WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Осциллограммы опытов с порошковым селеном имеют качественно подобный характер. Метка A соответствует вхождению ударной волны в селен, метка B — выход волны на стенку. После вхождения волны в селен регистрируемое напряжение монотонно падает, что свидетельствует об образовании нарастающей проводящей зоны. При использовании ударно-волнового аттенюатора (рис. 2,b) до прихода ударной волны в селен регистрируется сигнал, обусловленный движением металлической пластины в магнитном поле тока, протеРис. 3. Зависимость электропроводности селена от давления кающего в шунте [42]. На рис. 2 представлена обработка ударной волны. 1 — сплошной селен, 2 — порошковый записи в переменных (V0/V - 1, t), использовавшихся селен (плотность 3.1 g/cm3), 3 — порошковый селен (плотв [40,42]. Прямолинейный участок обработки означает, ность 1.7 g/cm3), 4 — данные ударно-волновых экспериментов [33], 5 — результаты опытов при статическом сжатии [23].

что электропроводность селена однорона за фронтом ударной волны.

Эксперименты не выявили какой-либо задержки возникновения проводимости по сравнению с моментом вхождения в образец ударной волны. Этот момент хорошо диагностируется при помощи небольшого пика (метка A на рис. 2,a), связанного с переходными электромагнитными процессами в константановой фольге [47].

Полученные данные представлены на рис. 3 в виде зависимости электропроводности от давления ударной волны. Здесь же показаны результаты ударно-волновых экспериментов [33], а также данные [23], полученные при статическом сжатии.

Из рис. 3 видно, что электропроводность сплошного селена растет при увеличении давления ударной волны. В полученной зависимости (P) можно выделить два участка: резкий рост (P < 21 GPa), „плато“ (P > 21 GPa). Характер зависимости (P) при малом давлении качественно согласуется с экспериментами [33]. Рост электропроводности селена согласно рис. составляет более семи порядков величины. На участке „плато“ измеренная электропроводность меньше, чем при статическом сжатии. Расхождение увеличивается при росте давления, что, вероятно, связано с нагревом образца при ударном сжатии. В целом, характер полученной зависимости (P) находится в разумном согласии с имеющимися ударно-волновыми и статическими Рис. 2. Осциллограммы напряжения, полученные в данными.

опытах со сплошным селеном. a — опыт № 622, Электропроводность на „плато“ составляет давление ударной волны 21.3 GPa, электропроводность 9 · 103 -1 · cm-1. Столь большое значение указывает (1.06 ± 0.1) · 104 -1 · cm-1; b — опыт № 945, на эффективную металлизацию селена в ударной волне.

давление ударной волны 17.3 GPa, электропроводность Найденная зависимость (P) характерна для переходов (5.8 ± 0.6) · 103 -1 · cm-1. Метками на рисунках обозначены диэлектрик(полупроводник)-металл при сильном момент входа ударной волны в образец (A), расчетный момент выхода волны из образца (B). сжатии [1,6,41].

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Металлизация селена при ударном сжатии Зависимости электропроводности от давления ударной волны для порошковых образцов качественно подобны сплошному селену. Визуальное различие состоит в смещении зависимостей (P) в область меньших давлений. Электропроводности на „плато“ для сплошного селена и порошка большой плотности (3.1 g/cm3) близки.

Для порошка малой плотности (1.7 g/cm3) электропроводность на „плато“ несколько меньше. Как следует из рис. 3, порошковый селен металлизуется при меньших ударных давлениях, чем сплошной.

Обсуждение Представленные данные свидетельствуют о металлизации сплошного и порошкового селена при ударном Рис. 4. Зависимость температуры селена при ударном сжатии сжатии. Отметим, что металлический переход происхов зависимости от давления ударной волны. 1 — сплошной дит за время, которое на девять порядков меньше, чем селен, 2 — порошковый селен (плотность 3.1 g/cm3), 3 — при статическом сжатии (найденное из осциллограмм порошковый селен (плотность 1.7 g/cm3). Здесь же показана время „включения“ проводимости составляет < 10 ns).

