WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В третьей главе представлены результаты экспериментальных ис-следований оптических свойств монокристаллов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) стационарным и модуляционным методами. В начале главы рассмотрены краткие теоретические представления модуляционных методик для иссле-дования спектров твердых тел, а также экспериментальная установка для исследования спектров поглощения, отражения и фотопроводимости полу-проводников как стационарным методом, так и методом модуляции длины падающей волны в широком температурном интервале 2-300 К.

Установлено, что край собственной полосы поглощения в кристал-лах -TlInS2 и твердых растворах на его основе формируется прямыми и непрямыми оптическими переходами с образованием экситонных полос поглощения. Определены энергетические параметры этих переходов и экситонов.

Край собственной полосы поглощения в монокристаллах -TlInS2

формируется прямым переходом, которому предшествует экситон-фо-нонное взаимодействие. Определены постоянная экситон-фононного вза-имодействия, энергии фононов, участвующих во взаимодействии, соот-ветственно равные 0,6 эВ и 0,01 эВ.

Из зависимости 2 и 1/2 от энергии падающих фотонов (hv) опреде-лены энергетические значения границ непрямых и прямых переходов в кристаллах -TlInS2. Непрямому оптическому переходу соответствует энергетическое значение 2,334 эВ при 300 К и 2,517 эВ при 5 К, а прямому оптическому переходу – 2,393 эВ при 300 К и 2,553 эВ при 5 К.

В области края собственной полосы поглощения -TlInS2 уста-новлено наличие двух экситонных состояний и определены их основные параметры: Есв = 33 мэВ, боровский радиус аБ = 29 приведенная масса = 0,21mo при Т = 5 К.

Обнаружен скачок в температурной зависимости Еg и установлено наличие фазового перехода в -TlInS2 при температуре около ~ 185 К. В широком диапазоне длин волн (470 – 1150 нм; диапазон 750-1150 нм на рис. 1 не представлен) при температурах Т = 300К и Т = 5 К исследовались спектры поглощения монокристаллов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) (рис. 1). Вид спектров изменяется с ростом «Х». Так, если для кристаллов -TlInS2 коэффициенты поглощения вблизи полосы фундаментального поглоще-ния имеют резко возрастающий характер, то для кристаллов -Tl1-xCuxInS2 (Х = 0.01; 0,015) коэффициенты поглощения начинают плавно возрастать уже в ближней ИК- области спектра. Следует также отметить, что для кристаллов -TlInS2 форма спектров поглощения с понижением темпе-

ратуры почти сохраняется, а в твердых растворах на их основе наблю-дается постепенный переход к линейному характеру, т.е. спектры погло-щения кристаллов -Tl1-xCuxInS2 при 300 К имеют ступенчатый характер, однако с понижением температуры эти ступени заметно выпрямляются.

На спектрах поглощения кристаллов -Tl1-xCuxInS2 можно выделить два четко выраженных участка. Первые из них наблюдаются в длинно-волновой области спектра и отвечают наиболее низким значениям коэф-фициента поглощения ( < 0,75·10-3 см-1). Для этих участков спектра ха-рактерно медленное нарастание коэффициентов поглощения. Вторые участки (где > 0,75·10-3 см-1) являются более крутыми. Здесь происходят резкие возрастания коэффициентов поглощения. Исходя из вышеизло-женного, можно предположить следующее: частичное замещение атомов таллия атомами меди в кристаллах -TlInS2 приводит к появлению примес-ных полос в их запрещенных зонах. С увеличением концентрации меди растут и ширины примесных полос. При температуре 300 К, начиная с значений энергий фотонов hv =1,08 и 1,15 эВ в кристаллах -Tl1-xCuxInS2 (Х = 0,01; Х = 0,015 соответственно) начинается переброс электронов из примесных зон в зону проводимости соответственно. С ростом энергии в этих переходах начинают участвовать также электроны, которые находят-ся в глубине примесной полосы. При значениях энергий равных ширине запрещенной зоны для криcталлов -Tl1-xCuxInS2, происходят переходы электронов из соответствующих валентных зон. Этим и объясняется рез-кое возрастание коэффициентов поглощения в кристаллах -Tl1-xCuxInS2 (0 Х 0,015).

Таким образом, анализ спектров поглощения отражения кристаллов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) показывает, что частичное замещение атомов таллия атомами меди приводит к изменению экситонных характеристик

-TlInS2, а также к образованию в длинноволновой части спектра примес-ных областей поглощения, т.е. дает возможность управлять оптическими параметрами монокристаллов. Установлено существование экситонных переходов и в кристаллах твердых растворов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015). Показано, что длинноволновый край собственной полосы поглощения твердых растворов подчиняется правилу Урбаха. Определена концентра-ционная зависимость энергии прямых разрешенных переходов, которая показывает, что прямые переходы в твердых растворах на основе -TlInS2 имеют одинаковую природу.

