WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 8 Локальная структура примесных центров цинка в халькогенидах свинца и твердых растворах Pb1-xSnxTe © С.А. Немов, Н.П. Серегин Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 27 февраля 2002 г. Принята к печати 28 февраля 2002 г.) Показано, что положение примесных атомов цинка, образующихся в решетках халькогенидов свинца (PbS, 67 67 PbSe, PbTe) после радиоактивного распада изотопов Cu и Ga, определяется положением материнских атомов и возможна стабилизация центров цинка как в катионных узлах, так и в междоузлиях. В обеих позициях центры цинка либо электрически неактивны, либо энергетический уровень примеси оказывается с небольшой энергией ионизации и перезарядка примеси не влияет на изомерный сдвиг мессбауэровского спектра. В твердых растворах Pb1-x Snx Te в области бесщелевого состояния не наблюдается изменений локальной симметрии катионных узлов и электронной плотности в них.

В твердых растворах Pb1-x Snx Te с высоким содер- нидов свинца (PbS, PbSe, PbTe) методом эмиссионной 67 жанием примеси индия обнаружена сверхпроводимость мессбауэровской спектроскопии на изотопах Cu(67Zn) 67 с необычайно высокой для полупроводников критиче- и Ga(67Zn). Поскольку в системе Pb1-x Snx Te сущеской температурой [1], и в настоящее время отсут- ствует непрерывный ряд твердых растворов с решеткой ствует объяснение этого явления в рамках микроско- типа NaCl, в которых наблюдается инверсия зон с пической теории сверхпроводимости. В первую очередь бесщелевым состоянием при x = 0.62 и 0.40 при 295 это связано с тем, что традиционные методы физики и 80 K соответственно [3], то с целью обнаружения полупроводников не позволяют проследить за измене- возможных изменений локальной симметрии катионных нием электронной структуры материала при переходе узлов в области бесщелевого состояния мы предприняполупроводник–сверхпроводник и, следовательно, лю- ли также исследование твердых растворов Pb1-x Snx Te бые предположения о природе фазового перехода в (0 < x < 1) методом мессбауэровской спектроскопии на сверхпроводящее состояние в сплавах типа Pb1-xSnx Te изотопе Ga(67Zn).

в значительной степени носят спекулятивный характер.

Исходные образцы PbS, PbSe, PbTe и твердые расПерспективным методом изучения электронной струк- творы Pb1-xSnx Te были приготовлены методом пороштуры твердых тел является мессбауэровская спектро- ковой металлургии: исходные соединения синтезироскопия. В частности, как было показано авторами [2], вали методом сплавления исходных компонент полуизмерение температурной зависимости центра тяже- проводниковой чистоты в вакуумированных кварцевых сти S мессбауэровского спектра в области температур, ампулах с последующим отжигом вначале слитков, а как выше, так и ниже температуры перехода в сверх- затем спрессованных образцов при 650C в течение проводящее состояние, позволяет проводить исследова- 120 ч. Шихта составлялась с учетом того, что область ние процесса образования куперовских пар и их бозе- гомогенности твердых растворов, обогащенных теллуриконденсации. Однако выбор объектов для исследования дом олова, соответствует некоторому избытку теллура должен учитывать необходимость введения мессбауэров- относительно стехиометрического состава ( 50.1ат% ского зонда Zn в узлы решетки. Это условие в принци- Te [3]). Рентгенофазовый анализ показал однофазность пе может быть выполнено для халькогенидов свинца при всех исследованных образцов (они имели структуру использовании эмиссионного варианта мессбауэровской типа NaCl). Образцы PbS, PbSe и PbTe были либо 67 спектроскопии на изотопах Cu(67Zn) и Ga(67Zn): воз- электронные (с избытком свинца, концентрация элекможно введение материнских изотопов как в катионные тронов n 1018 см-3), либо дырочные (с избытком узлы (67Ga), так и в междоузлия (67Cu) решеток халь- халькогена, концентрация дырок p 1018 см-3), тогда когенидов свинца, так что дочерний изотоп Zn также как твердые растворы Pb1-xSnx Te обладали дырочной окажется либо в узлах свинца, либо в междоузлиях проводимостью (при 80 K концентрация дырок изме(известно, что галлий в халькогенидах свинца замещает нялась от 1017 см-3 для PbTe до 1021 см-3 для SnTe).

