Содержание к диссертации
Стр.
.ВВЕДЕНИЕ а
ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕЛЛУРИДОВ СВИНЦА И
ОЛОВА И ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ИХ ОСНОВЕ (ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ) 10
1.1. Кристаллохимические свойства 1
1.1.1. Классификация структурных типов
4 fi
соединений А В . 10
1.1.2. Фазовые диаграммы РЬТе, SnTe и
- Щ-х 5пхТе 12
1.1.3. Кристаллохимические особенности образова
ния твердых растворов замещения ги^5пх\е. 16
1.2. Электрофизические свойства 21
Зонная структура 21
Точечные дефекты 24
Управление электрофизическими параметрами. 27 1.3. Влияние индия на электрофизические свойства
РЬТе , SnTe и Pb^SflxTe 28
Индий в бинарных соединениях. ..... 28
Индий в твердых растворах РЬ^уоЛ^Ів 30 1.4. Низкотемпературные особенности физических свойств
системы РЬТе - SnTe и фазовые переходы в ней. 33
Структурная неустойчивость РЬТв и SnTe . 33
Т-Х - диаграмма особенностей физических свойств РЬ^ 5 Те. 36
Сегнетоэлектрические явления в системе
РЬТе-SnTe . 45
ГЛАВА П. МЕТОДИКА, АППАРАТУРА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. 53
Стр.
2.1. Гонометрическая дифрактометрия 53
Основные принципы 53
Измерения межплоскостных расстояний и интенсивностей дифракционных линий. . 58
Z,2. Энергодисперсионная дифрактометрия 60
2.2.1. Принцип рентгеновской энергодисперсионной
дифрактометрии 61
2.2.2. Описание энергодисперсионного дифрактометра. 62
2.3. Способ рентгеновской энергодисперсионной дифрак
тометрии с угловым сканированием 67
Анализ ошибок измерения 1щ ..... 67
Метод устранения ошибок измерения 1^ . ^2 2.4. Аппаратура низкотемпературных исследований. . . 78 2.5. Объекты исследования 78
ГЛАВА Ш. СТРЖЕУИШЕ ФАЗОШЕ ПЕРЕХОДЫ В НЕЛЕГЙРОВАННОМ
Pb0?8Sn0i>zTe В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 8-300 К. 81
3.1. Рентгенография фазовых переходов 81
3.2. Температурные зависимости структурных характерис
тик монокристаллов РЬр yg Sn0 ^ У Є 87
3.3. Симметрия и параметры решеток низкотемпературных
Фаз РЬ0?&ЗПр22Те 93
Расшифровка дифрактограмм методом гомологии. 93
Симметрия кристаллической решетки / fy^Te
в интервале 300*78 К 96
3.3.3. Симметрия решетки при 8 К. ...... . ЮО
3.4. Обсуждение результатов и выводы. ........ ЮЗ
_4-
Стр. ГЛАВА ІУ. НИЗКОТЕШЕРАТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СИСТЕМЕ
Pb0y7BSn0f2ZTe -Ы 109
4.1. Фазовые переходы в монокристаллах ?4??Я ^Л/Ш л> 109
Монокристаллы с N^ < 0,7 ат.% НО
Монокристаллы с М1п > 0,8 ат.% НО
Диаграмма температур фазовых переходов в РЬ07В Sn0/2zTedn> (О^А^< 2 ат.%). 114
4.2. Симметрия и параметры решеток поликристаллов
РЬ0,?8 &0,2їТе<1п> П8
Поликристаллы с МІгі<09Ч ат.% 119
Поликристаллы с //^ > 0,8 ат.% 122
4.3. Обсуждение результатов и выводы . . . 128
ГЛАВА У. КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСТВОРЕНИЙ ИВДИЙ
в Pb0/78 Sn0f2ZTe ізз
5.1. Область растворимости индия в РЬр уд SHq%%Т& 133 5.2. Структурные характеристики РЬ0^ 5ttQ2zTe <1п>
при 300 К .' 134
5.3. Электронная Оже-спектроскопия монокристаллов
Vb0J&$n0i2!lTe
5.4. Обсуждение результатов. 147
Механизм растворения индия в РАд^Р^^Т^14?
