Введение к работе
Актуальность темы. Соиремеиное развитие микроэлектроники, ла:іерноіі техники, оитоэлектроинкп тесно переплетается с фундаментальными исследованиями и области технологии и физики новых полупроводниковых материалов, обладающих определенными "тсхішлопічсскіїми" п физическими споіістпаи. К числу таких объектов относятся соединения редкоземельных элементов (РЗЭ). Некоторые из этих элементов объединяются в классе редкоземельных полупроводников (РЗП). Для РЗП характерно наличие многих уникальных, как по количественному, так и качественному проявлению физических свойств и явлений.
Помимо традиционного применения в металлургической и керамической промышленности, соединения РЗЭ считаются перспективными и находят применения в электронике. Элементы памяти, устройства считывания информации, датчики давления, магнитного поля, тензодатчики, термоэлектрические устройства, селективные отражающие покрытия, люминофоры, светодиоды и лазеры - вот далеко не полный перечень приборов и устройств, где в самое ближайшее время соединения РЗЭ будут широко ирпменятсья. С другой стороны, именно для решения задач практического характера важное значение приобретает дальнейшее расширение работ по совершенствованию технологии получения этих материалом в массивном и тонкопленочном исполнениях, исследование их физических свойств.
Поскольку в микроэлектронике все более важную роль играют топкие пленки, очевидный интерес представляет и сопоставление фотоэлектрических характеристик массивных и тоикоплепочиых объектов, т.е. проведение исследования на пленках представляет интерес не только как общеизвестное средство для измерения прозрачности в области сильного поглощения (например, за краем фундаментального поглощения).
Существующий на сегодняшний день достаточно многочисленный экспериментальный материал пока что недостаточен для полноценного качестенного н, тем более, количественного восприятия протекающих в соединениях РЗЭ явлений и для создания такой теории, которая могла бы объять весь спектр уникальных свойств в этих соединениях. Ясно, что тривиальный подход к интерпретации экспериментальных данных не корректен, необходимо накопить гораздо больший объем информации, надо расширить круг тех соединений, которые используются объектами исследования или модельными материалами. Исключительные перспективы практического прнмениения, существование с научной точки зрения многих значительных и интересных проблем определяет актульаность экспериментальных исследований в любом направлении и теоретического анализа накопленной информации для изучения соединении РЗЭ.
Цель работы можно определить следующим образом:
Исследование электрических, оптических и фотоэлектрических свойств моносульфнда иттербия; изучение фотопроводимости (ФП) и фото ЭЦС (ФЭДС) легированных свинцом и кадмием сесквнсульфнда самария и фотопроводимости легированных кадмием сесквнсульфидов иттербия и диспрозия в температурном интервале 80-500 К.
Исследование процессов долговременнй релаксации фотопроводимости в пленках Yb2S,3 и Dy2S3 легированных кадмием.
Установление энергий и характера электронных переходов.
- Определение величин параметров, харктернзующих зон
ную структуру.
Научная новизна. 1. Впервые на пленках моносульфида иттербия изучены вольт-амперные характеристики, температурная зависимость сопротивления, спектральная зависимость отражения и прозрачности, спектральная и температурная зависимость фотопроводимости и фото ЭДС. Определены энергетические положения экстремумов основных оптических параметров. Проанализированы механизмы электронных переходов, определяющих край фундаментального поглощения и установлены соответствующие энергии. Определено взаимное расположение 5d и 6s подзон зоны проводимости. Построена количественная схема строения зоны проводимости YbS.
-
Впервые на основе изучения фотоэлектрических свойств легированных свинцом и кадмием сесквнсульфида самария и легированных кадмием сесквнсульфидах иттербия и диспрозия определены", энергии ионизации свинца и акцепторного уровня, образованного вакансиями самария; величина энергетического зазора между основным н первым возбужденным состояниями примеси свинца; расположение в запрещенной зоне созданного кадмием донорного уровня. Объяснены механизмы возникновения фотопроводимости и фото ЭДС.
-
Впервые на основании наследования долговременных релаксационных процессов легированных кадмием в пленках сесквисульфидов иттербия и диспрозия установлены: характер зависимости фотопроводимости и фото ЭДС от интенсивности падающего света; энергии активации примеси кадмия. Определены величины значений рекомбпнациошюго барьера.
Практическая ценность. Объяснение природы происхождения основных структур в полученных экспериментальных спектральных п температурных зависимостях будет способствовать дальнейшему развитию представлений о закономерностях и механизмах, протекающих в редкоземельных полупроводниках.
Наблюдаемая высокая фоточувствнтеьлность исследованных соединений свидетельствует о перспективности применения их для создания фоточувствительных структур. Полученные в работе экспериментальные результаты можно использовать в качестве справочного материала при разработке оптических элементов новой техники.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: республиканских научно-технических конференциях физиков высших учебных заведений Грузни (Тбилиси 1980г, 1997г); II, III, IV и V Всесоюзных конференциях по физике и химии редкоземельных полупроводников (Ленинград 1979г, Тбилиси 1983г, Новосибирск 1987г, Саратов 1990г); VI Всесоюзной конференции по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов (Москва 1988г); школе по актуальным вопросам физики и химии соединений на основе РЗЭ (Красноярск 1989); IV международном советско-западногеманск-ом семинаре по редкоземельным полупроводникам (Тбилиси 1987г).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 научных работах, список которых сопровождает автореферат.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 126 страниц, из них печатных 87, 62 иллюстраций, 17 таблиц и библиографий из 108 наименований.