WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 9 Спектры ядерного квадрупольного резонанса стеклообразных полупроводников © И.П. Корнева¶, Н.Я. Синявский, M. Ostafin, B. Nogaj Балтийская государственная академия, 236019 Калининград, Россия A. Mickiewicz University, 61-614 Poznan, Poland (Получена 11 января 2006 г. Принята к печати 13 января 2006 г.) Представлены результаты исследования методом ядерного квадрупольного резонанса халькогенидных полупроводников составов As2Se3 и As14Sb4Se27. Показано, что в образце стеклообразного As2Se3, выдержанного в течение длительного времени при комнатной температуре, произошла частичная кристаллизация, в результате чего наблюдается изменение формы спектра ядерного квадрупольного резонанса. Впервые 75 измерен спектр As в стеклообразном As14Sb4Se27 при температуре 77 K. Сделано предположение о возмож121 123 ном вкладе в широкую линию квадрупольного резонанса ядер Sb или Sb. Показано, что применение спектроскопии фурье-спин-эхо-изображений (nuclear spin-echo Fourier-transform mapping spectroscopy) для реконструкции очень широких линий ядерного квадрупольного резонанса не имеет преимущества перед методом реконструкции по точкам из интегральной интенсивности сигналов эха.

PACS: 76.60.Gv, 61.43.Dq Аморфные полупроводники, в частности халькоге- ную информацию о структуре и свойствах этих матенидные стеклообразные полупроводники (ХСП), нашли риалов можно получить, анализируя форму линии ЯКР.

широкое применение в современных технологиях, ис- Форма линии ЯКР очень чувствительна к малым изменепользуются, например, в солнечных элементах, опти- ниям в локальном порядке структуры стеклообразного 75 ческих устройствах памяти и т. д. [1,2]. Применение полупроводника. Исследование методом ЯКР As [5] этих материалов требует понимания их физических стекол As2Se3 в виде объемного образца, тонкой пленки свойств. В связи с этим структура аморфных полупро- и волокна позволило по форме спектров сделать важные водниковых материалов и природа процессов в этих выводы об изменениях в структуре этих образцов, в веществах являются в настоящее время предметом по- частности об отсутствии в образце в форме волокна вышенного интереса. Однако в этих разупорядоченных связи As–As.

материалах такие традиционные методы исследования, Целями настоящей работы являлись: исследовакак нейтронная дифракция, дифракция рентгеновских ние влияния времени выдержки с момента приголучей и некоторые другие, не всегда являются доста- товления образцов халькогенидных стекол As2Se3 на 75 точно информативными. Ядерный квадрупольный ре- спектр ЯКР As, исследование спектра ЯКР As стекзонанс (ЯКР), судя по экспериментам, выполненным лообразного As14Sb4Se27, который методом ЯКР к наза последние годы [3–5], стал чрезвычайно полезным стоящему времени не изучался, и возможностей реконинструментом исследования множества материалов на струкции очень широких линий ЯКР в этих аморфных основе халькогенов (сера, селен, теллур). В отличие материалах методами радиоспектроскопии.

от ядерного магнитного резонанса, частоты ядерного В данной работе методом ЯКР As исследован обраквадрупольного резонанса определяются электрическизец стеклообразного триселенида мышьяка (As2Se3), выми взаимодействиями, поэтому метод позволяет не косдержанного в течение длительного времени, и проведено венно, а прямо изучать электрические поля на ядрах сравнение с результатами, полученными в [4]. Кроме атомов. Исключительная чувствительность к малейшим того, впервые исследован стеклообразный As14Sb4Se27.

изменениям электрических полей позволяет использоОба образца до проведения эксперимента находились вать ЯКР для исследования широкого круга проблем, в кварцевой вакуумированной ампуле при комнатной связанных с внутри- и межмолекулярными взаимодейтемпературе в течение более 20 лет. Перед проведествиями. Так, с помощью методов ЯКР можно получить нием ЯКР-измерений объемное стекло измельчалось в информацию об окружении атомов, т. е. о локальной порошок и помещалось в стандартную ампулу диаметструктуре, что очень важно для аморфных материалов, ром 10 см ЯКР-спектрометра.

