Технологія одержання та фізичні властивості багатокомпонентних твердих розчинів на основі телуриду свинцю

Перейдемо до фотоелектричних властивостей епітаксійних плівок Pb1-x-ySnxGeyTe:In.

В сплавах Pb1-xSnxTe:In (x>0,22) спостерігається висока чутливість до інфрачервоного випромінювання (/=107) і великий час життя носіїв (104ч105сек) при гелієвих температурах. Оскільки час не можна значно зменшити, застосування даних сполук для інфрачервоних оптоелектронних приладів обмежено.

При додатковому легуванні Pb1-xSnxTe:In германієм зменшується до 10-3сек. При вивченні об'ємних монокристалів сплавів Pb1-x-ySnxGeyTe:In було встановлено, що гранична довжина хвилі складає 14 мкм при х=0,15 і у=0,05 і Т= 8 К, а змінюється від 10-3 до 10-1сек в залежності від складу і рівня легування. Отже, дана складна сполука має більш широкі можливості для застосування в інфрачервоній оптоелектроніці.

Епітаксійні плівки Pb1-x-ySnxGeyTe:In (x>0,15, y>0,03), вирощені методом гарячої стінки на ізолюючих підкладках BaF2, досліджувались в широкому діапазоні температур і при різних фонових потоках. Товщина плівок складала 1?50мкм.

Вимірювання ефекту Холла проведено при Т= 6-77К в гелієвій камері UTREKS при фоновому потоці Ф=1015см-2сек-1. Час релаксації фотопровідності вимірювався при модуляції потоку випромінювання абсолютно чорного тіла з Т=500 К і з теплим" модулятором при Т=300 К або за допомогою холодного модулятора при Т=16 К. Спектри фотопровідності зняті за допомогою спектрометра ІКС-31 при фоновому потоці Ф=1015см-2сек-1.

Досліджувалась залежність концентрації електронів від температури при фоновому потоці Ф=1015см-2сек-1 і без нього. У випадку відсутності освітлення концентрація електронів падає експоненційно від 31016см-3 при Т=77 К до 107ч108см-3 при Т=6 К. При наявності фонової засвітки залежність є складною функцією: співпадає з темновою концентрацією при Tmin< Т < 77 K; із зменшенням температури від Тmin до Tc зростає як ехр(а /Т), де а=15 і 7 меВ для різних серій зразків; при Т<Tc не залежить від температури.

Температури Тс і Тmin залежать від складу, NIn і фонового потоку. Мінімальна температура Тmin, яка визначає робочу температуру фоторезистора, може бути піднята при збільшенні фонового потоку або відповідним вибором складу плівок.

Відношення фонової концентрації до темнової змінюється від 102 до 1010 в залежності від складу і NIn. Рухливість електронів при фоновій засвітці незначно змінюється з Т: від 5103 до 104 см2 В-1сек-1.

Залежність концентрації електронів від фонових потоків вивчалась в інтервалі. Якщо потік змінювався від 1012до 1018см-2сек-1, то зміна n відбувалась за законом n Ф1/2.

Спектральний відгук фотопровідності плівки товщиною 10мкм має два максимуми при h175меВ і h2120 меВ, а також тонку структуру h6 меВ. Порогова довжина хвилі складає приблизно 60 меВ.

Кінетика фотоструму досліджувалась в інтервалі. Встановлено, що час релаксації залежить від стаціонарного фонового потоку Фо: Ф-1/2.

Для виготовлення багатоелементних фоторезисторів були використані епітаксійні плівки з часом релаксації фотопровідності =1 сек при Т=7 К і Ф=1012см-2сек-1. Залежності чутливості Si, детектованості D* і шумового струму in від температури вимірювались в інтервалі 6?50 К при фоновому потоці Ф=1012см-2сек-1. Чутливість Si вимірювалась на змінному струмі на частоті модуляції =70 Гц при Т=14?77 К і на постійному струмі при Т=6?14 К.

При температурі Т=6 К Si=106 ABт-1, а в інтервалах 8К<T<30K i 30K<T<77K чутливість падає експоненційно з енергією активації відповідно а=7 і 40 меВ. При Т=50 К Si=10 АВт-1. Детектованість D* обмежена флуктуаціями фона при Т<25 К і складає 1,71013смГц1/2Вт-1. При Т>25 K D* зменшується як ехр(а/Т), де а=42 меВ, і при Т=50 К детектованість приймає значення 51010смГц1/2Вт-1.

