WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 4 Особенности процесса дефектообразования в Pb1-xSnxSe (x 0.06) © А.Н. Вейс, Н.А. Суворова Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 6 октября 1997 г. Принята к печати 9 октября 1997 г.) Исследованы спектральные зависимости коэффициента поглощения в нелегированном p-Pb1-xSnxSe (x = 0.00 0.06) при T = 300 K. Во всех исследованных образцах выявлен квазилокальный уровень, связанный с вакансией халькогена. Показано, что концентрация вакансий халькогена заметно различается в образцах с оловом и без олова и возрастает при увеличении x. Обсуждается природа этого явления.

К числу наиболее необычных свойств разбавленных С этой целью в работе были исследованы спектры твердых растворов Pb1-xSnxSe (x 0.02) без сомнения ( ) в Pb1-xSnxSe, с варьируемым в пределах x 0.06 следует отнести пиннинг уровня Ферми EF, наблюдае- количеством олова в шихте, не содержащем, однако, мый при введении примеси натрия, и происходящую при каких-либо акцепторных примесей. Все образцы обладаэтом перезарядку олова из состояния Sn2+ в состояние ли дырочным типом проводимости. Цель экспериментов Sn4+ [1–5]. Эти данные были положены в основу мосостояла в том, чтобы выявить в спектрах ( ) исследелей, согласно которым пиннинг EF в Pb1-xSnxSe : Na дуемых образцов полосы дополнительного поглощения, обусловлен либо перезарядкой олова Sn2+ Sn4+ [4,5], связанные с Vch, и сопоставить характеристики этих полибо связыванием олова в нейтральные комплексы лос с соответствующими данными для ”чистого” p-PbSe, Na2Se + SnSe2 [2,3]. Другой механизм стабилизации EF в не содержащего акцепторных примесей.

Pb1-xSnxSe : Na (x 0.02) был предложен авторами [6].

Заметим, что спектры ( ) в ”чистом” p-PbSe изЭксперименты, выполненные в [6], не позволили обнаруучались и ранее [11,12]. Однако никаких особенностей, жить каких-либо локализованных или квазилокализовансвязанных с Vch, в этих спектрах выявить не удалось.

ных состояний, связанных с оловом или с комплексами, Поэтому в настоящей работе был значительно, по сраввключающими олова. Как и ранее [7], в спектрах оптинению с [11,12], расширен интервал энергий квантов, в ческого поглощения разбавленных твердых растворов пределах которого исследовалось оптическое поглощеPb1-xSnxSe : Na проявились только анионные вакансии ние в чистом p-PbSe. Все эксперименты выполнены при Vch, находящиеся, однако, в различных зарядовых состоT = 300 K.

яниях. Сопоставление полученных в [6,7] результатов Объектами исследований служили монокристаллы и с данными электрофизических исследования [2] (см.

поликристаллические образцы. Монокристаллы были вытакже [8]) позволило предполагать [6], что пиннинг EF в ращены методом Бриджмена–Стокбаргера, поликристализучаемых твердых растворах обусловлен перезарядкой лические образцы — приготовлены при помощи горяче2вакансий халькогена Vch Vch (верхний индекс, как го прессования. Все образцы были подвергнуты гомогеи в [6], означает число локализованных на вакансии низирующему отжигу в течение 100 ч при T = 650C.

электронов). Впоследствии [9] результаты [6] нашли подCостав поликристаллов указан по закладке в шихту, мотверждение в опытах по исследованию спектров ( ) нокристаллов — с учетом данных рентгеноструктурного в PbSe, легированном акцепторными примесями Na или анализа.

Tl и сверхстехиометрическим свинцом. В таких образЭкспериментальные результаты для монокристаллов цах, согласно [10], именно анионные вакансии являются и прессованных образцов оказались подобными. Некодоминирующим типом собственных дефектов.