свинец и выступает в качестве акцептора с небольшой Мессбауэровские источники готовили путем диффузионэнергией ионизации, тогда как медь, стабилиризуясь в ного легирования образцов радиоактивными изотопами 67 междоузлиях, образует мелкие донорные уровни [3]). Ga и Cu в вакуумированных кварцевых ампулах при Иными словами, возникает возможность исследования 650C в течение 2 ч, причем концентрация материнского пространственной неоднородности электронной плотно- изотопа не превышала 5 · 1015 см-3.

сти, создаваемой бозе-конденсатом куперовских пар.

Измерение мессбауэровских спектров Zn проводиНастоящая работа посвящена определению местопо- лось на промышленном спектрометре МС-2201 с модерложения примесных атомов цинка в решетках халькоге- низированной системой движения. В качестве модулятоЛокальная структура примесных центров цинка в халькогенидах свинца... Спектры Cu(67Zn) для халькогенидов свинца также представляют собой одиночные линии с шириной на полувысоте, близкой к аппаратурной, изомерный сдвиг которых заметно смещен к спектру металлического цинка: для PbS получено S = 31.1 ± 0.4 мкм/с, для PbSe S = 32.5 ± 0.4 мкм/с и для PbTe S = 41.2 ± 0.4мкм/с.

Спектры отвечают изолированным центрам цинка, образовавшимся в результате радиоактивного распада межузельных материнских атомов меди в решетках халькогенидов свинца, причем в ближайшем окружении от межузельных примесных атомов цинка оказываются как атомы свинца, так и атомы халькогена. Поскольку изомерный сдвиг спектров не зависит от типа проводимости исходного образца, следует заключить, что и в этом случае центры цинка являются электрически неактивными.

Мессбауэровские спектры Ga(67Zn) для твердых растворов Pb1-xSnx Te представляли собой одиночные линии, и они относятся к атомам цинка в нормальных узлах катионной подрешетки. Для всех спектров ширина линий близка к аппаратурной и лишь незначительно увеличивается с ростом x, достигая максимального знаРис. 1. Эмиссионные мессбаэуровские спектры примесных 67 чения для теллурида олова (рис. 2). Последнее не яватомов Ga(67Zn) (a, b) и Cu(67Zn) (c, d) в n-PbS (a, c) и p-PbS (b, d) при 4.2 K. ляется неожиданным, так как при возрастании в сплаве содержания олова расширяется область гомогенности, что приводит к росту концентрации структурных точечных дефектов и, как результат, к увеличению шира был выбран пьезоэлектрический преобразователь на рины мессбауэровских спектров. Аналогичный эффект основе керамики PZT. Максимальная скорость развертобнаруживается и для мессбаэуровских спектров Sn и ки V составляла ±150 мкм/с. Калибровка спектрометра Te(129I) твердых растворов Pb1-x Snx Te [4].

осуществлялась по спектру металлического Zn с ис- Изомерный сдвиг мессбаэуровских спектров опреточником Cu. Регистрация -квантов осуществлялась деляется химической природой атомов в локальном полупроводниковым детектором Ge(Li), сенсибилизиро- окружении мессбауэровского зонда. Поскольку при изванным в области 100 кэВ. Мессбауэровские спектры снимались с поглотителем ZnS (его температура была 4.2 K), относительно которого приводятся центры тяжести экспериментальных спектров. Типичные мессбау67 эровские спектры Ga(67Zn) и Cu(67Zn) для PbS приведены на рис. 1, а результаты обработки спектров Ga(67Zn) для твердых растворов Pb1-xSnx Te сведены на рис. 2.

