Влияние гетеровалентного легирования на электрофизические свойства Sn0,63 Pb0,32 Ge0,05 Te и самокомпенсацию примесей в PbSe

• Автор: Осипов, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Оглавление
Введение
Положения, выносимые на защиту
Глава 1. Физико-химические свойства халькогенидов свинца и олова
1.1. Кристаллическая структура и химическая связь
1.2. Особенности фазовой диаграммы халькогенидов свинца и олова
1.3. Зонная структура халькогенидов свинца и олова
1.4. Механизмы рассеяния носителей тока
1.5. Методы контроля концентрации собственных дефектов в халькогенидах свинца и олова
1.6. Основы теории явления самокомпенсации
1.6.1. Компенсация акцепторов одиночными вакансиями
1.6.2. Компенсация комплексами примесь-вакансия
1.6.3. Компенсация нейтральными комплексами
1.7. Специфика поведения примёсей-Вга/щргенидах свинда и олова
1.7.1. Примесь Т1 в РЬЭе
1.7.2. Примесь В1 в РЬ8е и РЬТе
1.7.3. Примесь 1п в БпТе и твердых растворах на его основе
1.8. Выводы и постановка задачи
Глава 2. Технология изготовления образцов
2.1. Методика изготовления массивных образцов
2.2. Модифицированный метод горячей стенки
2.3. Метод лазерного напыления
Глава 3. Методика эксперимента
3.1. Выбор методов исследования
3.2. Особенности измерения кинетических коэффициентов в термоэлектрических материалах
3.3. Универсальная установка для измерения кинетических коэффициентов
3.4. Держатель массивных образцов (измерительная ячейка)
3.5. Держатель пленочных образцов

3.6. Рабочие формулы для вычисления кинетических коэффициентов
Глава 4. Особенности дефектообразования в пленках РЬ8е:Т1
4.1. Оценка возможности наблюдения эффекта самокомпенсации в пленках
РЬ8е:Т1
4.2. Особенности самокомпенсации в пленках РЬ8е:Т1
4.3. Выводы к главе
Глава 5. Самокомпенсация в образцах РЬБе с примесью В
5.1. Введение
5.2. Легирующее действие висмута в образцах стехиометрического состава
РЬихВцБе
5.3. Легирующее действие висмута в РЬБе в присутствии избытка селена.

5.4. Максимально компенсированные образцы
5.5. Обсуждение экспериментальных результатов
5.6. Выводы к главе
Глава 6. Особенности электрофизических свойств и энергетического спектра твердых растворов (8по,б5РЬ(),з5)о,950ео,о5Те:1п
6.1. Введение
6.2. Удельное сопротивления и коэффициент термоэдс
(ЗпоРЬо.ззХэзОеодиТе: 1п
6.3. Особенности энергетического спектра дырок в четверных твердых
растворах (8п0,б5РЬо,з5)Сгео,о5Те
6.4. Резонансные состояния примеси индия в (8по,б5РЬс,з5)Оео,о5Те
6.5. Выводы к главе
Основные результаты и выводы
Личный вклад автора
Публикации по теме диссертационной работы
Благодарности
Литература
Приложение
Введение
Актуальность работы. Полупроводниковые свойства халькогенидов свинца и олова известны очень давно. В частности, в 1865 г. Стефаном в сульфиде свинца по данным термоэдс были обнаружены электронный и дырочный тип проводимости, а в 1874 г. Брауном открыто выпрямляющее действие контакта металл-РЬБ. Первоначально эти соединения использовались в ИК-технике в качестве фотосопротивлений. Исследования халькогенидов свинца, проведенные в конце 60-х и начале 70-х годов, а также усовершенствование технологии позволили значительно улучшить характеристики получаемых материалов и расширить их область применения. Например, на основе халькогенидов свинца стали изготавливаться фотодиоды и лазеры ИК- диапазона с перестраиваемой длиной волны. В дальнейшем проводились исследования свойств халькогенидов свинца и олова, легированных различными примесями, исследования особенностей зонной структуры и т.д. К настоящему времени эти материалы достаточно хорошо изучены, однако остается целый ряд принципиально важных вопросов, требующих детального изучения.
Для практического использования халькогенидов свинца и олова (да и любого полупроводника вообще) необходимо управлять концентрацией и типом носителей тока, для чего обычно используется легирование электроактивными примесями. При этом необходимо иметь информацию об особенностях поведения примесей, о строении энергетических зон легируемого соединения, об особенностях дефектообразования в нем.
Особенности поведения примеси таллия в массивных равновесных образцах селенида свинца достаточно подробно изучены и описаны в литературе. Установлено, что при легировании селенида свинца таллием проявляется эффект самокомпенсации примеси, причем особенности самокомпенсации описываются в рамках простейшей модели

селенида свинца таллием хорошо описывается моделью самокомпенсации одиночными вакансиями.
Особенности компенсации примеси Т1 в пленках селенида свинца изучались в работе [32]. При изучении эффекта самокомпенсации в массивных образцах халькогенидов свинца реализация эффекта самокомпенсации достигается на стадии длительного изотермического отжига при температурах 600-ь650 °С, позволяющего за разумное время достигать термодинамического равновесия в кристалле. Рост пленок из пара происходит при более низких температурах (обычно не выше 350 °С). При таких температурах процессы объемной диффузии, отвечающие за достижение термодинамического равновесия в образце, существенно замедлены. В том случае, когда условия конденсации допускают многократные перестановки частиц на поверхности роста, в пленках возможно достижение состояний, подобных состояниям в массивных образцах после отжига. Напротив, при отсутствии поверхностной диффузии электронная подсистема не в состоянии контролировать процессы дефектообразования непосредственно по схеме самокомпенсации. В этом случае главную роль играют процессы, связанные со случайным характером поступления частиц из пара.
В работе [32] исследованы электрические свойства и структура эпитаксиальных пленок РЬБе, легированных таллием и избыточным свинцом. Пленки получали вакуумным напылением методом горячей стенки на подложках (111) ВаБг при температурах конденсации 200-450 °С. Анализ электрических свойств пленок, с различным содержанием таллия и различным уровнем насыщения избытком свинца показал следующее.
Первое - в пленках, полученных из шихты с содержанием таллия не превышающим 0,3 ат% ни при каких условиях конденсации не удавалось получить низкие концентрации носителей тока, а также пленки с электронным типом проводимости.