WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 3 Спектры отражения двух полиморфных модификаций арсенида кадмия ¶¶ © А.И. Козлов¶, В.В. Соболев, А.Ф. Князев+¶¶¶ Международная лаборатория сверхпроводимости и твердотельной электроники Академии наук Республики Молдова, МД 2028 Кишинев, Молдова Удмуртский государственный университет, 426034 Ижевск, Россия + Курский государственный университет, 305000 Курск, Россия (Получена 14 октября 2003 г. Принята к печати 19 мая 2004 г.) Представлены новые результаты исследования оптических свойств арсенида кадмия. Наиболее достоверные спектры отражения со сложной поляризованной структурой были получены благодаря использованию совершенных кристаллов и прецизионной спектральной техники. Спектры отражения полиморфных модификаций -Cd3As2 (пространственная группа D15) и -Cd3As2 (пространственная группа D11) 4h 4h измерены при комнатной температуре и температуре жидкого азота в поляризованном свете (E c, E c) в интервале энергий падающего света 1-5 эВ. Впервые обнаружена анизотропия спектров отражения для -модификации. Проведено сравнение полученных данных с известными экспериментальными и теоретическими результатами.

Соединения типа AIIBV образованы по правилам с Eg = -0.19 эВ. В [3] доказательства такой модели 3 2 формальной валентности и являются тетраэдрическими считаются неубедительными.

фазами. Особенности физических свойств этих полупро- Спектры отражения в инфракрасной области быводиков обусловлены наличием структурных вакансий ли измерены только для твердых растворов системы атомов металла и смещением атомов по направлению Cd–As–Zn [14]. Вработе [15] были исследованы спектры к соседним вакансиям. Cd3As2 — весьма интересное отражения поликристаллических образцов Cd3As2 при соединение, имеющее очень маленькую величину запре- комнатной температуре и обнаружено 2-3-широких щенной зоны Eg и высокую подвижность [1,2]. максимума. В [16] изучены спектры отражения моАрсенид кадмия имеет пять полиморфных модифи- нокристаллов Cd3As2 при 77 и 293 K, в которых в каций с большим количеством атомов в элементарной области 1-5 эВ проявляются 5-7 структур. В [17] ячейке [3]. Постоянные решетки приведены в [4–6]. Про- приводятся спектры отражения более совершенных кристой механизм перестройки структур при полиморфизме сталлов Cd3As2 в поляризованном свете (при 293 K) дан в [7]. Следует отметить, что в работах, посвящен- и расчеты оптических функций n, k, 1, 2. Для реных оптическим свойствам Cd3As2, обычно нет точных зультатов работ [15–17] характерно сильное падение указаний на кристаллическую структуру. Это может величины коэффициента отражения R в области энергий являться одной из причин, порождающих противоречия h >3 эВ. Спектры термоотражения при 293 K исследомежду данными разных авторов. ваны в [18,19]. Ряд пиков хорошо коррелирует с данными Теоретико-групповые расчеты зон кристаллов Cd3As2 по отражению, а три самые длинноволновые структуры (-модификация) выполнены в [8]. В работе [9] зонная в отражении не проявляются. В области вакуумного ульструктура Cd3As2 рассчитана методом псевдопотенци- трафиолета спектры отражения Cd3As2 изучены в [20], ала, причем вместо реальной решетки использовалась где также приведены результаты расчета оптических решетка гипотетического кристалла со структурой флю- функций в области 0-20 эВ при комнатной температуре.

орита. Авторы [10] выполнили расчеты для реальной Спектры отражения и некоторые оптические функции симметрии. Потенциалы Cd и As взяты из данных для твердого раствора Cd2.1Zn0.9As2 приведены в [21].

CdTe и GaAs. Матричные элементы конструировались, Мы исследовали спектры отражения Cd3As2 в области как в [8]. В [11] расчеты структуры зон проводились 1-5 эВ в поляризованном свете (E c, E c) на устаk-p-методом вблизи точки. Предполагалось, что новке с использованием монохроматора ДФС-12 [22].

