WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 4 Оптическое отражение в твердых растворах (Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe с высоким содержанием индия © А.Н. Вейс, А.В. Нащекин Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 3 июня 2002 г. Принята к печати 6 сентября 2002 г.) Исследованы спектральные зависимости коэффициента оптического отражения при 300 K в твердых растворах (Pb0.78Sn0.22)1-x InxTe с высоким содержанием индия. В спектрах отражения выявлены особенности, связанные с неоднородностями состава изученных твердых растворов. Высказано предположение, что эти неоднородности проявляются в виде систем упорядоченных „нитей“. Прямые доказательства существования неоднородностей в (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te получены посредством изучения морфологии поверхности исследуемых образцов при помощи оптического и растрового электронного микроскопов.

В последнее время усилился интерес к изучению приведены результаты исследования спектров оптичетвердых растворов (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te с высоким со- ского отражения R.

держанием индия. Это связано с особенностями элек- Использованные в экспериментах образцы были притрофизических свойств, выявленных в этих соединениях готовлены при помощи горячего прессования и подверг(см. [1] и цитированные там работы). Для интерпре- нуты гомогенизирующему отжигу в вакуумированных тации этих особенностей авторами [1] были привле- кварцевых ампулах в течение 100 ч при температуре Ta = 650C [9]. Характерный размер зерна в образцах чены представления о прыжковой проводимости по составлял 100 мкм. Концентрация индия x указана по примесным состояниям индия. В основе использованзакладке в шихту. Все исследованные образцы, содержаных представлений лежит предположение [2] о том, щие индий, обладали электронным типом проводимости.

что все атомы индия занимают эквивалентные позиции Электрофизические свойства подобных образцов были в решетке (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te (в узлах подрешетки изучены в [1]. Для сравнения в работе исследован металла) и образуют квазилокальный уровень E0. Одобразец Pb0.78Sn0.22Te, не содержащий индия, с провонако при x 0.03, вследствие перекрытия волновых димостью p-типа и холловской концентрацией дырок функций отдельных примесных атомов, этот уровень pH = 1.2 · 1018 см-3. Все эксперименты в настоящей рауширяется в полосу квазилокальных состояний, которая боте были выполнены при температуре T = 300 K.

при x = 0.05 сливается с дном зоны проводимости.

Результаты исследования коэффициента отражения Именно эти предположения не согласуются с резульв (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te с высоким содержанием индия татами исследования оптического поглощения в ближайоказались более чем неожиданными. Как видно из рис. 1, ших аналогах изучаемых твердых растворов: Pb1-xInx Te на котором представлены экспериментальные данные, и (Pb0.7Ge0.3)1-x Inx Te [3–5]. Анализ данных, полученных в спектрах отражения R() всех исследованных образцов в [3–5], показывает, что растворимость примеси индия наблюдается не один, а два минимума коэффициента отв узлах подрешетки металла невелика и не превышает ражения, расположенные при длинах волн 1 = 1-2мкм несколько ат%. Более того, авторами [3–5] не было оби 2 = 25-30 мкм.

наружено заметного уширения примесных полос индия Природа длинноволновых минимумов коэффициента вплоть до x = 0.09.

отражения была исследована в [8]. Авторами [8] было Результаты, полученные в [3–5], позволяют предпоустановлено, что минимумы связаны с плазменными лагать, что растворимость примеси индия в халькоколебаниями свободных носителей тока. Там же было генидах свинца и твердых растворах на их основе показано, что незначительная глубина плазменных миносит сложный характер. Впервые на это обратили нимумов в (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te обусловлена сочетавнимание авторы [6]. Поэтому представлялось целесообнием малых эффективных масс свободных электронов разным выполнить детальные исследования оптических и низких подвижностей, величины которых в исследосвойств (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te с целью изучения особен- ванных авторами [8] образцах составляли 100 см2/В·с.

ностей энергетического спектра этих твердых растворов Переходя к данным, полученным в настоящей работе, в широком интервале концентраций введенного индия следует отметить, что положение длинноволновых мии оценки концентрации примеси в узлах подрешетки нимумов на шкале длин волн, как это видно из рис. 1, металла. Работы [7,8], в которых исследовались опти- не изменяется заметным образом при возрастании x.

ческие свойства (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te с малыми x, не Это означает, что величины концентраций свободных содержат подобной информации. В настоящей работе электронов n во всех исследованных образцах близки.

Оптическое отражение в твердых растворах (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te с высоким содержанием индия Рис. 1. Спектральные зависимости коэффициента отражения R в (Pb0.78Sn0.22)1-x InxTe при T = 300 K. Точки — эксперимент; x:

1 —0, 2 — 0.05, 3 — 0.07, 4 — 0.10, 5 — 0.15, 6 — 0.20, 7 — 0.03; зависимость R() для образца 6 при 6мкм приведена в [8].