При исследовании электропоглощения в области экситонного по-глощения установлены экситонные пики. Полученные значения энергии образования экситонного состояния полностью совпадают с выше приве-денными данными.

В конце главы приведены выводы.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований неравновесных процессов в соединениях -TlInS2 и твердых растворах на его основе по спектрам фотопроводимости, термостимули-рованной проводимости и деполяризации.

Спектральные распределения фотопроводимости -TlInS2 снятые при 77 и 300 К, представлены на рис. 2. Максимум фотопроводимости мо-

нокристаллов -TlInS2 соответствует энергии 2,23 эВ, который хорошо согласуется с энергией, соответствующей переходу акцептор-зона прово-димости. Сравнение спектральных характеристик при 77 и 300 К показы-вает, что максимум при 77 К соответствует плечу при 300 К, что связано с прямыми экситонными переходами говорит, что в большинстве образцов велика роль поверхностной рекомбинации.

Спектры фотопроводимости твердых растворов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) имеют один четко выраженный максимум, а также некото-рые изгибы в длинноволновых частях спектров кристаллов твердых раст-воров, что характеризует проявление примесной фотопроводимости в

твердых растворах на основе -TlInS2. Энергии максимумов фотопро- проводимости линейно зависят от доли меди в твердых растворах

-Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015).

Исследованием примесной фотопроводимости в интервале 0,62,0 эВ

при 77 и 300 К установлено существование неконтролируемых глубоких

примесей в монокристаллах -TlInS2.

Наличие фазового перехода в -TlInS2 в области температур 185195 К установлено потверждено измерениями ТСД и фотопроводи-мости. Измерениями ТСП и ТСД в интервале температур 100300 К определены параметры уровней прилипания в кристаллах типа -TlInS2 (концентрация, глубина залегания и сечение захвата) (табл. 1).

В конце главы приведены выводы.

ПАРАМЕТРЫ ПРИМЕСНЫХ УРОВНЕЙ СОЕДИНЕНИЙ

-TlInS2, ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ПО ТСП И ТСД

Таблица 1

, К

, эВ

, см-3

, см2

, с

-TlInS2

112

0,30

1109

3,410-14

3,610-3

151

0,42

3,4109

1,110-14

2,610-3

182

0,51

7,2109

2,110-14

6,510-4

210

0,58

7,0109

2,910-15

1,310-2

В приложении излагаются результаты экспериментальных исследо-ваний, фоторезисторов, изготовленных из кристаллов -Tl1-xCuxInS2

(0Х0,015) и фотоэлектрические свойства гетероконтактов Tl1xCuxGaSe2/ - TlInS2 (0 Х 0,02).

В заключении приводится общий анализ основных результатов

диссертационной работы.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые проведен физико-химический анализ и построена диа-грамма состояния псевдобинарной системы TlInS2 - CuInS2.

На основании результатов дифференциально-термического, рентге-нофазового, рентгеноструктурного анализов и комплекса других физи-ческих измерений установлено, что диаграмма состояния системы TlInS2 - CuInS2 представляет собой квазибинарный разрез с ограниченными вза-имными растворимостями исходных компонентов в твердом состоянии. В системе TlInS2-CuInS2 растворимость CuInS2 в TlInS2 при комнатной тем-пературе составляет 1,5 мольн.%, а TlInS2 в CuInS2 0,5 мольн.%.

С учетом физико-химических особенностей выбраны оптимальные технологии и выращены крупные (l = 5-10 cм) однородные кристаллы систем -Tl1-xCuxInS2. Методами дифференциально-термического, микро-зондового и рентгеноструктурного анализов установлены идентичность выращенных кристаллов с исходными -TlInS2.

2. В -TlInS2 край собственной полосы поглощения формируется непрямыми и прямыми переходами с участием оптического фонона. Установлено наличие двух экситонных состояний при Т = 5 К и определе-ны их основные параметры.

3. На основании исследования температурных зависимостей спект-ров оптического поглощения установлены скачкообразные изменения ши-рины запрещенной зоны в кристаллах -Tl1xCuxInS2 (0Х0,015), что сви-детельствует о наличии фазового перехода в этих кристаллах. Это под-тверждается также исследованиями термостимулированной деполяриза-ции (ТСД) и фотопроводимости. С ростом содержания меди в -TlInS2 происходит смещение температурной точки фазового перехода в сторону более низких температур.

4. В твердых растворах -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) главную роль в формировании края собственного поглощения играют прямые опти-ческие переходы, а длинноволновый край подчиняется правилу Урбаха.