Eg = -0.095 эВ. Для интерпретации результатов маг- В установке применялся отсчетный метод измерений нетооптических измерений системы Cd–As–Zn авто- (метод электрической компенсации). Сущность метода ры [12] также считали, что арсенид кадмия обладает заключается в оптическом и электрическом разделении инверсной зонной структурой типа HgTe. В [13] пред- сигналов, соответствующих падающему и отраженному ложена эмпирическая модель зонной структуры Cd3As2 от исследуемого объекта пучков света, обработке их и сравнении для получения абсолютного значения коэф¶ E-mail: kozlov@lises.asm.md ¶¶ фициента зеркального отражения. Перед входной щелью E-mail: sobolev@uni.udm.ru ¶¶¶ E-mail: tol47@kursknet.ru монохроматора располагался светофильтр. Поляризация 2 306 А.И. Козлов, В.В. Соболев, А.Ф. Князев Вторая интенсивная полоса, аналогичная структуре Eв кристаллах AIIIBV, расположена вблизи 4 эВ. Коэффициент отражения в максимуме обеих полос достигает 40-43%. Между интенсивными полосами при 80 K проявляются две слабые ступеньки (рис. 1), которые в других образцах видны более отчетливо и могут смещаться по положению на 0.1-0.2 эВ. В некоторых образцах проявлялись очень слабые структуры (в виде перегибов) при энергиях примерно 1.6 и 4.3 эВ, а также широкая полоса при 1.3-1.4 эВ. Повышение температуры от до 293 K мало изменяет внешний вид спектров. Слабые структуры не проявляются, дублетное расщепление выражено хуже. Средний температурный коэффициент смещения пиков составляет -(1.5-3.0) · 10-4 эВ/K. Следует отметить, что даже при 80 K анизотропия в спектрах отражения -Cd3As2 не обнаруживается.

Рис. 1. Спектры отражения монокристалла -Cd3As2 при Главные особенности спектров отражения -Cd3As293 K (1) и 80 K(2).

(рис. 2) такие же, как и в -полиморфной модификации.

Однако дублетность E1 проявляется менее отчетливо, что может быть связано с меньшим совершенством исследованных образцов. Расщепление пиков дублета света осуществлялась призмой Глана–Томсона. С пооказалось таким же, как и в -модификации, однамощью светоделительного устройства свет разделялся ко наблюдался сдвиг по энергиям в длинноволновую на два одинаковых по интенсивности канала. В канале область в обеих поляризациях (см. таблицу). В спекизмерения помещался криостат с исследуемым образтрах отражения отчетливо проявляется анизотропия.

цом. Канал сравнения служил для измерения интенсивЕсли компоненты дублета отличаются по интенсивности ности падающего на образец света. Для компенсации (коротковолновая компонента более четко выражена в оптической среды (окна криостата) служила кварцевая поляризации E c), то полоса E2 поляризована по пластина. Угол падения света отличался от нормального положению максимума. Структура в области 2.5-2.7эВ на 6. Для предотвращения поступления в криостат не обнаружена, однако проявляются довольно интенсивлегких фракций масел были предусмотрены 3 азотные ные поляризованные пики при 3.08 эВ (E c), 3.20 эВ ловушки. Кроме того, перед заливкой жидкого азота (E c). Кроме того, имеется четкий пик при 1.60 эВ криостат отключался от вакуумной системы для исклю(только при E c).

чения осаждения масляной пленки. Крепление образца Из сопоставления полученных данных с известныосуществлялось на гранях медного стакана с помощью ми ранее прежде всего следует отметить в последних специального сплава (Tm = 30-40C). Температура посильный спад отражения в коротковолновой области.

верхности исследуемого образца составляла 80 K. Все При этом может происходить смещение пика E2 в образцы были получены из газовой фазы и представляли собой длинные пластинки, в плоскости которых находилась ось c [23].

