WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 10 |

новая фаза могла возникнуть вследствие упаковки молеТранспортные механизмы в пленках C60 изучались кул C60 между кристаллитами ГЦК. Падение проводис помощью эффекта поля [88,89]. В работах исмости объясняется исчезновением этой фазы вследствие пользовалась обычная структура полевого транзистора:

отжига и соответственно увеличением межкристаллитпленка C60 на сильно легированом окисленом кремных потенциальных барьеров. При измерении временной нии. Результаты показали, что C60 — полупроводник зависимости проводимости пленок, поддерживаемых при n-типа. При комнатной температуре полевая подвижпостоянной температуре, обнаружены рост проводимоность и концентрация носителей заряда определены как сти, снижение фазы гексагональной плотной упаковки и 4.8 · 10-5 см2/(В · с) и 5.6 · 1014 см-3 соответственно [89], увеличение проводимости. Отжиг пленок при высокой более высокое значение 8 · 10-2 см2/(В · с) получено в температуре приводит к их упорядоченности, исчезновеработе [90]. Подвижность зарядов на границе раздела нию состояний дефектов в зоне и увеличению энергии фуллерен–диэлектрик оценивается как 2·10-3 см2/(В · с), активации.

причем значения сильно изменяются от образца к образНа транспортные свойства фуллеренов в кристаллицу [88].

ческом состоянии оказывает большое влияние их ориКомплексная проводимость пленок C60 и C70 измеряентационное состояние. В области фазового перехода лась в диапазоне частот 10-106 Гц при температурах наблюдаются изменения энергии активации [75,85]. Од10-750 K [28]. Высокочастотная диэлектрическая пронако нельзя сказать ничего определенного об изменении ницаемость определена как 2.6 для C60 и 4.6 для C70.

запрещенной зоны вследствие низких значений энергии В случае C70 наблюдалось туннелирование поляронов активации, которые отнесены на счет существования малого радиуса.

примесного уровня. Из измерений сопротивления пленок C60 в диапазоне 12-300 K найдено, что обе точки фазовых переходов T0 = 260 K и Tg = 90 K опускаются по Проводимость и структура температурной шкале под воздействием кислорода [95].

Существует сильная корреляция между кристалличе- Проводимость монокристалла на постоянном токе ской структурой пленок C60 и их оптическими и электри- (AC-проводимость) пропорциональна температуре и чаческими свойствами. Но найти этому объяснение не так стоте ниже 150 K [96], что характерно для прыжков просто. Поскольку молекулы связаны ван-дер-ваальсо- в локализованных состояниях вблизи уровня Ферми.

выми связями, сама по себе дефектная кристаллическая Выше 200 K наблюдается быстрое возрастание проводиструктура не приводит к появлению оборванных связей. мости и переход к термически активированному типу Требуется нарушение целостности самой молекулы. с двумя энергиями активации 0.389 и 0.104 эВ выше Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 266 Т.Л. Макарова и ниже некоторой температурной точки, что объясняется сосуществованием кристаллической и аморфной фаз. Частотная зависимость проводимости подчиняется степенному закону s (s = 0.8). Сходные результаты были получены на пленках C60 и C70 [97]: при высокой температуре проводимость не зависела от частоты, в то время как степенной закон наблюдался при низких температурах. Был сделан вывод, что при повышении температуры преобладающий механизм изменяется от прыжковой проводимости к термической активации.

При высоких температурах как пленки, так и монокристаллы имеют 2Ea = 1.85 эВ [84]. Аналогичные данные получены из исследований AC-проводимости и бесконтактной микроволновой проводимости монокристаллов C60 [98]. В области высоких температур наблюдается активационное поведение с независящим от частоты значением энергии активации Ea = 0.9 эВ. При низких температурах проводимость частотно-зависимая и слабо зависящая от температуры, что объясняется влиРис. 12. Соотношение между предэкспоненциальным мноянием примесей. При температуре 425 K наблюдается жителем и энергией активации проводимости в тонких пленуменьшение проводимости монокристалла C60 [78], что ках C60, подвергнутых различным дозам экспонирования в объясняется перераспределением молекул, приводящим кислороде [102].

к локализации электронных состояний.

Измерялась проводимость монокристаллов под давлением до 1 ГПа [99]. Энергия активации в ГЦК фазе материал имеет полупроводниковый тип проводимости уменьшается, однако в простой кубической фазе она постоянна.

= 0 exp(-Ea/kT ), (6) Наблюдались нелинейные транспортные свойства кластерных пленок C60, которые были объяснены больто в разупорядоченных материалах активационная энершой разницей между объемным и поверхностным трансгия и префактор проводимости связаны следующим сопортом в кластерах [100].

отношением:

0 = 00 exp(-Ea/kT0), (7) Модели проводимости Выдвигалось несколько моделей для объяснения про- где 00 и T0 — параметры Майера–Нелдела (рис. 12).