торые их них приведены на рис. 1. Из рис. 1 видно, Представляется, однако, что исследование особенночто спектры ( ) для образцов, содержащих и не стей дефектообразования в разбавленных твердых рассодержащих олово, качественно различаются. В спектворах Pb1-xSnxSe должно быть продолжено. Это святрах оптического поглощения разбавленных твердых зано с тем, что модель, предложенная в [6], не учитырастворов Pb1-xSnxSe ярко проявляются особенности, вает и не отражает наличия необычных особенностей в свидетельствующие о существовании в них локализомессбауэровских спектрах Pb1-xSnxSe : Na, Tl, выявленванных и квазилокальных состояний. В длинноволновой ных в [4,5]. Помимо этого она не позволяет объяснить области экспериментальных спектров этой группы образпричину появления достаточно высоких концентраций цов присутствуют интенсивные полосы дополнительного Vch в изучаемых твердых растворах. Наблюдаемое в экспоглощения 1, обладающие несимметричной формой периментах возрастание концентрации анионных ваканспектральных кривых и резкой красной границей. Форма сий в Pb1-xSnxSe : Na может быть обусловлено не только частотных зависимостей 1( ) свидетельствует о том, самокомпенсацией акцепторного действия натрия [10], что рассматриваемые полосы связаны с оптическими но и специфическим действием олова. Поэтому прежде всего необходимо установить, существует ли какая-либо переходами электронов из разрешенных состояний васвязь между концентрацией Vch и количеством олова в лентной зоны в локализованные состояния E1, распотвердых растворах. ложенные выше ее потолка (см. энергетическую схему 446 А.Н. Вейс, Н.А. Суворова на рис. 1). На их фоне отчетливо видны колоколообразные особенности 2, обусловленные оптическими переходами электронов между квазилокальным уровнем E2, расположенным в глубине валентной зоны, и разрешенными состояниями валентной зоны вблизи ее потолка.

Природа этих полос была детально исследована в работах [6,7,9]. Там было показано, что полосы связаны с комплексами, а 2 — с анионными вакансиями.

Энергии оптической перезарядки обнаружены в opt Pb1-xSnxSe локализованных (E1 ) и квазилокальРис. 2. Спектральные зависимости коэффициента дополнительного поглощения ad в Pb1-xSnxSe при T = 300 K.

Точки — эксперимент: 1–3 — соответствуют обозначениям образцов на рис. 1. 4 — зависимость 2( ) в образце 3 на рис. 1, линии — расчет: 5–7 — 2( ), 8 — L( ).

opt ных (E2 ) состояний были определены при помощи расчета спектральных зависимостей коэффициента дополнительного поглощения ad. Для этого по методике, подробно изложенной в [7,13], из экспериментальных спектров ( ) были выделены отдельные составляющие коэффициента дополнительного поглощения. Некоторые из полученных при этом результатов показаны на рис. 2. Расчет частотных зависимостей 1( ), как и в работе [7], был произведен по формуле opt 1 ( )-3 - E1 1/2, а для расчета 2( ) было использовано выражение (1) из [14]. Расчетные зависимости 2( ) представлены на рис. 2 линиями.

opt opt Расчет показал, что величины E1 и E2 не изменяются заметным образом в интервале 0.01 x 0.06 и составляет — (0.054 ± 0.006) и (0.205 ± 0.020) эВ соответственно. Полуширина квазилокальных полос 2 в Рис. 1. Спектральные зависимости коэффициента оптического исследованных образцах в пределах погрешности экспепоглощения в Pb1-xSnxSe при T = 300 K. 1 — прессоримента оказалась одинаковой, равной (0.010±0.005) эВ.

ванный образец, 2, 3 — монокристаллы. pH · 10-18, см-3 (x):

Отметим, что определенные в Pb1-xSnxSe значения энер1 —3.0 (0.06), 2 — 2.7 (0.015), 3 — 2.8 (0). Толщина образцов, мкм: 1 — 9.4 и 2.4, 2 — 9.4, 3 — 9.1. На гетических параметров локализованных и квазилокальвставке — энергетические схемы p-Pb1-xSnxSe (a) и p-PbSe (b).