Линии — расчет; период индуктивной сетки, мкм: 2 —1.9, 3 —1.6, 4 —1.7, 5 —0.8, 6 — 1.25. Для образцов 3–7 значения R увеличены на 10, 20, 30, 50, 80% соответственно.

Действительно, оценки, выполненные в рамках приня- естественной причиной их появления в спектрах R() тых в [8] предположений, показали, что в исследованных могли бы быть плазменные колебания свободных носиобразцах с содержанием индия в шихте x 0.05 вели- телей тока в пределах микровключений. Однако для мечины n варьируются в пределах (1.3-2.5) · 1018 см-3. таллического индия такое поведение R() не характерно.

В отличие от длинноволновых, коротковол- В спектральном интервале = 0.55-10.00 мкм коэффициент отражения индия при угле падения, близком новые минимумы коэффициента отражения в (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te наблюдаются впервые. Глубина к нормальному, варьируется в пределах 88.5-97.5% [11], этих минимумов возрастает при увеличении x. Однако что связано с влиянием межзонных переходов. Можно, значения R(1) в коротковолновых минимумах отраже- однако, предположить, что микровключения представния во всех исследованных образцах близки к соответ- ляют собою фазу, содержащую индий. В частности, ствующим экспериментальным данным для „чистого“ металлическими свойствами, по данным [12], обладает Pb0.78Sn0.22Te без индия (зависимость 1 на рис. 1). кубическая фаза InTe (II). Однако и в этом случае при Следует также отметить, что изменения коэффициента объяснении наблюдаемых эффектов могут встретиться отражения в области коротковолновых минимумов трудности. Исходя из структуры экспериментальных носят резонансный характер, а значения R ни в одном спектров R(), представленных на рис. 1, следует счииз исследованных образцов не достигают 100%. тать, что вклад микровключений в коэффициент отражения (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te в области коротковолновых На основании этих результатов можно считать, что коротковолновые минимумы, обнаруженные в спек- минимумов близок к нулю. Это означает [13], что частотрах R(), связаны с микровключениями, обладающи- та релаксации носителей тока в этих неоднородностях ми достаточно высокой проводимостью. Учитывая дан- может быть существенно ниже частоты зондирующего излучения. В этом случае, согласно [13], скорость изменые [10], можно предполагать, что эти микровключения либо целиком состоят из индия, либо обогащены инди- нения R в длинноволновой по отношению к 1 области ем. При этом доля поверхности образцов, занятая ми- экспериментальных спектров должна быть значительно кровключениями, должна возрастать при увеличении x. выше наблюдаемой в экспериментах.

Рассмотрим теперь возможные механизмы формиро- Другой причиной появления коротковолновых минивания коротковолновых минимумов отражения. Самой мумов в спектрах R() может быть достаточно регуФизика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 400 А.Н. Вейс, А.В. Нащекин Рис. 2. Изображение поверхности (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te в отраженных электронах. x: a — 0.05, b — 0.20, c — 0.03, d — 0.15.

лярное расположение самих неоднородностей в объеме ( — подгоночный коэффициент порядка единицы).

(следовательно, и на поверхности) изучаемых образцов. Расчет составляющих R2 был произведен по методике, Это могут быть микровключения примеси в виде „ка- подробно изложенной в [8], а составляющих R1 —по пель“ или „нитей“. формулам для отражения индуктивных сеток, приведенНасколько известно, теории оптических явлений в по- ным в табл. 3 работы [5].

лупроводниках, содержащих неоднородности подобного Результаты выполненного расчета представлены на типа, не существует. Тем не менее можно показать, что рис. 1 линиями. Как видно из рис. 1, наблюдается удовлеполученные в (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te экспериментальные творительное согласие между экспериментальными точданные не противоречат такому предположению. Для ками и расчетными кривыми. Это свидетельствует о том, этого можно воспользоваться результатами теоретиче- что появление коротковолновых минимумов в спектрах ского и экспериметального исследования инфракрасных коэффициента отражения (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te действисетчатых фильтров, выполненного авторами [14,15]. Со- тельно может быть обусловлено регулярным располопоставление данных, представленных на рис. 1, с ре- жением неоднородностей в объеме (и на поверхности) зультатами [14,15] показывает, что оптические свойства исследованных образцов.

(Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te в области коротковолновых ми- Для того чтобы получить непосредственные нимумов подобны свойствам индуктивных сеток. Это свидетельства существования неоднородностей, были позволяет предположить, что неоднородности на по- изучены особенности поверхности (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te верхности исследованных образцов могут проявляться при помощи оптического и сканирующего электронного в виде упорядоченных „нитей“. На это же указыва- микроскопов. Для выявления этих особенностей ют и результаты расчета спектров R(), выполненного поверхность образцов была подготовлена при помощи в предположении об аддитивности вкладов в коэффи- полирующего травителя на основе ферроцианата калия.

