WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ХАМХОЕВ БАГАУДИН МАГАМАДОВИЧ

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ОСОБЕННОСТИ

ЭЛЕКТРОННЫХ СПЕКТРОВ СИСТЕМЫ

TlInS2 CuInS2

01.04.07 - физика конденсированного состояния

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Нальчик – 2006

Работа выполнена в Грозненском государственном нефтяном институте им. М.Д. Миллионщикова и Ингушском государственном университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор, Матиев Ахмет Хасанович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Грузинцев Александр Николаевич

кандидат физико-математических наук,

доцент Калажоков Хамидби Хажисмелович

Ведущая организация: Московский государственный

университет путей сообщения (МИИТ)

Защита диссертации состоится 21 декабря 2006 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.076.02 при Кабардино-Балкарском государственном университете по адресу: 36004, г. Нальчик, ул. Чернышев-ского, 173

С диссертацией можно знакомиться в библиотеке Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова

Автореферат разослан « ____ » ноября 2006 г.

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173

Ученый секретарь
диссертационного совета Ахкубеков А.А.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Прогресс в физике полупроводников и полупроводниковой технике тесно связан с получением новых материалов и структур. Получение этих материалов, в свою очередь, основывается на детальном исследовании и интерпретации их свойств. Возможности получения новых материалов существенно расширяется при использова-нии твердых растворов. Проблема создания твердых растворов является одной из центральных в физике полупроводников, что подтверждается неослабевающим потоком информации, посвященной как уже хорошо себя зарекомендовавшим на практике твердым растворам на основе соединений А3В5 и А2В5, так и твердым растворам на основе, сравнительно недавно открытых новых перспективных классов соединений А3В3С6 и А1В3С62. Интерес к изучению сложных полупроводников обусловлен необхо-димостью расширения наших представлений относительно формирования зонной структуры кристаллов по мере усложнения состава и изменения объема элементарной ячейки, а также вытекающих в этой связи особен-ностей физических свойств.

Соединения А3В3С6 и А1В3С62 является изоэлектронными аналогами известных полупроводников групп А3В3 и А2В6, соответственно. Опреде-ленную перспективу в этом плане с нашей точки зрения, имеют твердые растворы на основе TlInS2 и CuInS2. Эти соединения являются перспектив-ными материалами для разработки на их основе приемников излучения для видимой, ближней - ИК и рентгеновской областей спектра, а также для солнечных элементов с высоким КПД. В частности, монокристаллы соединений типа TlB3C62 (где B3 - In, Ga; C – S, Se) обладают яркой выра-женной анизотропной структурой, и отличаются по физическим свойствам от таких классических полупроводников как германий, кремний и от соединений типа А3В5. Кристаллы данной группы обладают уникальными свойствами: прозрачны в широком спектральном диапазоне, обладают сла-бой чувствительностью электрических свойств к вводимым примесям, низкой подвижностью и концентрацией свободных носителей заряда по сравнению с выше указанными полупроводниками. Это обстоятельство де-лает соединения типа TlB3C62 особенно интересными, как с точки зрения выяснения фундаментальных особенностей кристаллического строения слоистых полупроводников, так и с точки зрения технического примене-ния.

Анализ литературных данных показывает, что исследования физи-ческих свойств исходных соединений TlInS2 и CuInS2, находятся факти-чески на начальном этапе. Объем и глубина этих исследований носят не достаточный, а порой и противоречивый характер, не позволяющий сде-лать адекватные обобщения, а тем более дать практические рекомендации. Поэтому возникает необходимость систематических исследований элек-трических, оптических и фотоэлектрических свойств указанных кристал-лов, определяющих весь комплекс происходящих в них физических про-цессов, а также выявление реальных закономерностей изменения физи-ческих параметров с целью разумного управления ими. С этой точки зре-ния тема настоящей диссертационной работы - «ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕ-СИЯ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ TlInS2 – CuInS2» представляется весьма актуальной, открывающей возможности получения новых полупроводниковых материалов – твердых растворов между соеди-нениями, кристаллизующимися в совершенно различных структурах.