Із температурної залежності часу життя слідує, що зменшується від декількох секунд при Т=10 К до 10-2 сек при Т=20 К.

Ефект електричного переключення ілюструється вольт-амперною характеристикою фоторезистора при Т=6 К. Якщо прикладене поле менше критичного значення Ес 20 Всм-1, струм є майже лінійною функцією напруги. Якщо Е>Ec, то має місце переключення між станом зони провідності (1) і діелектричним станом (2). Відмітимо, що за своєю природою переключення має електротермічний характер, і концентрація електронів в діелектричному стані відповідає концентрації при Т=Тmin.

Проведені вище дослідження дозволяють зробити слідуючі висновки. Епітаксійні плівки Pb1-x-ySnxGeyTe:In мають високу чутливість до інфрачервоного випромінювання в спектральному діапазоні <20 мкм. Час життя експоненційно залежить від температури і змінюється від декількох секунд (при Т=10 К) до 10-2 с (при Т=20 К). Результати пояснюються на основі двоелектронної моделі ян-теллерівського центра.

На основі цих плівок виготовлені багатоелементні фоторезистори із слідуючими параметрами: D*= 1,71013 cм Гц1/2Вт-1, Si = 6102 А Вт-1, іn= 810-13АГц-1/2 при Т=25 К. Шум фоторезисторів не залежить від фонового потоку, якщо він змінюється від 1012 до 1018см-2сек-1. Порівняно з фоторезисторами на основі Si:Ga i Ge:Hg чутливість одержаних нами фоторезисторів на кілька порядків більша при робочій температурі 25?30 К.

Вивчення метастабільних станів домішкових центрів проводилось на основі дослідження кінетичних характеристик нерівноважних процесів на плівках Pb1-x-ySnxGeyTe:In.

Епітаксійні плівки були одержані методом гарячої стінки на підкладках із BaF2. Склад шихти для синтезу відповідав трьом серіям: х=0,06, у=0,08, СIn=1%; х=0,1, у=0,1, СIn=0,5 %; х=0,2, у=0,12, СIn=1%.

В роботі застосовувалась в основному стандартна методика термоактиваційної струмової спектроскопії. Зразок плівки розміром 1?2 мм охолоджувався до 4,2 К і засвічувався ІЧ-випромінюванням за допомогою мініатюрної лампи розжарювання з максимальною потужністю випромінювання до 30 мВт. Напруга на зразку фіксувалась на рівні 1 В, струм реєструвався в колі зразка. Після виключення підсвітки спостерігалась тривала релаксація фотоструму (до декількох десятків хвилин). В умовах залишкової релаксації фотоструму зразок починали нагрівати із швидкістю 1?3 К/с. При цьому були зареєстровані піки термостимульованих струмів (ТСС), максимуми яких знаходились в діапазоні від 6 до 14 К, а форма піків залежала від режиму нагрівання.

З ростом напруги, прикладеної до плівки (до 5 В) в умовах неперервної підсвітки, спостерігаються квазіперіодичні коливання струму. Такого роду коливання характерні для метастабільних станів в PbTe:Ga. Спостерігалась трансформація електротермічної нестійкості струму при зміні температури навколишнього середовища від 4,2 до 15 К. При такій зміні струм через зразок падає, а нестійкості зникають.

Висунуто гіпотезу, що піки ТСС відповідають переходам носіїв заряду між метастабільним рівнем Е1 і зоною провідності.

Збудження системи світлом викликає перехід електронів з рівня Е2 в зону провідності. При цьому індукуються електронні метастабільні стани з рівнем Е1. В процесі релаксації електронного розподілу деяка кількість центрів з енергією Е1 залишається заселеною. В результаті нагрівання зразка відбувається термічне збудження локалізованих на цих центрах електронів в зону провідності; при цьому на початку нагрівання провідність зразка збільшується, а рівні Е1 починають спустошуватися.

Темп переходів зонних електронів на рівень Е2 більш високий, ніж темп повторного захоплення їх на рівень Е1. Очевидно, це пов'язано із значно більшим числом станів на рівні Е2, ніж на рівні Е1. При подальшому рості температури відбувається спустошення як зони провідності, так і рівня Е1. В динаміці весь описаний процес і приводить до піка ТСС.