ных состояний хорошо согласуются с соответствующими Стрелками обозначены наблюдаемые оптические переходы.

данными [6,7,9].

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Особенности процесса дефектообразования в Pb1-xSnxSe (x 0.06) Спектральные зависимости ( ) для чистого p-PbSe, не легированного акцепторными примесями, на первый взгляд, существенно беднее. Помимо края фундаментальной полосы и поглощения свободными носителями тока, в них отчетливо проявляется лишь одна составляющая L, обусловленная оптическими переходами электронов между неэквивалентными экстремумами валентной зоны (5 L+) с энергетическим зазором Ev между ними. Однако детальный анализ полученных результатов показывает, что зависимости ad( ) в чистом p-PbSe в действительности имеют более сложный вид.

Такой вывод следует из сопоставления экспериментальных спектров ad и расчетных зависимостей L( ), построенных, как и в [12], в рамках теории Хаги и Кимуры, по формуле (4) работы [15]. Соответствующие данные для одного из исследованных в работе образцов показаны на рис. 2. Точками (3) на этом рисунке представлена зависимость ad( ), выделенная из экспериментального спектра ( ) посредством вычитаРис. 3. Зависимость отношения интегральных сечений поглония экстраполированного в коротковолновую область щения S2 в полосах 2 к холловской концентрации дырок pH в поглощения свободными носителями тока. Линией (8) — Pb1-xSnxSe от количества олова x при T = 300 K.

результат расчета составляющей L. При построении зависимостей L( ) во всех исследованных образцах в соответствии с [12] было использовано значение Ev = 0.23 эВ. Как видно из рис. 2, в достаточно и разбавленных твердых растворах на его основе с широком спектральном интервале наблюдается хорошее различным составом лигатуры.

согласие между экспериментальными точками и расчетДля того чтобы произвести сопоставление экспериной кривой. Однако в длинноволновой области спектра ментальных данных для разных образцов, в каждом из ad расчетная зависимость L( ) располагается сущених было определено отношение величины интегрально ственно ниже экспериментальных точек. Аналогичные го сечения поглощения S2 в полосе 2 (S2 2d( )) результаты были получены и в остальных образцах чистого p-PbSe. Это свидетельствует о том, что помимо к холловской концентрации дырок pH. Полученная составляющих L в спектральных зависимостях до- Sтаким образом зависимость (x) показана на рис. 3. Из pH полнительного поглощения чистого p-PbSe присутствует рис. 3 видно, что величины S2/pH в образцах с оловом и еще одна компонента.

без олова заметно различаются и обнаруживают тенденЭта компонента была выделена из экспериментальцию к возрастанию при увеличении количества олова в ных кривых посредством вычитания расчетных значешихте.

ний L. Один из полученных при этом результатов О возрастании концентрации олова в твердых распредставлен на рис. 2 (зависимость 4). Оказалось, что творах при увеличении его количества в шихте свидерассматриваемая составляющая спектров ad чистого тельствует уменьшение ширины запрещенной зоны Eg в p-PbSe имеет колоколообразную форму и достаточно исследованных образцах. В соответствии с выводами [16] резкие красную и коротковолновую границы. Это позвовеличины Eg были определены по отсечке зависимостей ляет связать ее с оптическими переходами электронов 2( ) на оси абсцисс. Оказалось, что при возрастании с квазилокального уровня, расположенного в глубине x величины Eg убывают от (0.29 ± 0.01) эВ в PbSe до валентной зоны, в разрешенные состояния валентной (0.245±0.010) эВ в Pb0.94Sn0.06Se, как это и должно быть зоны вблизи ее потолка. Соответствующие между энерв твердых растворах селенидов свинца и олова [17].