Спектры Ga(67Zn) для халькогенидов свинца представляют собой одиночные линии с шириной на полувысоте, близкой к аппаратурной (2.6 ± 0.3мкм/с), изомерный сдвиг которых возрастает в ряду PbS (S = 2.2 ± 0.4мкм/с) PbSe (S = 10.3 ± 0.4мкм/с) PbTe (S = 33.7 ± 0.3мкм/с). Спектры следует отнести к изолированным примесным центрам цинка в узлах свинца, а возрастание изомерного сдвига в указанном ряду отражает изменение степени ионности химической связи атомов цинка с атомами в его первой координационной сфере. Изомерный сдвиг спектров практически не зависит от типа проводимости образца и, Рис. 2. Зависимости изомерного сдвига S (относительно следовательно, центр цинка является либо электрически PbTe : Ga) и ширины спектра G от состава твердого раствора неактивным, либо перезарядка мелкого центра не Pb1-xSnx Te при 80 K. Пунктиром показан состав, для которого сказывается на изомерном сдвиге. бесщелевое состояние реализуется при 80 K.

2 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 916 С.А. Немов, Н.П. Серегин менении состава твердого раствора Pb1-x Snx Te сим- Local structure of zinc impurity centers метрия локального окружения атомов цинка остается in lead chalcogenide and solid solutions неизменной, а происходит лишь замена атомов свинца Pb1-xSnxTe на атомы олова во второй координационной сфере, то не S.A. Nemov, N.P. Seregin является неожиданной слабая зависимость изомерного сдвига мессбауэровских спектров Ga(67Zn) от состава Saint-Petersburg State Technical University, (рис. 2).

195251 St. Petersburg, Russia Существенно, что в области бесщелевого состояния не обнаруживается аномальных изменений как изомер

Abstract

Positions of zinc impurity atoms that are being formed ного сдвига, так и ширины спектров. Иными словами, in lead chalcogenide lattices (PbS, PbSe, PbTe) after the nuclear для твердых растворов Pb1-x Snx Te в области существо67 decay of Cu and Ga isotopes are determined by positions of вания бесщелевого состояния при 80 K не наблюдается the material atoms. So, the stabilization of zinc centers is possible изменений локальной симметрии катионных узлов и in the cation sites as well as in the interstitial ones. In both of электронной плотности в них.

these positions, zinc centers are electrically inactive or the impurity Таким образом, показано, что местоположение приenergy level of the turns out to be so neglibly small that its recharge месных атомов цинка, образующихся в решетках халькоdoes not influence the isomer shift of the Mssbauer spectrum.

генидов свинца после радиоактивного распада изотопов It has been shown for Pb1-x SnxTe solid solutions that in the region 67 Cu и Ga, определяется местоположением материнof the gapless state the changes in the local symmetry of the cation ских атомов и возможна стабилизация центров цинка sites and their electronic densities are not observed.

как в катионных узлах, так и в междоузлиях. В обеих позициях центры цинка либо электрически неактивны, либо энергетический уровень примеси имеет малую энергию ионизации и перезарядка примесного атома не влияет на изомерный сдвиг мессбауэровского спектра.

Для твердых растворов Pb1-xSnx Te в области существования бесщелевого состояния не наблюдается изменений локальной симметрии катионных узлов и электронной плотности в них.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 02-02-17306).

Список литературы [1] R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, M.F. Shakhov. J. Alloys Comp., 219, 313 (1995).

[2] N.P. Seregin, F.S. Nasredinov, P.P. Seregin. J. Phys.: Condens.

Matter, 13, 149 (2001).

[3] Н.Х. Абрикосов, Л.Е. Шалимова. Полупроводниковые материалы на основе соединений AIVBVI (М., Наука, 1975).

[4] В.Ф. Мастеров, Ф.С. Насрединов, С.А. Немов, П.П. Серегин. ФТТ, 38, 2973 (1996).

Редактор Л.В. Шаронова Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.




© 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.