Із проведених досліджень слідує важливий висновок. Піки термостимульованих струмів і виявлені при Т<15 К електротермічні нестійкості обумовлені збудженням електронів із метастабільних станів в зону провідності. Існування метастабільних станів, які можуть бути частково заселені при підсвітці, означає, що на базі Pb1-x-ySnxGexTe:In можна створити довгохвильові фотоприймальні пристрої з попереднім збудженням метастабільних станів.

На закінчення, розглянемо спектри фотопровідності Pb1-xGexTe, легованого одночасно Ga i Yb. Електричні властивості розглянуто в попередньому розділі.

Спектральні характеристики фотопровідності при Т=80 і 104 К вимірювались за допомогою звичайної модуляційної методики на частоті 18 Гц. Фоновий потік обмежувався охолодженою діафрагмою кріостата.

Структура спектрів фотопровідності монокристалів Pb1-xGexTe:Ga i Pb1-xGexTe:Ga,Yb однакова. В спектрі Pb0.94Ge0.06Te:Ga,Yb при Т=80К, крім власної фотопровідності, спостерігається різкий пік біля краю фундаментального поглинання. З підвищенням температури амплітуда піка зменшується, а максимум фотовідгуку власної ФП відповідає Т=104 К.

Одержані результати вписуються в рамки моделі двоелектроних перестроюваних центрів. Залежність фотовідгуку в короткохвильовій частині спектра від швидкості поверхневої рекомбінації, можливо, обумовлена захопленням фотозбуджених дірок центрами Е2. Утворювані при цьому метастабільні стани Е1 шляхом термоактивації або під дією довгохвильового випромінювання переходять в стан Е0 з генерацією нерівноважних електронів. Швидкій складовій спаду фотопровідності відповідають переходи Е0Е1, повільній - Е1Е2. Пік в спектрі ФП відповідає переходам електронів із валентної зони в метастабільні стани Е1 з наступним переходом електронів з даного рівня в зону провідності.

Таким чином, одночасне легування Pb1-xGexTe домішками Ga i Yb дозволяє одержувати кристали, в яких спостерігається не тільки затримана ФП, але і забезпечується активаційний хід провідності в усьому діапазоні температур. Такий багатокомпонентний твердий розчин може бути використаний для розробки високочутливих фотоприймачів спектрального діапазону 3?5 мкм.

Основні результати і висновки

Розроблено комплекс технологічних методик, який включає очищення елементарних компонентів, підготовку контейнерів, синтез і вирощування з парової фази монокристалів напівпровідникових сполук типу А4В6 і твердих розчинів на їхній основі.

Чисельне моделювання теплового випромінювання у внутрішній порожнині печі методом кутових коефіцієнтів та експериментальне моделювання температурного поля на зменшених (у порівнянні з оригіналом) нагрівачах дозволяє оптимізувати процес вирощування структурно досконалих монокристалів з парової фази без контакту з контейнером, які мають високу структурну досконалість: густина дислокацій складає 103ч104см-2, МКГ і пустоти відсутні.

Експериментально підтверджена кластерна природа магнітного впорядкування в напівмагнітних напівпровідниках. Прямим експериментальним доказом цього є одночасне спостереження ЯМР на ядрах матриць і магнітного впорядкування методами магнітної сприйнятливості, магнітної анізотропії і динамічної намагніченості в області Релея при T=300 K.

В напівмагнітному напівпровіднику Sn1-xMnxTe з вимірів ЯМР виявлено магнітні фазові переходи: парамагнетик - суперпарамагнетик (202 К), суперпарамагнетик - феромагнетик (4,2 К).

Вивчена кінетика ізотермічного відпалу пластично деформованих кристалів PbTe та Pb1-xSnxTe. Встановлено, що процес відпалу є двостадійним. На першій, швидкій, стадії (до 30 хвилин) відбувається розпад електрично нейтральних комплексів вакансій свинцю. На другій, повільній, стадії ( сотні годин) встановлюється рівноважна концентрація вакансій свинцю для даної температури відпалу. Енергія активації другої стадії процесу відпалу для PbTe при Т 620 К складає 0,6 0,03 еВ, а при Т 670 К - 3,6 0,05 еВ.