5. Показано, что замещение атомов таллия атомами меди в кристал-лах -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) приводит к небольшому смещению края собственной полосы поглощения и образованию примесной полосы поглощения у потолка валентной зоны.

6. Разработаны фотоприемники на основе кристаллов -Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015) для видимой и ближней – ИК областей спектра, а также эффективные гетероструктуры на основе Tl1-xCuxGaSe2/-TlInS2 (0Х0,02).

Результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1 Хамхоев Б.М., Мальсагов А.У., Кульбужев Б.С. Рентгенографическое исследование соединений TlInS2, TlGaS2 и твердых растворов Tl0,985Cu0,015 InS2, Tl0,98Cu0,02 GaS2 при 93 – 293 К. //Изв. АН СССР. Сер. Неорганические материалы. – 1989. – Т.25. - №2. – С.216-220.

2. Хамхоев Б.М., Заргарова М.И., Мальсагов А.У. Физико-химический анализ систем TlInS2 - CuInS2, TlInS2 - AgInS2. // Всесоюзное совещание «Химическая связь, электронная структура и физико-химические свойства полупроводников и полуметаллов». Тезисы докладов. – Калинин. – Октябрь. – 1985. - С.92.

3. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х., Магомадов Р.М. Диаграмма состояния

системы TlInS2-CuInS2. // Изв. РАН. Сер. Неорганические материалы. – 2004. – Т.40. - №10. – С.1168-1170.

4. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х., Георгобиани А.Н. Термостимулированная проводимость и деполяризация в кристаллах TlGaSe2 и -TlInS2. // Изв. Вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2004. -№ 10. – C.37-44.

5. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х., Георгобиани А.Н. Фотопроводимость

-Tl1-xCuxInS2 (0Х0,015). // Изв.Вузов.Северо-Кавказский регион. Естест-

венные науки. – 2004. - № 10. – C.33-37.

6. Хамхоев Б.М., Георгобиани А.Н., Матиев А.Х. Фотоэлектрические свойства гетеропереходов Tl1-xCuxGaSe2/TlInS2 (0 Х 0,02). // Труды ХI Всероссийской конференции «Строение и свойства металлических и шла-ковых расплавов». Екатеринбург. – Сентябрь. – 2004. - Т.4. - С.230-233.

7. Хамхоев Б.М., Георгобиани А.Н., Матиев А.Х. Фазовые равновесия в системах TlGaSe2 – CuGaSe2 и TlInS2 - CuInS2. // Труды ХI Всероссийской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых распла-вов». Екатеринбург. – Сентябрь. – 2004. - Т.4. - С.233-238.

8. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х. Фазовые равновесия в некоторых системах TlB3C62 - А1В3С62. // Первая Международная научно-техническая конфе-ренция «Материаловедение алмазоподобных и халькогенидных полупро-водников». Украина. – Черновцы. – 1994.

9. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х. Спектры поглощения монокристаллов

Tl1-xCuxInS2. // Тезисы докладов научно-практической конференции, посвя-

щенной 80-летию Грозненского государственного нефтяного института им. М.Д. Миллионщикова. Грозный. –Ноябрь. –2000.–С.18. 2000.– С.18-19.

10. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х. Спектры поглощения и отражения моно-кристаллов Tl1-xCuxInS2. // Тезисы докладов Международной конференции «Оптика полупроводников». УлГУ. – Ульяновск. – Июнь. – 2000. – С.22.

11. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х. Спектры поглощения монокристаллов

Tl1-xCuxInS2. // Тезисы докладов научн. конференции ИнгГУ. – 2000.–С.245.

12. Хамхоев Б.М., Георгобиани А.Н., Матиев А.Х. и другие. Микрозондовый анализ системы Tl1-xCuxInS2. // Труды Грозненского государствен-ного нефтяного института им. М.Д. Миллионщикова. – Грозный. Вып.1. – Ноябрь. – 2001. - С.124-136

13. Хамхоев Б.М., Георгобиани А.Н., Матиев А.Х. и другие. Фотоэлек-трические характеристики Tl1-xCuxInS2 (Х = 0 – 0,015). // Труды Грознен-ского государственного нефтяного института им. М.Д. Миллионщикова. – Грозный. Вып.1. – Ноябрь. – 2001. - С.136-140.

14. Хамхоев Б.М., Матиев А.Х., Кодзоев И.С. и другие. Фотопроводимость в кристаллах твердых растворов Tl1-xCuxGaSe2, -Tl1-xCuxInS2 и Tl1-xAgxGaS2. // Труды Международной конференции «Оптика, оптоэлек-троника и технологии». УлГУ. – Ульяновск. – Июнь. – 2002. - С.123.

Pages:     | 1 || 3 |






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