Целью настоящей работы являлось - изучение фазовых равновесий в системе -TlInS2-CuInS2 и комплексное исследование твердых растворов на основе -TlInS2 в плане выявления закономерностей физических свойств этой группы материалов. Такое исследование приводилось в сле-дующих направлениях:

- построение диаграммы состояния и диаграмм состав свойства системы -TlInS2-CuInS2;

- определение характера и особенностей оптических переходов, энер-гетических параметров зонной структуры и оптических констант моно-кристаллов TlInS2-CuInS2;

- выявление основных закономерностей взаимосвязи фундаментальных

параметров изученных кристаллов и перспективы их практического ис-пользования.

Объектами для исследования являлись образцы монокристаллов -TlInS2 и твердых растворов на его основе выращенные методом Бридж-мена-Стокбаргера. Монокристаллы -TlInS2 и твердые растворы на их ос-нове обладали моноклинной (псевдотетрагональной) слоистой структурой.

Научная новизна

1. Впервые изучена диаграмма состояния системы -TlInS2-CuInS2, определены области твердых растворов, разработаны технологии получе-ния монокристаллов твердых растворов -Tl1-xCuxInS2 (0 X 0,015).

2. В монокристаллах -TlInS2 при 5К установлено наличие экси-тонных состояний n = 1 и n = 2, определены их основные параметры: энер-гия связи Еэкс= 33 mэВ, боровский радиус аБ = 23, приведенная масса = 0,21m0.

3. Установлен механизм формирования края собственной полосы поглощения в монокристаллах -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015). Показано, что смещение края собственной полосы поглощения в монокристаллах твер-дых растворов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) обусловлено образованием при-месной зоны у потолка валентной зоны.

4. Изучены неравновесные процессы в кристаллах -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015). Исследованием примесной фотопроводимости установлено наличие неконтролируемых глубоких примесей в них.

5. Из измерений термостимулированной проводимости и деполяри-зации определены параметры уровней прилипания в кристаллах -TInS2.

6. Разработаны исследованы фотоприемники на основе монокрис-таллов -Tl1-xCuxInS2 (0 Х 0,015) для видимой и ближней -ИК областей спектра, а также эффективные гетеропереходы Tl1-xCuxGaSe2 / -TlInS2 (0 Х 0,02).

Практическая значимость работы

Сведения, полученные о механизмах электронных процессов проис-ходящих в полупроводниках -TlInS2 и твердых растворах на их основе,

способствуют более глубокому пониманию их специфических свойств и

позволяет рекомендовать данные материалы для создания на их основе:

- приемников излучения в видимой и ближней ИК областях спектра;

- гетероконтактов Tl1-xCuxGaSe2 /- TlInS2 (0 Х 0,02);

Результаты работы используются в лабораторном спецпрактикуме на кафедре общей физики ИнгГУ.

Личный вклад автора

Диссертация представляет собой законченную работу, результаты которой получены автором в соавторстве с сотрудниками кафедры физики Грозненского нефтяного института им. М.Д. Миллионщикова, кафедры об-щей физики Ингушского государственного университета, а также ФИ им. П.Н. Лебедева РАН. Все положения, выносимые на защиту, были доказаны лично автором настоящей работы. Автором проведены экспериментальные исследования и интерпретация полученных данных.

Положения представленные к защите:

1. Диаграмма состояния (Т - Х) псевдобинарной системы -TlInS2 – CuInS2, построенные во всем концентрированном интервале с использованием методов дифферeнциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА), рентгеноструктурного (РСА) анализов, а также измерениями удельного со-противления и плотности; границы областей твердых растворов и режимы выращивания монокристаллов из этих областей.

2. Механизм формирования края собственной полосы поглощения в крис-таллах -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015).

3. Перспективность использования выращенных кристаллов -Tl1-xCuxInS2 (0,015) для создания на их основе фотоприёмников для видимой и ближ-ней ИК- области спектра.