У вузькозонних напівпровідниках типу А4В6 і твердих розчинах на їхній основі в певних температурних інтервалах виявлені зони нестійкості електронної підсистеми кристалів. Періодичність у чергуванні стійких і нестійких зон в SnTe з р=1,81020 см-3 описується співвідношенням Тn=376/n, де n=1ч6.

З концентраційної залежності зсуву Найта на ядрах 119Sn і 125Те визначені критичні точки енергетичного спектра дірок в SnTe: p=0,6p77=1,05·1020; 2,28·1020; 6·1020 см-3.

Встановлено, що в енергетичному спектрі твердих розчинів Pb1-xSnxTe:Ga і Pb1-xGexTe:Ga утворюються глибокі донорні стани, термічна енергія активації яких зростає із збільшенням х. Визначені границі складів, при яких рівень Фермі розташований в забороненій зоні: 0x1<0,08; 0x2<0,10.

Синтезовано і досліджено новий твердий розчин Pb1-xGexTe:Yb, в якому домішка Yb індукує глибокий або резонансний рівень. Запропонована модель перебудови енергетичного спектра твердого розчину в залежності від складу, температури і тиску. Визначені параметри моделі.

Синтезовано і досліджено твердий розчин Pb1-xGexTe, легований одночасно домішками Ga (0,3 ат.%) та Yb (1 ат.%) з найвищою для модифікованих сплавів критичною температурою 100?150 К. З вимірювань фотоелектричних характеристик випливає його перспективність для розробки фотоприймачів з внутрішнім накопиченням сигналів на ІЧ-діапазон 3?5 мкм.

Одержано і вивчено твердий розчин Pb1-x-y-zSnxGeyInzTe - перспективний матеріал для інфрачервоної техніки діапазону 8?14 мкм. Виготовлено фоторезистивні приймачі з внутрішнім накопиченням сигналів, які мають гранично високу фоточутливість: D*=1,7·1013 см·Гц1/2·Вт-1 (Т=25 К).

В твердих розчинах на основі PbTe, легованих галієм, виявлено новий ефект - селективну фотопровідність в дальньому ІЧ-діапазоні на частоті =155 см-1 в області азотних температур. Фотопровідність обумовлена збудженням електронів з метастабільного домішкового стану в зону провідності індукованим локальним коливанням гратки.

Основні результати дисертації опубліковані в роботах

Хандожко А.Г., Слынько Е.И. Автодинный детектор сигналов ЯМР на полевых транзисторах// ПТЭ.- 1975.- №1.- С.152-154.

Слынько Е.И., Иванчук Р.Д., Слынько В.В, Савицкий А.В., Товстюк К.Д. Магнитное упорядочение примесей в кристаллах CdTe, легированных железом // УФЖ. - 1976. - Т.21, № 4. - С. 663-667.

Багинский В.М., Кикодзе Р.О., Лашкарев Г.В., Слынько Е.И., Товстюк К.Д. Влияние структурного перехода на магнитные свойства SnTe // ФТТ. - 1977. - Т.19, № 2. - С.588-590.

Хандожко А.Г., Слынько Е.И., Летюченко С.Д., Товстюк К.Д. Температурная неустойчивость ЯМР в SnTe// УФЖ.- 1978. - Т.23, №10. - С.1747-1749.

Лашкарев Г.В., Кикодзе Р.О., Радченко М.В., Слынько Е.И., Марчук И.З. Магнито- и электромагнитные состояния марганца в узкощелевом полупроводнике Pb1-xSnxTe (0.18 x0.23) // ФТП. - 1979. - Т.13, № 8. - С. 1548-1555.

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.

Бродовой А.В., Лашкарев Г.В., Радченко М.В.. Слынько Е.И., Товстюк К.Д. Влияние примеси Mn на магнитные и электрические свойства узкощелевых полупроводников (Pb1-ySny)1-xMnxTe // ФТП. - 1984. - Т.18, № 9.- С.1547-1551.

Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Летюченко С.Д., Копыл А.И., Гавалешко Н.П. Релаксация дефектов и ЯМР в пластически деформированных PbTe и Pb1-xGexTe //Тезисы доклада Совещания по физике узкозонных полупроводников. - Москва. - 1985. - С. 45.