циент отражения R со стороны Pb0.78Sn0.22Te : In (R2) Состав травителя и методика его применения детально и неоднородностей (R1) по формуле: R = R2 + R1 описаны в [16].

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Оптическое отражение в твердых растворах (Pb0.78Sn0.22)1-xInx Te с высоким содержанием индия Оказалось, что картина неоднородностей, наблюдае- [13] М.Н. Носков. Оптические и магнитооптические свойства металлов (Свердловск, УНЦ АН СССР, 1983).

мая в (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te, существенно более слож[14] J.P. Casey, E.A. Lewis. J. Opt. Soc. Amer., 42, 971 (1952).

ная, чем это можно было предполагать на основании ана[15] R. Ulrich. Infr. Phys., 7, 37 (1977).

лиза спектров оптического отражения. Во-первых, при [16] В.В. Робзеров, В.А. Зыков, Т.А. Гаврикова. Неорг. матер., помощи растрового электронного микроскопа в режиме 36, 177 (2000).

отраженных электронов на поверхности исследованных Редактор Л.В. Шаронова образцов были выявлены области с темным и светлым контрастом (рис. 2, a,b). Можно считать, что этот контраст обусловлен различиями в атомном номере, Optical reflection in (Pb0.78Sn0.22)1-xInxTe и рассматривать темные области как фазу, обогащенную solid solutions with high indium content легким элементом, а светлые — тяжелым. Во-вторых, A.N. Veis, A.V. Nashchekin в исследованных образцах были обнаружены необычные топографические дефекты поверхности в виде систем St. Petersburg State Polytechnical University, параллельных щелей (рис. 2, c) или отверстий (рис. 2, d), 195251 St. Petersburg, Russia вытянутых в линии протяженностью до 170 мкм. Не Ioffe Physicotechnical Institute, исключено, что эти морфологические особенности по- Russian Academy of Sciences, верхности (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te принадлежат к одному 194021 St. Petersburg, Russia типу линейных дефектов, ориентированных в объеме образцов различным образом. Отметим, что разнообраз-

Abstract

The spectral dependencies of optical reflection coefficient in (Pb0.78Sn0.22)1-x InxTe solid solutions with high indium ные, регулярно расположенные линейные дефекты поcontent and its surface morphology have been investigated at верхности (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te, в том числе подобные T = 300 K. Unusual peculiarities of reflection spectra associated показанным на рис. 2, c, наблюдались и при помощи with heterogeneities in composition of studied solid solutions оптического микроскопа.

were detected. It has been supposed that this heterogeneities Таким образом, исследование морфологических осоmanifest themselves in the form of well–ordered threads“. The ” бенностей поверхности (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te показало, direct proofs of heterogeneities existence in (Pb0.78Sn0.22)1-x Inx Te что иследованные твердые растворы неоднородны и со- has been obtained by scanning electron and optical microscopy держат фазы различного состава. Результаты исследо- through the examination of the surface morphology.

вания спектров R() позволяют так же предполагать, что в исследованных образцах существуют системы упорядоченных неоднородностей. Однако прямые экспериментальные подтверждения этого предположения пока не получены.

Авторы признательны С.А. Немову за предоставленные для исследований образцы, В.А. Зыкову — за полезные консультации по обработке их поверхности.

Список литературы [1] С.А. Немов, Ю.И. Равич. ФТП, 36, 3 (2002).

[2] В.И. Кайданов, Ю.И. Равич. УФН, 145, 55 (1985).

[3] А.Н. Вейс, В.И. Кайданов, Ю.И. Равич, И.А. Рябцева, Ю.И. Уханов. ФТП, 10, 104 (1976).

[4] Т.В. Бочарова, А.Н. Вейс, З.М. Дашевский, В.А. Котельников, Р.Ю. Крупицкая. ФТП, 15, 175 (1981).

[5] Т.В. Бочарова, А.Н. Вейс, Н.А. Ерасова, В.И. Кайданов.

ФТП, 16, 1462 (1982).

[6] A.J. Rosenberg, R. Grierson, J.C. Woolley, P. Nicoli. Trans.

Met. Soc. AIME, 230, 342 (1964).

[7] А.Н. Вейс. ФТП, 36, 183 (2002).

[8] А.Н. Вейс, С.А. Немов. ФТП, 32, 1047 (1998).

[9] С.А. Немов, Ю.И. Равич, А.В. Березин, В.Э. Гасумянц, М.К. Житинская, В.И. Прошин. ФТП, 27, 299 (1993).

[10] Г.А. Калюжная, К.В. Киселева. Тр. ФИАН, 177, 5 (1987).

[11] Г.П. Мотулевич. Тр. ФИАН, 55, 3 (1971).

[12] M.D. Banus, R.E. Hanneman, M. Strongin, K. Gooen. Science, 142, 662 (1963).




© 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.