водимости фуллеренов. Простейшая модель распростра- Данное соотношение выполняется, к примеру, для няет проводимость графита в направлении оси c на химически близких полупроводников или для различных фуллереновые кристаллы [101], причем проводимость образцов полупроводника, приготовленных несколькими оценивается как 1/60 проводимости графита в направ- способами, т. е. с различной концентрацией примесей, лении оси c, умноженная на соотношение плотностей при разных температурах подложки, различном давлефуллерена и графита (C60/gr = 0.74).

нии кислорода при отжиге и т. д. [103]. Соотношение Имеющиеся экспериментальные результаты [96,97] справедливо для аморфных и поликристаллических попозволяют предположить, что проводимость фуллеренов лупроводников, материалов с электронной, ионной и можно описать схемой проводимости разупорядоченных поляронной проводимостью. Это универсальное правило полупроводников. Доминирующий механизм определяет- требует выполнения только одного условия: неоднородся температурой: при низких температурах — прыжковая ность с любой точки зрения. Транспорт в неоднородных проводимость с переменной длиной прыжка (VRH), системах можно описать как многократный захват нопереходящая в прыжки по ближайшим соседям. С по- сителей заряда на локализованные состояния с послевышением температуры преобладают активированные дующим термическим высвобождением. В таком случае прыжки в хвостах зон (разновидность VRH), и лишь при подвижность носителей заряда не является постоянной очень высоких температурах, приближающихся к темпе- величиной, а приобретает дисперсию: µ(T ) = µ00(t), ратурам сублимации, можно наблюдать проводимость по µ00 — микроскопическая подвижность, нормированная делокализованным состояниям. на плотность состояний. Предэкспоненциальный мноБольшой разброс экспериментальных значений энер- житель проводимости содержит, таким образом, врегии активации приводит к выводу, что в фуллерено- мя высвобождения из самой глубокой ловушки, котовых материалах должно соблюдаться правило Майера– рое обратно пропорционально числу ловушек в данном Нелдела (MNR) [102]. Оно состоит в следующем. Если энергетическом интервале. Измеряемая в эксперименте Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Электрические и оптические свойства мономерных и полимеризованных фуллеренов Рис. 13. Температурные зависимости проводимости пленок C60 (a) и C70 (b) при различных давлениях кислорода. Цифры у кривых — давление кислорода, Торр.

энергия активации является глубиной самой глубокой вакууме до температуры 160-180C. Однако взаимодейловушки, в которую попадает носитель на расстоянии, ствие с кислородом в присутствии освещения приводит равном длине свободного пробега. Правило MNR вы- к необратимым изменениям в проводимости: ее значение полняется, если предположить, что ловушки распреде- при комнатной температуре падает до 10-14 (Ом · см)-1, лены по глубине экспоненциально. Экспериментальные причем активационная энергия возрастает до 0.95 эВ.

подтверждения этому предположению следуют из из- Влияние кислорода на проводимость объясняется создамерения поверхностной фотоэдс [44], нестационарной нием потенциала беспорядка, который локализует элекфотопроводимости. Для пленок C60 иC70 были получены тронные состояния на краях зон HOMO-LUMO, а также значения 00 = 1.5 · 10-3 (Ом · см)-1, T0 = 0.044 эВ, ролью кислорода как ловушки для электронов. При 00 = 1.25 · 10-5 (Ом · см)-1, T0 = 0.027 эВ соответ- освещении образцов кислород вступает в химическую ственно [104]. реакцию с образованием C-O связей.

При контакте с кислородом проводимость пленок Cсовпадает во времени по степенному закону, причем Влияние кислорода на проводимость наблюдаются три различных временных участка, каждо Неоднократно отмечалось, что проводимость моно- му из которых соответствует определенный показатель кристаллов [85] и пленок HAMED93 LEE94 [76,105] степени. По-видимому, это связано с различными мехаC60 при контакте с кислородом понижается на 3-6 по- низмами взаимодействия кислорода с фуллереном [110].

рядков. Спектральная зависимость фотопроводимости В работе [111] измерены температурные зависимости пленок в атмосфере кислорода качественно совпадает проводимости пленок C60 и C70 в диапазоне 77-500 K с фотопроводимостью бескислородных пленок, но абсо- при давлениях кислорода 10-1-10-6 Торр (рис. 13). При лютные значения существенно ниже [105]. Влияние высоких температурах в обоих материалах наблюдается кислорода на проводимость и фотопроводимость фулле- зонная проводимость, при низких — доминируют прыжренов C60 [106–108] и C70 [109] чаще всего объясняется ки по локализованным состояниям вблизи уровня Ферми.