Letyuchenko S.D., Slinko 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. Влияние пластической деформации на ЯМР в PbTe // Физические основы полупроводникового материаловедения.- Киев: Наук. Думка. - 1986. - С. 47-50.

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.51, № 12. - С. 2136-2141.

Лашкарев Г.В., Бродовой А.В., Летюченко С.Д., Радченко М.В., Слынько Е.И., Федорченко В.П. Магнитная восприимчивость и кинетические явления в Pb1-xGexTe при структурном фазовом переходе // ФТП. - 1987. - Т.21, № 10. - С. 1921-1923.

Летюченко С.Д., Слынько Е.И., Хандожко А.Г., Копыл А.И. Релаксация дефектов в пластически деформированных Pb1-xGexTe и Pb1-xSnxTe // Труды Всесоюзного семинара Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. - Павлодар, 1987. - С. 11-13.

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.

Копыл А.И., Летюченко С.Д., Литвинов В.И., Слынько Е.И. Рассеяние носителей заряда в сегнетоэлектрической фазе твердых растворов Pb1-xGexTe // ФТТ. - 1988. - Т.30, № 10. - С. 3180-3182.

А.с. 1524559 СССР, МКИ С 30 В 25/00. Устройство для выращивания монокристаллов сублимирующих полупроводниковых соединений / Е.И. Слынько, А.И. Копыл, С.Д. Летюченко (СССР). - № 4295616; Заявлено 6.08.87; Опубликовано 23.11.89, Бюл. №43. - 283 с.

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.

А.с. 1616200 СССР, МКИ С 30 В 23/00. Устройство для выращивания монокристаллов из паровой фазы / Н.К. Ковбаснюк, А.И. Копыл, СД. Летюченко, Е.И. Слынько (СССР). - № 4649809; Заявлено 13.02.89; Опубликовано 23.12.90, Бюл. №47. - 258 с.

Брандт Н.Б., Скипетров Е.П., Слынько Е.И., Хорош А.Г., Штанов В.И. Гальваномагнитные эффекты в сплаве р-Pb1-xSnxTe (x=0.2), облученном электронами// ФТП.-1990.-Т.24, № 1.- С.51-58.

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 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.

Chishko V.F.,Hryapov V.T., Kasatkin I.L., Osipov V.V., Slynko E.I., Smolin O.V., Tretinik V.V. High sensitivity photoresistors based on homogeneous Pb1-x-ySnxGeyTe:In epitaxial films // Infrared Phys. - 1992 - V.33, № 3. - P.197-201.

Белогорохов А.И., Слынько Е.И., Хохлов Д.Р. Аномалии спектров фотопроводимости PbTe:Ga // Письма в ЖТФ.-1992. - Т.18, № 8. - С. 30-34.

Выграненко Ю.К., Слынько В.В., Слынько Е.И. Глубокие состояния в твердых растворах Pb1-хSnxTe, легированных галлием // ФТП. - 1993. - Т.27, № 8. - С. 1387-1389.

Акимов Б.А., Албул А.В., Иванчик И.И., Рябова Л.И., Слынько Е.И. Влияние легирования галлием на свойства твердых растворов Pb1-xGexTe // ФТП. - 1993. - Т.27, № 2. - С. 351-354.

Выграненко Ю.К., Слынько Е.И., Слынько В.Е. Электрические свойства твердых растворов Pb1-xGexTe, легированных иттербием.// Изв. АН СССР, сер. Физ. Неорганические материалы.-1995.-Т. 31, №10.- С. 1338-1339.

Выграненко Ю.К., Слынько Е.И. Фотоэлектрические свойства твердых растворов Pb1-xGexTe (Ga, Yb)// ФТП.-1996.- Т.30, №10.-С.1876-1878.

Grodziska E., Dobrovolski W., Story T., Slynko E.I., Vygranenko Yu.K. Willekens M., Swagten H.J.M., de Jonge W.J.M. Resonant State of 4f14/13 Yb Ion in Pb1-xGexTe.//Acta Physika Polonika A.-1996.-V.90, №4.-P.801-804.

Белогорохов А.И., Иванчик И.И., Пономарев С.В., Слынько Е.И., Хохлов Д.Р. Селективная фотопроводимость в PbTe(Ga), индуцированная локальной фононной модой // Письма в ЖЭТФ. -1996. -Т. 63, В.5.-С. 342-346.

