Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Несмотря на достаточно
интенсивные исследования полупроводниковых соединений Л2Вб с
переходными металлами, остались незатронутыми вопросы, относящиеся
к установлению природы процессов поляризации указанных материалов
и связанных с ними явлений. Практически не изучены вопросы
установления структуры и взаимодействия дефектов, возникающих в
процессе роста кристаллов А2В6 с ПМ. Совершенно отсутствуют
экспериментальные данные о поведении важнейших диэлектрических
параметров (диэлектрической проницаемости, удельного сопротивления
и тангенса угла диэлектрических потерь) этих материалов в зависимости
от температуры и частоты измерений, а также концентрации атомов
переходного металла. И это несмотря на то, что соединения A2BS с ПМ
являются, как правило, высокоомными материалами, что сильно
затрудняет исследование их свойств традиционными
гальвано магнитными методами.
Исследования диэлектрических свойств указанных соединений являются актуальными и с точки зрения перспективы использования ряда материалов такого класса, например Cdi-хМшТе, в едином технологическом цикле для проектирования и производства ИМС и других приборов электронной техники. При этом проводящие слои создавались путём легирования монокристаллов Cdi-xMnxTe в процессе роста акцепторными (Аи, Си, As и Р) и донорными (In) примесями. Кроме того, возрастание ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов Cdi-xMnxTe с ростом х до 2.4 эВ даёт возможность создавать на их основе детекторы различного вида излучений, которые могут работать при комнатной температуре.
Связь работы с научными программами. Исследования проводились в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы Белорусского государственного университета по теме: "Исследование принципов создания и разработка экспериментальных образцов интегральных конденсаторов с улучшенными эксплуатационными параметрами на
основе ионно-имплантированных компенсированных полупроводников" (N гос. per. 19941333) по программе "Новые материалы" (N гос. per. 01910055696).
В связи с выше сказанным, целью работы было определение диэлектрических и парамагнитных свойств ряда полупроводниковых соединений А2В6 с переходными металлами: Cdi-xMnxTe (0<х<0.7), Zni.xMnxTe (0<йс<0.53), Cdi-xFexTe (0<х<0.03) и Cdi.xFexSe (0<х<0.14), что предполагало решение следующих задач:
- изучение поведения диэлектрической проницаемости указанных
материалов в зависимости от температуры и частоты измерений;
установление механизма переноса зарядов на переменном токе;
установление корреляции между диэлектрическими и парамагнитными свойствами полупроводников А^_хМпхВ ;
- сопоставление диэлектрических характеристик А1_хМпхВ и
A,2_xFexB с целью выявления влияния типа переходного металла на
процессы поляризации данных материалов.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
- обнаружено явление термически активируемого роста диэлектрической
проницаемости в сильнодефектных компенсированных полупроводниках
А2В6 с Мп и А2В6 с Fe;
- установлено, что явление термически активируемого роста
диэлектрической проницаемости в сильнодефектных компенсированных
полупроводниках А2В6 с переходными металлами обусловлено
прыжковым обменом зарядами между дефектами, возникающими в
процессе роста кристаллов;
- дано дальнейшее развитие модели процессов, обуславливающих
поляризацию сильнодефектных компенсированных полупроводников;
- для соединений Cdi-xMnxTc (0<х<0.7), Cdo.996sFeo.oo35Te и Cdo.895Feo.io5Se
определены распределения дефектов, ответственных за рост
диэлектрической проницаемости, по временам нахождения их в новом
зарядовом состоянии;
- обнаружены закономерности изменения параметров спектров ЭПР
полупроводниковых материалов Cdi-хМіьТе и Zni-xMnxTe в зависимости
от концентрации атомов марганца;
- впервые установлена корреляция между диэлектрическими и
парамагнитными свойствами в соединениях Cdi.xMnxTe и Zm-xMnxTe;
предложена модель микроскопической структуры дефектов, обуславливающих диэлектрические и парамагнитные свойства сильнодефектных компенсированных полупроводников Л2В6 с переходными металлами;
- обнаружено, что замена атомов Мл на атомы Fe приводит к
значительному (до 10 раз) возрастанию диэлектрической проницаемости
сильнодефектных компенсированных полупроводников А2В6 с
переходными металлами.
Практическая и экономическая значимость диссертационной работы заключается в том, что полученные результаты позволяют получать на основе полупроводниковых соединений А2Вб с переходными металлами слои с аномально высокой диэлектрической проницаемостью и достаточно низким тангенсом угла диэлектрических потерь в области частот до 10 МГц, которые могут применяться в технологии производства кремниевых ИМС в качестве диэлектрика полупроводниковых МДП-конденсаторов. Это позволит существенно увеличить коэффициент интеграции ИМС и значительно расширить область их применения. Практическая значимость работы продемонстрирована также предложенным использованием сильнодефектных полупроводников А2В6 с переходными металлами в качестве рабочего материала для высокочувствительного датчика температуры. Тем самым, может быть получен несомненный экономический эффект.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Комплекс установленных в соединениях Cdi-хМпхТе и Zni-xMnxTe закономерностей изменения диэлектрической проницаемости и проводимости на переменном токе от температуры и частоты измерений, параметров спектров ЭПР от концентрации атомов переходного металла, а также наличие в этих материалах корреляции между диэлектрическими и парамагнитными свойствами.
-
Модель процессов, приводящих к поляризации силыюдефектных компенсированных полупроводников, основанная на явлении термически активированного прыжкового обмена зарядами между нейтральными дефектами.
Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертации результаты получены лично соискателем и проанализированы с научным руководителем. Соавторы опубликованных работ принимали участие в подготовке образцов, проведении отдельных экспериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.
Апробация и опубликовашюсть результатов. Основные результаты
работы представлялись на XXIV International School on Physics of
Semiconducting Compounds "Jaszowiec 95" (Ustron-Jaszowiec, Poland,
1995), Международной научно-технической конференции
"Взаимодействие излучения с твёрдым телом" (Минск, 1995), International Conference "JAWE-96" (Naleczow, Poland, 1996) и опубликованы в 8 печатных работах. Получен патент Республики Польша на изобретение "Полупроводниковый датчик температуры" No Р-315985 от 12.09.1996.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырёх глав, основных выводов и списка использованных источников. Объём диссертации составляет 98 страниц, в том числе 36 иллюстраций и 5 таблиц. Список использованных источников включает в себя 95 наименований.