в которых отсутствует дальний порядок. Кроме того, Эксперимент был выполнен на импульсном ЯКР-фус помощью ядерного квадрупольного резонанса можно рье-спектрометре NQS-300 фирмы MBS ELECTRONICS судить и о динамических процессах, происходящих в с использованием двухимпульсной последовательности стеклообразных полупроводниках. В частности, детальспинового эха Хана. Для исследованных образцов дли¶ тельность первого импульса была 4-5 мкс, интервал E-mail: kornev@albertina.ru между импульсами — 70-80 мкс, период повторения — Спектры ядерного квадрупольного резонанса стеклообразных полупроводников спектр показан на рис. 2. Аппроксимация спектра суммой гауссианов ( - 01)2 ( - 02)I = I0 + I1 exp - + I2 exp 2 21 (1) дает следующие параметры: I0 = 0.12 ± 0.02, I1 = = 0.82 ± 0.02, I2 = 0.29 ± 0.03, 01 =(56.92 ± 0.12) МГц, 02 =(62.29 ± 0.18) МГц, 1 =(3.00 ± 0.13) МГц, 2 = =(1.48 ± 0.17) МГц.

Практически аналогичный вид имеет спектр при использовании для реконструкции амплитуд сигналов эха.

Рис. 1. Трехмерное изображение мощности сигналов эха Амплитуда каждого эха находилась из аппроксимации после второго импульса на координатной плоскости частота-время для различных частот спектра ЯКР As его гауссовой кривой.

в As2Se3.

Анализ спектра стеклообразного триселенида мышьяка, представленного на рис. 1 и 2, показал следующее.

Основная структурная единица кристаллического As2Seпредставляет собой почти правильную пирамиду AsSeс атомом мышьяка наверху и тремя атомами селена в основании. При объединении структурных единиц в кристалл у мышьяка существуют два неэквивалентных положения, а у селена три. Такие пирамидальные единицы сохраняются и в стеклообразном состоянии.

Спектр ЯКР As кристаллического триселенида мышьяка представляет собой две узкие линии с частотами 1 = 56.07 МГц и 2 = 60.25 МГц, соответствующими первому и второму неэквивалентным положениям атома мышьяка [4]. Сравнение спектров ЯКР для образцов, выдержанного в течение длительного времени и свежеприготовленного из работы [4], выявило различие их форм. Спектр свежеприготовленнго стеклообразного триселенида мышьяка представляет собой симметрич75 ную кривую с центром между линиями ЯКР, соответРис. 2. Спектр ЯКР As для As2Se3 при 77 K, полученный ствующими кристаллическому образцу (с частотами сложением интегральной интенсивности сигналов эха.

и 2). В работах [4,5] спектр представлен гауссовой кривой.

На рис. 2 для образца халькогенидного стекла, из100 мс. Период дискретизации сигнала составлял 0.2 мкс, готовленного 20 лет назад, наблюдаются две широкие используемое число накоплений — 2000. Измерения линии от обоих ядер мышьяка, причем один пик этого выполнялись с перестройкой спектрометра по частоте с спектра соответствует частоте, на которой наблюдается шагом 200 кГц. Все измерения проводились при темпепервая резонансная линия кристаллического As2Se3, а ратуре жидкого азота (77 K). Характерной особенностью другой пик соответствует второй резонансной линии исследованных стеклообразных полупроводников являэтого же кристалла. Таким образом, можно предполоется очень широкий спектр ЯКР As.

жить, что со временем произошла перестройка струкСовокупность сигналов спинового эха, получен- туры стеклообразного триселенида мышьяка, возможно, ных для стеклообразного As2Se3 в диапазоне ча- связанная с частичной кристаллизацией образца. Как стот 48-66 МГц, показана на рис. 1 в виде трехмерного известно, кристаллическая способность стекол системы изображения. Реконструкция очень широкого спектра As–Se невелика [6]. Однако из этой системы наибольбыла выполнена по точкам из интегральной интенсив- шей способностью к кристаллизации обладает стеклоности сигналов спинового эха. Чтобы уменьшить посто- образный триселенид мышьяка, что и наблюдается в янную составляющую в спектре, интенсивность сигнала данном случае. Анализируя форму линии ЯКР As, в каждой точке рассчитывалась как I = IS+N - IN, где можно, таким образом, оценить степень кристаллиIS+N — интегральная мощность сигнала с шумом, IN — зации.

