects in lead-tin tellurides and also to the study of state of the impurities and defects in doped and intercalated monoselenides of indium and gallium by radiospectroscopy methods (NMR,EPR and NQR).
By the concentration dependences of Knight shift and the resonant lines width the critical points of a band spectrum are found for PbTe and SnTe which are connected with the change of a Fermi surface topology. The instability of SnTe metal subgrate is ascertained at concentrations р1,81020cm-3, caused by mobility of tin atoms. The transformations in system of impurities and own dot defects is established (by the NMR and EPR methods) in the plastically deformed samples PbTe:Mn and PbTe:Gd. The formation of nаnоregions with own conductivity is explained by formation of the donor type paramagnetic complexes ''Gd3+-VTe+'' and ''Gd3+-Pbi''. The tunnel mechanism of the Li impurity ions mobility is established in the crystals SnTe:Li and PbTe:Li. In accordance with NMR and NQR spectra, it is ascertained that two states of Li ions exist in the interlayer space of Li-intercalated layered crystals GaSe: mobile Li+ ions and fixed ones, which are in tetrahedral emptiness, formed by the neighbouring monoatomic layers Se. It is found that two subsystems of impurity manganese ions exist in the as-grown samples In1-xMnxSe (х=0.0125), the first one - inside the crystal layer and the second one - in the interlayer space. At T77 K and in the room temperatures range, three-dimensional ferromagnetic order appears as evidenced by the observation of Rayleigh hysteresis loops and by the character of temperature dependence of dynamic magnetic susceptibility. In the annealed sample two-dimensional ferromagnetism is observed in interlayer space. Method NGR is applied for discovery of polytype structures in layered crystals GaSe and InSe.
Key words: lead-tin tellurides, Knight shift, critical points, plastic deformation, dot defects, paramagnetic complexes, layered compounds, ferromagnetism.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Природа електронних процесів, що відбуваються при високоенергетичному збудженні і активації шаруватих кристалів CdI2. Дослідження спектрів збудження люмінесценції і світіння номінально чистих і легованих атомами металів свинцю кристалів йодистого кадмію.
курсовая работа [666,8 K], добавлен 16.05.2012Система Pb-S. Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів Френзеля у кристалах Pb-S. Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів у халькогенідах свинцю на основі експериментальних даних.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 09.06.2008Дослідження властивостей електричних розрядів в аерозольному середовищі. Експериментальні вимірювання радіусу краплин аерозолю, струму, напруги. Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.08.2014Основні властивості неупорядкованих систем (кристалічних бінарних напівпровідникових сполук). Характер взаємодії компонентів, її вплив на зонні параметри та кристалічну структуру сплавів. Електропровідність і ефект Холла. Аналіз механізмів розсіювання.
реферат [558,1 K], добавлен 07.02.2014Сутність технології GаАs: особливості арсеніду галію і процес вирощування об'ємних монокристалів. Загальна характеристика молекулярно-променевої епітаксії, яка потрібна для отримання плівок складних напівпровідникових з’єднань. Розвиток технологій GаАs.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 25.10.2011Отримання спектрів поглинання речовин та визначення домішок у речовині. Визначення компонент речовини після впливу плазми на досліджувану рідину за допомогою даних, отриманих одразу після експерименту, та через 10 годин після впливу плазми на речовину.
лабораторная работа [1018,3 K], добавлен 02.04.2012Дослідження перехідних процесів в лінійних ланцюгах першого порядку (диференцюючи та интегруючи ланцюги), нелінійних ланцюгів постійного струму, ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні єлементи. Характеристики і параметри напівпровідникових діодів.
курс лекций [389,7 K], добавлен 21.02.2009Розрахунок та дослідження перехідних процесів в однофазній системі регулювання швидкості (ЕРС) двигуна з підлеглим регулювання струму якоря. Параметри скалярної системи керування електроприводом асинхронного двигуна. Перехідні процеси у контурах струму.
курсовая работа [530,2 K], добавлен 21.02.2015Сущность полиморфизма, история его открытия. Физические и химические свойства полиморфных модификаций углерода: алмаза и графита, их сравнительный анализ. Полиморфные превращения жидких кристаллов, тонких пленок дийодида олова, металлов и сплавов.
курсовая работа [493,4 K], добавлен 12.04.2012Класифікація напівпровідникових матеріалів: германія, селену, карбіду кремнію, окисних, склоподібних та органічних напівпровідників. Електрофізичні властивості та зонна структура напівпровідникових сплавів. Методи виробництва кремній-германієвих сплавів.
курсовая работа [455,9 K], добавлен 17.01.2011