В -модификации арсенида кадмия наблюдаются две интенсивные полосы отражения и ряд слабых особенностей (рис. 1). Первая полоса оказалась дублетнорасщепленной, причем особенно хорошо расщепление проявляется при низких температурах. Этот дублет аналогичен структуре E1, E1 + в InAs, которая объясняется переходами в точке L или на направлении, а дублетность вызвана спин-орбитальным расщеплением верхней валентной зоны, состоящей из p-уровней атомов As, причем величина составляет на направлении s-o две трети от величины в точке. Положение s-o максимумов компонентов дублета приведено в таблице для случая, изображенного на рис. 1. В других образцах положение максимумов может смещаться на 0.01 эВ в сторону больших или меньших энергий. В некоторых образцах наблюдалось другое соотношение интенсив- Рис. 2. Спектры отражения монокристалла -Cd3As2 при ностей компонентов дублета (примерно одинаковое). 80 K и поляризации света E c (1) и E c (2).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Спектры отражения двух полиморфных модификаций арсенида кадмия Энергетическое положение пиков отражения и термоотражения (в эВ) в кристаллах арсенида кадмия по данным разных авторов Наши данные (отражение) Данные по отражению других авторов Термоотражение Теоретические расчеты -кристаллы -кристаллы-80 K [16] [17] [20] [18] [19] [8] 293 K 80 K E c E c 293 K 77 K Моно. Поли. 293 K 293 K 293 K - 1.4 - - - - 1.43 1.41 - 1.43 1.41 1.- 1.6 - 1.60 - - - - - - - 1.76 1.79 1.75 1.76 1.7 1.74 1.71 1.71 1.70 1.74 - 1.1.91 1.98 1.90 1.90 1.88 1.90 1.91 1.89 - 1.95 - - 2.5 - - 2.86 2.86 - - - - 2.30 2.- 3.1 3.08 3.20 3.33 3.26 - - - 3.24 - 3.93 3.98 4.01 3.93 3.7 3.7 3.80 3.63 3.60 - 3.70 3.- 4.3 - - - - 4.50 - - - 4.60 4.- - - - 5.15 - 5.15 - - - 5.16 5.длинноволновую область на 0.1 эВ. В области энергий По нашим данным, величина спин-орбитального расh >3 эВ вследствие наложения крутого спада отраже- щепления составляет 0.15-0.19 эВ, что неплохо совпадает с теоретическими расчетами [26]. На основе нания на наблюдаемый в действительности его рост может ших прецизионных спектров отражения можно получить возникнуть ложный пик. Вполне возможно, что пик при с помощью соотношений Крамерса–Кронига полный 3.33 эВ [16] обусловлен наличием на поверхности тонкой комплекс оптических функций арсенида кадмия [27,28], пленки, которая образуется в случае отклонения от опв том числе и мнимую часть диэлектрической протимальных технологических режимов. Мы показали, что ницаемости 2, сравнение которой с теоретическими полировка таких образцов приводит к увеличению R в результатами может подтвердить правильность расчетов ближней ультрафиолетовой области на 10-20%. Пленка зонной структуры Cd3As2 для реальной структуры.

может возникать и при травлении поверхности образцов (в некоторых работах использовались полированные с последующим травлением образцы). Маловероятно, что Список литературы наблюдаемый спад R объясняется только шероховатостью поверхности [24], хотя некоторый вклад она и [1] E.K. Arushanov. Prog. Cryst. Growth Charact., 3, 211 (1981).

дает. Характерно, что при понижении темппературы [2] В.Б. Лазарев, В.Я. Шевченко, Я.Х. Гринберг, В.В. Собоот 293 до 77 K в [16] пик при 3.33 эВ смещался в лев. Полупроводниковые соединения группы AIIBV (М., 1976).

длинноволновую область, а пик при 3.7 эВ оставался [3] В.В. Соболев. Энергетическая структура узкозонных на месте, — по-видимому, сказывалась дополнительная полупроводников (Кишинев, 1983).

пленка масла, которое поступало из вакуумной системы.

[4] M. Stakelberg, P. Paulus. Z. Phys. Chem., 28 (2), 5427 (1935).

Таким образом, наблюдаемая разница в спектральном [5] G.A. Steigman, J. Gooder. Acta Cryst. B, 24 (8), 1062 (1968).

распределении коэффициента отражения арсенида кад[6] A. Pietraszko, M. Lucaszevicz. Phys. St. Sol. A, 18 (2), мия, по данным разных авторов, связана с совершен(1973).

ством поверхности образцов. Этим же объясняется и [7] А.Д. Изотов, В.П. Саныгин, В.Ф. Пономарев. Кристаллобольшой разброс положения максимума самой корот- графия, 23 (4), 764 (1978).