Механизм влияния индия на низкотемпературный полиморфизм HDq уg SHq 22 ' е -15-1-
5.4.3. Механизм стабилизации уровня Ферми в
%?8$n0t2ZTZ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157
ЛИТЕРАОТА I60JD
Введение к работе
Полупроводниковые соединения типа A%6 и твердые растворы на их основе в настоящее время широко используются во многих областях науки и техники. В этой группе материалов наиболее перспективными для изготовления источников когерентного излучения и фотоприемников ИК-диапазона являются твердые растворы rb^Snx Те, так как их использование позволяет перекрыть наиболее широкий диапазон длин волн путем плавной перестройки ширины запрещенной зоны с помощью внешних воздействий (изменения температуры, давления, напряженности магнитного поля [і]). Так, например, создана серия инжекционных гетеролазеров на основе многослойных структур типа и-РЬТе '-р-РЬ^х^пДе-^-РЬТе , работающих в области азотных и гелиевых температур [I.2J.
Квантовый выход излучения инжекционных гетеролазеров определяется совершенством кристаллической структуры активной области лазера и границ гетерослоев [2-41. Это требует не только тождественности структурного типа сопрягающихся слоев, но и высокого согласования параметров их кристаллических решеток [б]. Именно выполнение этих условий обеспечило в свое время успешное создание гетеролазеров на основе пары арсенид галлия-арсенид аллюминия J6 J. Легко понять, что для стабильной работы любого гетеролазера необходимо выполнение еще одного требования, а именно, соблюдения равенства (или тождественного поведения) коэффициентов теплового расширения гетерослоев в рабочем интервале температур прибора. По этой причине весьма актуальными являются исследования температурных зависимостей структурных свойств используемых в гетерола-зерах материалов. Необходимость проведения подобных экспериментов вызвана также и тем, что согласно данным многочисленных работ (см.,
например, [7—15J) на температурных зависимостях ряда физических параметров твердых растворов Р1ь ^6/7^ Те (0,15 -^ х ^ Jf) в интервале температур от комнатной до гелиевой наблюдаются особенности, связываемые авторами со структурными фазовыми переходами. Однако прямые доказательства понижения кубической симметрии исходной кристаллической решетки вблизи критических температур были получены лишь для составов с х > 0,4 [9,із]. В частности, в литературе отсутствовали какие-либо данные о температурных зависимостях структурных свойств материала с составом х « 0,22, который нашел широкое применение в современной ИК-спектроскопии [2,1б]. В связи с этим в настоящей работе были выполнены исследования кристаллической структуры РЬ0 эд 5п0 jggTe в интервале температур 300*8 К.
Известно, что соединения А% , в том числе и твердые растворы теллуридов свинца и олова, в отличие от элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений АЧВг являются фазами переменного состава с размерами областей существования в твердой фазе (областей гомогенности) от 0,1 до ~1 ат.% [l7J. В материалах такого типа собственные термодинамически равновесные дефекты кристаллической решетки определяют основные полупроводниковые свойства: тип проводимости, концентрацию, подвижность и время жизни свободных носителей заряда, фотопроводимость, квантовый выход люминесценции. Эффективное управление этими свойствами достигается либо путем изменения концентрации собственных дефектов, либо целенаправленным легированием электроактивными примесями (см., например, [I8-20J). Процессы легирования не только значительно упрощают технологическую задачу получения полупроводников с необходимыми электрофизическими параметрами, но и в ряде случаев приводят к появлению качественно новых свойств материала. Так, например,
в легированном индием твердом растворе РЬ0^^^022'е были обнаружены долговременная фотопроводимость [21J, стабилизация уровня Ферми по отношению к легирующему действию примеси [l8,I9J, спонтанная поляризация [20,22]. Эти нетривиальные экспериментальные результаты послужили основанием для изучения в настоящей работе влияния индия на кристаллическую структуру РЬд ?>%оПд22^е в интервале температур 300*8 К,
Таким образом, цель настоящей работы заключалась в рентгено-дифракционных исследованиях структуры твердых растворов системы
РЬ0 уд Sft-0 22'*~~Ift в интервале температур от комнатной до 8 К, а также в установлении кристалдохимического механизма растворения индия в этих материалах.
Содержание диссертации изложено во введении, пяти главах и заключении.