интегральная мощность шума (определяемая из хвоста Измеренный спектр ЯКР As стеклообразного сигнала эха). При этом использовались действительная As14Sb4Se27 представлен на рис. 3. Кривая, полученная и мнимая части сигнала. Полученный таким образом из интегральных интенсивностей эха для различных ча7 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1122 И.П. Корнева, Н.Я. Синявский, M. Ostafin, B. Nogaj широких линий ЯКР не имеет преимущества перед методом реконструкции из интегральной интенсивности сигналов эха.

Список литературы [1] V.M. Lyubin. In: Nonsilver Photographic Processes (Chimia, Leningrad, 1984) p. 193.

[2] M. Klebanov. Proc SPIE, 2426, 198 (1995).

[3] P. Boolchand. Z. Naturforsch., 51a, 572 (1996).

[4] T. Su, P. Hari, E. Ahn, P.C. Taylor, P.L. Kuhns, W.G. Moulton, N.S. Sullivan. Phys. Rev. B, 67, 085 203 (2003).

[5] P. Hari, P.C. Taylor, K.A. Cerqua-Richardson, W.C. LaCourse.

Phys. Rev. B, 51 (4), 2347 (1995).

[6] З.У. Борисова. Халькогенидные полупроводниковые стекла (Л., Изд-во ЛГУ, 1983) с. 35.

Рис. 3. Спектр ЯКР As для As14Sb4Se27 при 77 K. Точки — [7] A.P. Bussandri, M.J. Zuriaga. J. Magn. Reson., 131, 224 (1998).

реконструкция по интегральной интенсивности эха, пунктир[8] T.J. Bastow, H.J. Whitfield. J. Sol. St. Chem., 40, 203 (1981).

ная — ее аппроксимация гауcсовым пиком (2); сплошная Редактор Л.В. Шаронова кривая — метод NSEFTMS [7].

NQR specrtra of glassy semiconductors стот спектрометра, аппроксимирована гауссовым пиком I.P. Korneva, N.Ya. Sinjavsky, M. Ostafin, B. Nogaj Baltic State Academy, I1 ( - 1)I = I0 + exp -2, (2) 236019 Kaliningrad, Russia /2 A. Mickiewicz University, 61-614 Poznan, Poland где I0 = 0.14 ± 0.07, I1 = 9.8 ± 1.9, 1 =(55.6 ± 0.2) МГц, =(11.0 ± 1.3) МГц.

Результат реконструкции спектра ЯКР As методом

Abstract

In the article results of research of chalcogenide спектроскопии фурье-спин-эхо-изображений (nuclear semiconductors As2Se3 and As14Sb4Se27 by nuclear quadrupole spin-echo Fourier-transform mapping spectroscopy, resonance methods are submitted. It is shown that in a sample of NSEFTMS) [7] также представлен на этом рисунке. glassy As2Se3 aged for a long time at room temperature, there was Оказалось, что применение метода NSEFTMS для a partial crystallization and therefore the change of the NQR line реконструкции очень широких линий ЯКР не имеет shape has been observed. For the first time As NQR spectrum преимущества перед методом реконструкции по точкам in glassy As14Sb4Se27 is measured at 77 K. The assumption of 121 из интегральной интенсивности сигналов эха. possible contribution to wide NQR line of Sb or Sb nucleus Следует отметить, что интенсивность сигнала эха в resonance is made. It is shown that application of nuclear случае As14Sb4Se27 ниже, чем для предыдущего образца, spin-echo Fourier-transform mapping spectroscopy (NSEFTMS) и линия шире в области низких частот. Не исключено, for reconsrtuction of very wide NQR lines has no advantage as что вклад в линию дает резонанс ядер Sb (переход compared to the method of reconstruction from integrated intensity 1/2 3/2) или Sb (переход 1/2 3/2). Вработе [8] of an echo signal.

отмечается, что для составов с сурьмой именно эти переходы дают наиболее интенсивные линии.

Таким образом, показано, что в спектре ЯКР As стеклообразного As2Se3, выдержанного в течение длительного времени, наблюдаются две относительно широкие линии, соответствующие резонансным линиям кристаллического триселенида мышьяка, в отличие от свежеприготовленного образца, имеющего одну широкую линию. Это свидетельствует о частичной кристаллизации образца, степень которой можно определить, анализируя форму линий спектра. Впервые измерен спектр ЯКР As в стеклообразном полупроводнике As14Sb4Seпри температуре 77 K. Сделано предположение о возможном вкладе в широкую линию резонанса ядер Sb или Sb. Показано, что применение спектроскопии фурье-спин-эхо-изображений для реконструкции очень Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, 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.