Апробация результатов работы

Результаты исследований докладывались на: Всесоюзном совещании «Химическая связь, электронная структура и физико-химические свойства полупроводников и полуметаллов», Калинин, октябрь 1985г. Первой Меж-дународной научно-технической конференции «Материаловедение алма-зоподобных и халькогенидных полупроводников», Украина, Череповец, 1994г., II-ой Международной конференции «Оптика полупроводников», УГУ, Ульяновск, 2000г., IV-ой Международной конференции«Оптика, оп-тоэлектроника и технологии», УГУ, Ульяновск, 2002г., V-ой Междуна-родной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии», УГУ, Уль-яновск, VI-ой Международной конференции «Опто-, наноэлекторника, на-нотехнологии и микросиситемы»., УГУ, Ульяновск-Астрахань, 2004г., XI-я Всероссийская конференция «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Екатеринбург, 2004г.

Достоверность результатов

Всесторонний характер исследований, проведенных автором данной

работы на одних и тех же образцах с использованием различных методик физического эксперимента, убеждает в достоверности, представленных результатов и обоснованности выводов, следующих на их основе. Все полученные результаты по исследованным объектам достаточно обосно-ваны и сопоставлены как с теоретическими расчетами зонных структур, так и с экспериментальными результатами других авторов. Результаты ис-следований обсуждались на российских и международных конференциях.

Публикации

Результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных трудах. Список приводится в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения 4 глав, приложения, заключения и выводов. Она содержит 191 страниц компьютерного текста, 52 рисунка и 21 таблицу, в списке литературы 196 наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, сформулирована цель и основные задачи исследования, указана новизна и практическая значимость, изложены основные полученные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава является обзорной. В ней систематизирован с крити-

ческим анализом, имеющийся в литературе материал относительно исход-ных объектов исследования настоящей диссертационной работы и соот-ветствующих твердых растворов катионного замещения на их основе. В начале данной главы обстоятельно обсуждаются физико-химические осо-бенности известных полупроводниковых фаз соответствующих псевдоби-нарных разрезов, в которых образуются исходные соединения, исследуе-мых в диссертации сложных полупроводниковых систем. Рассматрива-ются далее детали кристаллических структур и характер химической связи в указанных соединениях, крайне необходимые для понимания происхо-дящих в них и системах на их основе физических процессов.

В конце главы излагаются известные по литературным данным физические свойства исходных соединений -TlInS2, CuInS2 и существу-ющих твердых растворов катионного замещения на их основе.

На основе проведенного анализа сделано заключение относитель- но состояния изученности исходных тройных соединений -TlInS2, CuInS2 и совершенном отсутствии каких-либо сведений относительно изучаемой в настоящей диссертации новой системы на их основе.

Настоящая глава завершается формулировкой постановки, реша-емых в диссертации задач.

Вторая глава диссертации посвящена подробному описанию режи-мов синтеза и технологии выращивания монокристаллов, а также изуче-

нию фазовых равновесий и кристаллических структур исследуемых объек-тов. В начале главы, в частности, приводится, построенная впервые диа-грамма состояния системы -TlInS2 – CuInS2 во всем концентрационном интервале с использованием методов дифференциально-термического рентгенофазового, рентгеноструктурного анализов, а также измерениями удельного сопротивления и плотности.

В результате произведенных физико-химических анализов выявлены соответствующие пределы ограниченных областей взаимной растворимос-

ти исходных трехкомпонентных соединений в системе -TlInS2 – CuInS2.

С учетом особенностей изученной диаграммы состояния подобраны оптимальные режимы и впервые выращены крупные однородные моно-кристаллы твердых растворов переменного состава. Выращенные, таким образом, кристаллы подвергались предварительному дифференциально-термическому, рентгенофазовому, рентгеноструктурному и микрозондо-вому анализам.

Применением отмеченного выше арсенала физических методов, уста-

новлено сходство составов синтезированных и выращенных кристаллов, идентифицирован структурно-фазовый состав исследуемых в диссертации монокристаллов многокомпонентных сложных полупроводников перемен-ного состава.

В конце главы приведены выводы.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»