[8] Н.В. Кудрявцева. Изв. вузов СССР. Физика, (11), коволновой полосы E2 (см. таблицу). Чем хуже по(1971).

верхность образца, тем сильнее сдвигается эта струк[9] P.J. Ling-Chung. Phys. Rev., 188 (3), 1272 (1969).

тура в длинноволновую область. Эту закономерность [10] B. Dowgiallo-Plenkievicz, P. Plenkievicz. Phys. St. Sol. B, хорошо иллюстрируют данные в [17], где максимум E94 (1), K57 (1979).

на монокристаллах расположен при 3.80 эВ, а на по[11] J. Bodnar. Proc. 3rd Int. Conf. Phys. Narrow-Gap Semicond.

ликристаллах — при 3.63 эВ. Из таблицы видно, что (Warsaw, 1978) p. 311.

максимумы E1 и E1 +, по данным пяти авторов, [12] I. Wagner, E.D. Palik, E.M. Swiggard. Phys. Chem. Sol. Suppl.

(1), 471 (1971).

хорошо совпадают (с учетом естественного разброса от [13] M.J. Aubin, L.G. Caron, J.P. Jay-Gerin. Phys. Rev. B, 15 (8), образца к образцу, а также с возможностью изучения 3872 (1977).

разных модификаций Cd3As2). В то же время пики [14] A.I. Belogorokhov, I.S. Zakharov, A.V. Kochura, A.F. Knjazev.

между E1 и E2 сильно меняются по положению, инAppl. Phys. Lett. 77 (14), 1 (2000).

тенсивности, характеру анизотропии. Не исключено, что [15] В.В. Соболев, Н.Н. Сырбу. Изв. АН СССР. Неорг. матер., здесь проявляются „плавающие особенности“, которые 2 (6), 1011 (1966).

связаны со степенью дальнего порядка в расположении [16] В.В. Соболев, Н.Н. Сырбу, Т.А. Зюбина, Я.А. Угай. ФТП, вакансий катионных подрешеток [25]. 5 (2), 327 (1971).

2 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 308 А.И. Козлов, В.В. Соболев, А.Ф. Князев [17] K. Karnicka-Moscicka, A. Kisiel, L. Zdanowicz. Sol. St.

Commun., 44 (3), 373 (1982).

[18] M.J. Aubin, J.P. Cloutier. Canadien J. Phys., 53 (17), K(1975).

[19] V.P. Bhola. Phys. Status Solidi A, 34 (2), K179 (1976).

[20] M. Zivitz, J.R. Stevenson. Phys. Rev. B, 10 (6), 2457 (1974).

[21] A.I. Kozlov, S.G. Kozlova, A.F. Knjazev. Moldavian J. Phys.

Sci., 2 (2), 160 (2003).

[22] В.В. Соболев, В.В. Немошкаленко. Методы вычислительной физики в теории твердого тела. Электронная структура полупроводников (Киев, 1988).

[23] Э.К. Арушанов, А.Ф. Князев, Л.С. Коваль. Тез. конф.

„Тройные полупроводники и их применение“, Кишинев (1983) с. 165.

[24] K. Karnicka-Moscicka, A. Kisiel. Surf. Sci., 121, L545 (1982).

[25] Г.П. Чуйко, Н.М. Чуйко. ФТП, 17 (6), 1145 (1983).

[26] B. Dowgiallo-Plenkievicz, P. Plenkievicz. Phys. St. Sol. B, 87 (1), 309 (1978).

[27] A.I. Kozlov. Proc. Int. Conf. on Material Science and Condensed Matter Physics, Chisinau (2001) p. 42.

[28] A.I. Kozlov, V.E. Grachev, V.V. Sobolev. Proc. 5th General Conf. Balkan Physical Union, (Vrnjaeka Banja, 2003), p. 719.

Редактор Л.В. Беляков Reflection spectra of two cadmium arsenide polymorphic modifications A.I. Kozlov, V.V. Sobolev, A.F. Knjazev+ International Laboratory of Superconductivity and Solid State Electronics, Academy of Sciences, MD2028 Kishinev, Moldova Udmurt State University, 426034 Izhevsk, Russia + State University, 305000 Kursk, Russia

Abstract

Pages:     || 2 |



© 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.