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.

Слинько Є.І. Двокомпонентні спектри ЯМР 207Рb в n-Pb1-xSnxTe, легованому індієм//Наук. вісник Чернівецького ун-ту: Зб. наук. пр. Фізика.-1998.- В. 30.- С.175-179.

Слинько Є.І. Зсув Найта і особливості зонної структури в SnTe. //Наук. вісник Чернівецького ун-ту: Зб. наук.пр. Фізика.- 1998.-В.29. - С.177-182.

Skipetrov E.P., Chernova N.A., Slynko E.I., Vygranenko Yu.K. Ytterbium-Induced Impurity States and Insulator-Metal Transition under Pressure in Pb1-xGexTe Alloys// Phys. Stat. Sol. (b). -1998. - V.210. - P. 289.

Скипетров Е.П., Чернова Н.А., Слынько Е.И., Выграненко Ю.К. Глубокий уровень иттербия и фотопроводимость сплавов Pb1-xGexTe<Yb> (x0,04).//Известия высших учебных заведений, Материалы электронной техники.-1998.-№3.-С.68-71.

Слинько Є.І. Ефективний коефіцієнт розподілу Yb та Mn в твердому розчині Pb1-x-yMnxYbyTe//Вісник держ. ун-ту "Львівська політехніка": Зб.наук. пр. Електроніка.-1998.-№357.- С.76-78.

Акимов Б.А., Богоявленский В.А., Рябова Л.И., Васильков В.Н., Слынько Е.И. Термостимулированные токи и неустойчивости фотоотклика в сплавах на основе PbTe(In) при низких температурах.//ФТП.- 1999.-Т.33, №1.- С.9-12.

Skipetrov Е.Р., Chernova N.A., Slyn'ko E.I., Vygranenko Yu.K. Energy spectrum and parameters of deep impurity levels in Pb1-xGexTe alloys doped with Yb.//Phys. Rev. B.- 1999.-V. 59, N 20.-P. 12928-12934.

Слинько Є.І., Слинько В.Є. Ефективний коефіцієнт розподілу Sn i Mn у багатокомпонентному твердому розчині Pb1-x-ySnxMnyTe// Наук.вісник Чернівецького держ. ун-ту: Зб.наук.пр.Фізика.-1999.- В.50.-С.63-64.

Анотація

Слинько Є.І. Технологія одержання та фізичні властивості багатокомпонентних твердих розчинів на основі телуриду свинцю. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Чернівецький державний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці, 2000.

Робота присвячена розробці технології одержання та дослідженню фізичних властивостей багатокомпонентних твердих розчинів на основі телуриду свинцю.

У роботі розвивається новий напрямок технології і фізики вузькозонних напівпровідників, пов'язаний із створенням DX-подібних центрів при легуванні кристалів домішками із змінною валентністю. В таких об'єктах реалізуються ефект стабілізації рівня Фермі і довготривала релаксація нерівноважних носіїв заряду.

Створено і досліджено нові перспективні матеріали для інфрачервоної техніки в діапазоні 8-14 мкм, придатні для створення фотоприймачів із внутрішнім накопиченням сигналів, які мають гранично високу фоточутливість.

Вперше експериментально підтверджена доменна структура магнітовпорядкованих кластерів в напівмагнітних напівпровідниках методами ядерного магнітного резонансу, магнітної сприйнятливості і магнітної анізотропії. Запропоновано використання спектрометра ЯМР для виявлення магнітовпорядкованих кластерів в напів-магнітних напівпровідниках шляхом вимірювання намагніченості в області Релея.

Ключові слова: багатокомпонентні тверді розчини, телурид свинцю, ДХ-подібні центри, фазові переходи, стабілізація рівня Фермі, довготривалі релаксації нерівноважних носіїв заряду, фотопровідність, ЯМР, магнітні кластери.

Аннотация

Слынько Е.И. Технология получения и физические свойства многокомпонентных твёрдых растворов на основе теллурида свинца. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Черновицкий государственный университет им. Ю. Федьковича, Черновцы, 2000.

Работа посвящена разработке технологии получения и исследованию физических свойств многокомпонентных твёрдых растворов на основе теллурида свинца. Предложен метод оптимизации условий выращивания монокристаллов типа A4B6 из паровой фазы с предельно высоким структурным совершенством (плотность дислокаций 102ч103 см-2, без малоугловых границ зёрен).