гетическим положением рассматриваемой особенности SЗависимость (x), приведенная на рис. 3, указывает и данными для Pb1-xSnxSe (рис. 2) указывает на то, pH на то, что в Pb1-xSnnSe (x 0.06) действительно что обсуждаемая компонента спектров чистого p-PbSe существует связь между количеством олова в шихте и cвязана с анионными вакансиями. Об этом же свидетельконцентрацией анионных вакансий. Это в свою очередь ствуют и результаты расчета частотных зависимостей позволяет предполагать, что достаточно высокие конценкоэффициента поглощения в рассматриваемых полосах, трации Vch в Pb1-xSnxSe : Na могут быть обусловлены выполненного, как и в случае Pb1-xSnxSe, по формуле (1) работы [14]. Расчет показал, что энергетические па- не только самокомпенсацией акцепторного действия нараметры центра, ответственного за появление колоколо- трия, но и перестройкой в подсистеме атомов изоэлекобразных особенностей в спектрах ( ) чистого p-PbSe тронной примеси. Согласно [2,3], подобная перестройка (Eopt = (0.190 ± 0.025) эВ, = (0.010 ± 0.005) эВ), в подсистеме атомов олова происходит вследствие обрасоответствует данным [6,7,9] для Vch в селениде свинца зования комплексов Na2Se : SnSe2, концентрация которых Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 448 А.Н. Вейс, Н.А. Суворова может быть сравнимой с x. Однако исследованные в Результаты, полученные в Pb1-xSnxSe, свидетельствунастоящей работе образцы не содержат примеси натрия, ют о том, что самокомпенсация может оказывать сущеи комплексов указанного состава в них не может быть ственное влияние на свойства соединений AIVBVI даже в отсутствие электроактивных примесей. На это же образовано. В таких образцах, как это было показано ранее [7], возникают другие комплексы, в состав кото- указывают и данные для чистого p-PbSe, рассмотренные рых могут входить собственные дефекты. Но концен- выше. В подобных образцах, согласно [22], доминирующим типом собственных дефектов являются вакансии трация этих комплексов, по данным [7], не превосходит металла. Напротив, концентрация собственных дефектов, (1017 1018) см-3. Поэтому с их образованием нельзя обладающих донорным действием, в таких образцах связывать появление достаточно высоких (1019 см-3 и должна быть мала. Несмотря на это, в спектрах оптиболее) концентраций анионных вакансий в Pb1-xSnxSe, ческого поглощения исследованных в настоящей работе не содержащем электроактивных примесей. Это свидеобразцов чистого p-PbSe были выявлены особенности, тельствует о том, что в изучаемых твердых растворах связанные в оптической перезарядкой анионных ваканреализуется как-то другой механизм перестройки в подсий. Сопоставление полученных в них данных (рис. 3) системе атомов олова, обусловливающий появление в с соответствующими результатами [9] показывает, что этих соединениях достаточно высоких концентраций Vch.

концентрация Vch в исследованных нами образцах чистоВ частности, нельзя исключить, что олово в го p-PbSe не мала и может достигать (2 3) · 1018 см-3.

Pb1-xSnxSe может размещаться в двух неэквивалентных Это означает, что все исследованные в настоящей работе кристаллографических позициях: в узлах подрешетки образцы чистого p-PbSe являются самокомпенсированметалла и в тетраэдрических пустотах подрешетки хальными, а величины pH в них определяются разностью когена. В рамках этого предположения возможно не между концентрациями катионных и анионных вакансий.

только объяснить особенности мессбауэровских спекВпервые эта идея была высказана в [23]. По-видимому, тров Pb1-xSnxSe, но и указать на вероятную причину результаты настоящей работы следует рассматривать в появления в этих соединениях достаточно высоких конкачестве прямого экспериментального подтверждения центраций Vch.

этой идеи.

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.