Исследование проводимости полупроводниковых структур методом импедансной спектроскопии

• Автор: Галеева, Александра Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 70 с. : 41 ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Импедансная спектроскопия и метод эквивалентных схем
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Экспериментальные установки и измерительные камеры
2.2. О влиянии контактного сопротивления на результаты исследования проводимости в переменных электрических полях
Глава 3. Особенности и механизмы транспорта в Полупроводниковых структурах в переменных электрических полях
3.1. Проводимость по объему зерна и межкристаллитной границе в керамике на основе 2X0.84^ ОЛбО 1.92
3.2. Проводимость поликристаллических полупроводниковых клатратов 8п2.іРіу.зПВгх--х, 0 < х < 8 в переменных электрических полях
3.3. Вклад примесной подсистемы в комплексную проводимость монокристаллов РЬ0.92Сео,о8Те(Оа)
Глава 4. Электрофизические свойства сложных оксидов
8го.75-хСахУо.25Соо.25МПо750з-6 (0 < х <0.6)
4.1. Исследованные образцы и методика эксперимента
4.2. Электрофизические свойства СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ 8го.75-хСахУо.25СОо.25МПо.750з-8
4.2.1. Проводимость в постоянных электрических полях
4.2.2. Проводимость в переменных электрических полях
4.2.3. Высокотемпературная импеданс-спектроскопия структур на основе сложных оксидов и У
Основные результаты и выводы
Список литературы

Введение.
Моделирование, синтез и исследование новых функциональных материалов является одним из актуальных научных направлений. Нередко новые материалы по характеру температурной зависимости сопротивления относят к полупроводникам. Однако в связи с возможным влиянием особенностей микроструктуры на транспорт носителей заряда такая формальная классификация может быть не вполне корректной и требует более детального рассмотрения. Вследствие сложного химического состава и микроструктуры функциональных материалов проблема оптимизации их параметров для прикладных целей также связана с определением механизмов переноса носителей заряда. Поэтому исследование электрофизических свойств полупроводников и полупроводниковых структур с учетом их реальной микроструктуры является важной и актуальной задачей.
Метод импедансной спектроскопии, в ряде случаев позволяющий разделить и определить вклады от различных элементов микроструктуры в полную приводимость образца, широко применяется как в прикладных, так и в фундаментальных исследованиях [1]. Эффективность этого метода обусловлена, в том числе, тем, что большинство синтезируемых функциональных материалов являются керамиками. Получать сложные соединения в виде монокристаллов трудно, и, как правило, нецелесообразно с прикладной точки зрения.
Известно, что транспорт носителей заряда в структурно неоднородных образцах, которыми, в частности, могут быть керамики, имеет ряд существенных особенностей [2,3]. Модуляция зонного рельефа как результат искривления зон на границах сред в ряде случаев приводит к формированию дрейфовых и рекомбинационных барьеров в энергетическом спектре образца. Поэтому нельзя исключать того, что

наблюдаемая в эксперименте активационная температурная зависимость сопротивления полупроводникового материала и соответствующая ей величина энергии активации связаны не с характеристикой энергетического спектра соединения, а -• явлением активации на порог подвижности носителей, определяемый дрейфовым барьером. Использование метода импеданс-спектроскопии дает возможность получить прямую информацию об электрофизических свойствах поликристалла, качественно и количественно описать вклады в его проводимость от объема зерна, его поверхности и межкристаллитной границы [4], учесть влияние эффектов Максвелла-Вагнера, обычно наблюдаемых в неоднородных структурах [5 - 7].
В настоящей работе были исследованы методом импедансной спектроскопии различные полупроводниковые структуры. В частности, были выбраны оксидные керамики, среди которых как новые материалы 8Го.75-хСахУо.25СОо.25Мпо.750з-5, 0<х<0.6, перспективные для энергетических приложений, так и образцы хорошо известного базового материала энергетической отрасли Zro84Yo.lбOl 92, изученные в данной работе как элементы сложных структур. Помимо керамики на основе оксидов были исследованы поликристаллические полупроводниковые клатраты ЗпгдРщ.^хВгв.*, 0 < х < 8. — новые перспективные материалы для создания термоэлектрических устройств. Наряду с перечисленными керамиками объектами изучения являлись монокристаллы узкощелевого полупроводника РЬо.920ео.о8Те(Са), перспективного материала инфракрасной оптоэлектроники. Ранее в теллуриде свинца-германия, легированном галлием, наблюдались низкотемпературные диэлектрические аномалии [8], природа которых осталась до конца не понятой. На этом примере показано, что применение метода импеданс-спектроскопии позволяет получить важную дополнительную информацию о характере проводимости в легированных полупроводниках, о возможных процессах перезарядки в системе примесных центров и проводимости по примесной зоне.

С повышением температуры значения 2’ и 2’ уменьшается по модулю, видоизменяются и их частотные зависимости (рис. 16, 17). Максимумы на кривой 2"{/) постепенно смещаются в сторону более высоких частот, и при Т > 873 К оба высокочастотных максимума переходят в область, лежащую за пределами измерительного диапазона.
Спектры импеданса при температурах 573 К - 873 К показаны на рис. 18. При Т = 573 К на годографе импеданса отчетливо видны две дуги в области частот выше 100 Гц, и луч, соответствующий частотам менее 100 Гц. По мере роста температуры протяженность дугообразных фрагментов спектра сокращается, и вблизи 750 К годограф может быть аппроксимирован лучом. При дальнейшем увеличении температуры низкочастотный фрагмент годографа модифицируется.