Метод включает в себя численное моделирование поля температур внутренней полости печи и экспериментальное моделирование процесса выращивания на уменьшенных моделях печей. В результате оптимизации линейная скорость роста монокристалла увеличилась до 2 мм/сутки.

В работе развивается новое направление технологии и физики полупроводников с узкой запрещённой зоной, связанное с формированием DX-подобных центров при легировании кристаллов примесями с переменной валентностью. В таких объектах реализуются эффект стабилизации уровня Ферми и долговременная релаксация неравновесных носителей заряда.

Детально исследованы твёрдые растворы Pb1-xSnxTe:Ga и Pb1-xGexTe:Ga, определены кинетические и фотоэлектрические параметры материалов в зависимости от состава и температуры. Установлены пределы составов, при которых уровень Ферми находится в запрещённой зоне: для Pb1-xSnxTe:Ga 0?x<0,09; для Pb1-xGexTe:Ga 0?x<0,10.

Впервые синтезирован и исследован твёрдый раствор Pb1-xGexTe:Yb. Из комплекса физических исследований, учитывая спектроскопию давления, сделаны выводы о перестройке энергетического спектра твёрдого раствора с примесью РЗМ.

Обнаружено, что одновременное легирование твёрдого раствора Pb1-xGexTe примесями Ga и Yb устраняет немонотонную зависимость электропроводности от температуры, что позволяет использовать эти материалы для фотоприёмников ИК-диапазона 3?5 мкм.

В твёрдых растворах PbTe:Ga и Pb1-xGexTe:Ga в области азотных температур в дальнем ИК-диапазоне спектра обнаружена селективная фотопроводимость, связанная с оптическим возбуждением локальной моды колебаний примесного центра, приводящим к переходу электрона в зону проводимости.

Получен и исследован твёрдый раствор Pb1-x-y-zSnxGeyInzTe, который является перспективным материалом для инфракрасной техники диапазона 8ч14 мкм. Изготовлены фоторезистивные приёмники с внутренним накоплением сигналов, которые имеют предельно высокую фоточувствительность: D*=1,7·1013 см·Гц1/2·Вт-1 (Т=25 К).

Впервые экспериментально подтверждена доменная структура магнитоупорядоченных кластеров в полумагнитных полупровод-никах методами ядерного магнитного резонанса, магнитной восприимчивости, магнитной анизотропии и динамической вос-приимчивости. Предложено применение спектрометра ЯМР для обнаружения магнитоупорядоченных кластеров в полумагнитных полупроводниках путём измерения намагниченности в области Релея.

Ключевые слова: многокомпонентные твёрдые растворы, теллурид свинца, DX-подобные центры, фазовые переходы, стаби-лизация уровня Ферми, долговременные релаксации неравновесных носителей заряда, фотопроводимость, ЯМР, магнитные кластеры.

Summary

Slynko E.I. Technology of reception and physical properties of multicomponent solid solutions on the basis of PbTe. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.10 - physics of semiconductors and dielectrics. - Chernivtsi state university of Yu. Fedkovich, Chernivtsi, 2000.

The work is devoted to development of technology and research of the physical properties of multicomponent solid solutions on the PbTe basis. Here new direction of technology and physics of narrow gap semiconductors is developed. It is connected with creation of the "DX-like" centres in the lead telluride-based solid solutions, doped with variable valency impurities (In, Ga, Yb). The Fermi level pinning and the persistent photoconductivity effect are observed in such materials. New perspective compounds for infra-red engineering (on 8ч14 microns range) are grown. These are suitable for creation of photodetectors with internal accumulation of signals which have extreme high photosensitivity. Domain structure of magnetically ordered clusters in semimagnetic semiconductors is experimentally confirmed by methods of a nuclear magnetic resonance, magnetic susceptibility and magnetic anisotropy. Use of NMR-spectrometer is offered for revealing of magnetically ordered clusters by measurement of magnetisation in Rayleigh's area.

Key words: multicomponent solid solutions, PbTe, "DX-like" centres, phase transitions, stabilization of a level Fermi, long-term relaxation of nonequilibrium carriers of a charge, photoconductivity, NMR, magnetic clusters.

Размещено на Allbest.ru