Направленный синтез кристаллов твердых растворов Pb1-xMnxTe и Ge1-xMnxTe Малеваная, Ольга Николаевна

Введение к работе

Актуальность темы.

TV VI

Узкозонные полупроводниковые соединения группы А в являются важными материалами ИК-оптоэлектроники и могут применяться для изготовления фотодиодов и фоторезисторов, лазеров в диапазоне длин волн 3-40 мкм, в термоэлектрических устройствах.

Введение в соединения a^ivb^vi магнитной примеси, например, марганца в рьте, позволяет получить полумагнитный полупроводниковый материал рь₁__хмп_хте, ширина запрещенной зоны которого увеличивается с ростом содержания мпте.

Твердый раствор Ge₁__xMn_jTe представляет интерес с точки зрения множества фазовых переходов(ФП) при различных температурах. Чувствительность структуры вещества к внешним воздействиям (тепловым, электрическим, магнитным и т.д.) в окрестности фазового перехода можно использовать в различных сенсорах (электрических, эптических, магнитных). Для создания различных приборов на основе этих материалов необходима разработка условий получения материала с заданным составом и набором свойств, т.е. направленного синтеза материала.

Основа направленного синтеза - фазовые диаграммы систем рь -яп - те и Ge - мп - те, с помощью которых выбираются условия синтеза материала: состав, температура, давление и т.д.

Сведения о синтезе кристаллов рь₁__хмп_хте по всей области зуществования твердого раствора, взаимосвязи электрических, магнитных свойств, микротвердости и реальной структуры с условиями синтеза кристаллов практически отсутствуют.

Для модифицирования свойств твердого раствора рь₁__хмп_хте использовано легирование кристаллов индием.

Настоящая работа состоит из двух частей. Первая часть юсвящена направленному синтезу кристаллов твердого раствора pbj^Mi^Te и исследованию их свойств (электрических, магнитных, структурного совершенства и др.). В этой же части работы экспериментально определены условия легирования рь₁__хмп_хте индием з целью получения фоточувствительного материала.

Во второй части работы основное внимание уделено синтезу фисталлов различных модификаций теллурида германия, а также

ЮСЛеДОВаНЫ МаГНИТНЫе СВОЙСТВа ТВерДОГО раСТВОра Ge₁__xMn_>Te.

Цель работы - разработка физико-химических основ синтеза

кристаллов твердых растворов рь₁__хмп_хте и Ge_x__xMn_xTe с заданным составом и свойствами, а также определение оптимальных условий легирования рь₁__хмп_хте индием. В связи с этим в работе поставлены следующие задачи:

1. Изучение части фазовой диаграммы системы рь-мп-те:
определение границ области гомогенности твердого раствора

^pbi-x^Mnx^Te ^^{311 БЫС0К0Й} температуре.

1. Синтез кристаллов твердого раствора рь-^мі^тє (0^x^0.25).

2. Исследование реальной структуры полученных кристаллов.

4. Изучение электрических, магнитных свойств твердого
раствора ръ_±_^Ч1 їв, микротвердости.

5. Выяснение механизма вхождения атомов марганца в решетку теллурида свинца.

6. Определение оптимальных условий легирования рь^^мг^те индием.

7. Синтез и изучение свойств кристаллов легированного
твердого раствора рь_х ип те(іп).

8. Исследование условий выращивания кристаллов
низкотемпературных модификаций теллурида германия из пара.

9. Изучение, влияния состава i^Ge₁-_x^lin_x)x-J¹^ ^на магнитные
свойства твердого раствора.

Научная новизна работы.

1. Исследован разрез рьте - мпте тройной системы рь - мп -
те. Определена граница области гомогенности твердого раствора
^pbi-x^Mnx^Te при температуре ибо к, соответствующая содержанию мпте
25 мол%. Установлено, что с увеличением содержания теллурида
марганца более 25 мол% наблюдается переход в область
сосуществования двух твердых растворов на основе теллурида свинца
и высокотемпературной кубической модификации теллурида марганца.

2. На основе исследования фазовых равновесий в системе рь-мп-те определены условия синтеза кристаллов рь₁__хмп_хте с максимально возможным содержанием теллурида марганца (хао.25).

3. Исследована реальная структура полученных кристаллов, установлена немонотонная зависимость плотности . дислокаций от состава, улучшение реальной структуры, снижение количества малоугловых границ.

4. Изучено равновесие "кристалл рь₁__хмп_хте - пар". Определена
зависимость типа и концентрации основных носителей заряда от

парциального давления пара теллура при- температуре 970 К.

5. Определены оптимальные условия получения РЬ₁__хМп_хТе(1п), обладающие задержанной фотопроводимостью при температуре ниже 2ок.

6. Определены условия синтеза различных низкотемпературных модификаций тсллурида германия из пара.сублимацией и по механизму пар - жидкость - кристалл.

7. На основании результатов исследования магнитной проницаемости сплавов (^Gei-_x^Mnx⁾і-у^^еу' ^сД^елан вывод, что наблюдаемый при низкой температуре ферромагнитный ФП является переходом второго рода.

8. В твердом растворе (^Gej._v^Mn_x) і-у^Ге_у (*>о.з) при температуре ниже ферромагнитного ФП обнаружен переход ферромагнитной фазы в состояние возвратного спинового стекла.

Практическая значимость. Полученные,'в работе сведения о части Р-Т-х-у диаграммы системы рь-мп-те являются основой для выбора условий направленного синтеза кристаллов твердого раствора ^pbi-x^Mnx^{Te с заланной} молярностью й отклонением от стехиометрии. Результаты изучения равновесия "кристалл рь_а мп_хте - пар" позволяют прогнозировать условия получения материала с различной концентрацией носителей заряда. Полученная, зависимость реальной структуры от состава позволяет получать 'кристаллы, обладающие высоким структурным совершенством'-' кристаллы. Выявленные оптимальные условия легирования кристаллов рь_г мп те индием дают возможность синтезировать материал, обладающий задержанной фотопроводимостью при Т < 20 К. '. Изучение магнитных свойств твердого раствора Ge₁__xMn_xTe показало ' возможность получать материал с упорядоченной магнитной структурой.

На защиту выносятся: '._

1. Результаты исследования Р-Т-х-у диаграммы системы

РЬ-Мп-Те.

2. Условия синтеза кристаллов, твердого раствора рь_г__хмп_хте
методом направленной кристаллизации расплава.

3. Результаты исследования ; реальной структуры и
электрических, механических, магнитных свойств кристаллов

^Pbl-x^Mnx^Te-

4. Условия легирования кристаллов.рь.^. мп те индием.

5. Исследование условий синтеза, кристаллов низкотемпературных модификаций теллурида германия.

6. Результаты магнитных исследований твердого раствора ^Gel-x^Mnx^Te"

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. Конференции молодых ученых МГУ (1992, 1993).

2. ш Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных
полупроводников", Черновцы, 1991г.

3. и Украинской конференции "Материаловедение и физика
полупроводниковых фаз переменного состава", Нвжин, 1993г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем' диссертации. Диссертация состоит из введения, двух частей, включающих четыре главы, список литературы из /^наименований и приложение. Полный объем работы, включая 40 рисунков и 20 таблиц, составляет 12.$"страниц машинописного текста. Каждая глава заканчивается выводами.