тем, что интеркалированный кислород создает уровни Кроме того, во всем интервале температур необходиловушек для носителей заряда и нейтрализует дефек- мо учитывать вклад третьего механизма, связанного с ты, которые формируют локализованные электронные прыжками по локализованным состояниям около краев состояния. валентной зоны и зоны проводимости и характеризуемоВыдержка пленок C60 в атмосфере аргона, азота и го энергиями активации, возрастающими от 0.2 до 0.4 эВ гелия не оказывает влияния на проводимость, в то время при увеличении давления кислорода в измерительной как экспозиция в кислороде приводит к быстрому паде- камере. Показано, что кислород оказывает ничтожное нию проводимости на несколько порядков [76]. Свойства влияние на механизм зонной проводимости, но активно пленок практически восстанавливаются при прогреве в гасит два последних (прыжковых) механизма.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 268 Т.Л. Макарова Проникновение кислорода в фуллереновые пленки фосфором, имели проводимость n-типа. Пленки, полубыло исследовано методом диэлектрической спектроско- ченные одновременным распылением фуллерена и алюпии [112]. Изменения в частотной и температурной миния, имели проводимость p-типа, добавление алюмизависимостях низкочастотной комплексной диэлектриче- ния также улучшало фотоэлектрические свойства [132].

ской функции () при контакте с кислородом были Методом туннельной спектроскопии изучены структуинтерпретированы следующим образом. Между молеку- ры Al–окисел–C60–Pb и Pb–окисел–C60–Pb. При низких лами C60 и O2, занимающими межузельные пустоты, температурах наблюдается узкая полупроводниковая зосуществует небольшой перенос заряда. Из-за большого на шириной 6-7 мэВ. Зона соответствует полупроводразмера молекулы C60 формируется большой дипольный нику, созданному в результате легирования фуллерена момент, который связан с приложенным переменным свинцом [133].

полем через релаксационный механизм, управляемый Фуллерид Sm6C60 синтезирован с помощью высокодиффузией. Это приводит к существенному росту диэлек- температурной твердотельной реакции. Транспортные трической проницаемости, сопровождаемой широким писвойства при температуре ниже 180 K описываются в ком диэлектрических потерь. С увеличением содержания рамках теории металлических гранул, при высоких темкислорода межузельные пустоты становятся полностью пературах наблюдается слабая температурная зависизаполнены, межузельные прыжки подавляются, и пики мость сопротивления [134].

потерь вместе с повышенной поляризацией исчезают.

Соединение Sr0.56C60O1.5 имеет ионную проводимость Эффекты проникновения кислорода в пленки C60 были с чрезвычайно низким абсолютным значением [135], исследованы методами оптического поглощения [58].

что резко отличается от металлических свойств C60, При контакте с кислородом поглощение в подзонной легированного стронцием [136].

области сильно возрастает и появляется пик поглощения, заметный при измерениях при 77 K. Подзонное Фотопроводимость поглощение тесно связано с плотностью электронных спинов. Спиновый сигнал может происходить от неспаСпектральные зависимости фотопроводимости фуллеренных электронов C60O, будучи индуцирован переноренов в целом повторяют спектры поглощения. Основсом заряда между молекулой C60 и кислородом.

ные спектральные особенности обязаны своим происхождением экситонам, а не межзонным переходам; рассмаПроводимость легированных фуллеренов триваемые механизмы генерации носителей включают разделение зарядов в объеме и на поверхности, экситонЛегирование щелочными металлами в данной работе экситонные взаимодействия, фотоионизацию экситонов не рассматривается, за исключением тех случаев, когда легированные фуллерены образуют полимеры. Транс- и высвобождение зарядов из ловушек. Сходство спектров поглощения и фотопроводимости показывает, что портные свойства соединений AxC60, где A — атом экситоны Френкеля и CT-экситоны могут релаксировать щелочного или щелочноземельного металла, описаны во многих обзорах [8,113–119] и оригинальных ста- в одно и то же низшее состояние экситона Френкеля.

Экситоны диссоциируют и создают носители заряда, тьях [25,26,120–129].

рассеиваясь на поверхностях, колебаниях решетки, приЛегирование пленок C60 металлическими примесями (In, Sb) существенно повышает проводимость при сохра- месях и дефектах. Поскольку экситон Френкеля имеет меньшую энергию, чем запрещенная зона, проводимость нении полупроводникового характера, энергия активации лежит в пределах 0.1-0.17 эВ. Изменения проводимо- носит фононно-ассистированный характер [63]. Фотости объясняются повышением как концентрации носите- ток в пленках C60 пропорционален как интенсивности света, так и приложенному напряжению и возрастает лей, так и подвижности [79,82]. Экспозиция в кислороде приводит к сходным изменениям в проводимости легиро- с уменьшением частоты модуляции, что может быть ванных и нелегированных пленок, что объясняется фор- обусловлено наличием глубоких ловушек.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 10 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.