фазовая диаграмма селена [25,26] и точки, соответствующие При этом полный рост электропроводности образца во двум металлическим переходам при комнатной температуре [10,12,13,15–17,19–22,24,27,28,30]. Обозначены различные время сжатия составляет более двенадцати порядков фазы: SI — полупроводник, SII и SIII — металл, LI — величины.

полупроводниковый расплав, LII — металлический расплав.

Каков же механизм металлического перехода селена Выполнены простые оценки температуры селена при ударном сжатии. Для этого использовалось термодинамическое уравнение энергии [48], записанное вдоль волны для сплошного селена (кривая 1) и двух порошкоударной адиабаты, вых образцов (кривые 2 и 3). Там же приведена фазовая диаграмма селена, полученная в условиях статического V0 - V P T dV dT = dP + dV -.

сжатия [25,26], а также две точки, соответствующие 2CV 2CV V фазовым переходам аморфного селена при комнатной температуре [10,12,13,15–17,19–22,24,27,28,30]. Как видЗдесь V0 — начальный удельный объем, CV — но из рисунка, кривые для порошков попадают в область теплоемкость, — коэффициент Грюнайзена. Константы металлического расплава. Это обстоятельство указывает материала приняты следующими: CV = 0.44 J/g · degr на то, что металлизация порошка происходит вследствие (средняя теплоемкость в диапазоне температур плавления. Электропроводность на „плато“ оказывается 300-1000 K [8]), = 0.88 [18], удельная теплота близкой к электропроводности металлических расплавов плавления L 85 J/g [49].

элементарных полупроводников (кремний, германий) Для оценки температуры порошка использован ряд при нормальном давлении [50]. Найденное значение дополнительных предположений. При сжатии порошка электропроводности на „плато“ также близко к электровплоть до плотности сплошного селена считалось, что проводности ударно-сжимаемого порошкового кремния, весь прирост внутренней энергии носит тепловую примеханизмом металлизации которого является плавлероду. При дальнейшем сжатии полагалось, что прирост ние [40].

внутренней энергии порошка по сравнению со сплошным селеном (той же плотности) целиком обуслов- Как видно из рис. 3, порошок малой плотности металлен тепловой составляющей. Кроме того, предполага- лизуется при меньшем ударном давлении, чем порошок лось равномерное распределение внутренней энергии по большой плотности. В свою очередь, порошок больобъему вещества. Последнее предположение достаточно шой плотности металлизуется при меньшем давлении, грубое (особенно для образцов второго типа, где части- чем сплошной селен. Эти результаты согласуются с цы крупные). Основное тепловыделение при ударном тепловым механизмом возбуждения проводимости: при сжатии происходит на границах частиц. В результа- одинаковом ударном давлении температура вещества те макроскопическая проводимость порошка создается тем больше, чем меньше его плотность. Расхождение высоконагретым поверхностным слоем. Поэтому оцен- давления металлизации порошка (экспериментального ки температуры порошка носят сугубо качественный и следующего из рис. 4) обусловлено, по-видимому, характер.

влиянием неравномерности выделения тепловой энергии Результаты расчетов представлены на рис. 4, где по объему вещества (что наиболее существенно для показаны зависимости температуры от давления ударной более плотного порошка).

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 46 С.Д. Гилев ударного давления и значительно уменьшается при сжатии. Оценка приводит к значениям ширины щели от 2.9 (область малых давлений, соответствующая данным [33]) до 0.7eV (данные около 20 GPa). Для аморфного селена в нормальных условиях энергия активации проводимости составляет 2.2 eV, ширина щели, определенная по краю собственного поглощения — 2 eV; при повышении температуры эти величины составляют 2.4-2.5eV [7]. Различие между найденной величиной E и известной для селена при атмосферном давлении может быть связано с неточностью ряда используемых констант (в частности, с непостоянством теплоемкости). Сделанный вывод об уменьшении E находится в качественном согласии с результатами статических исследований [16,19,20], где наблюдалось значительное уменьшение ширины энергетической щели селена.

Рис. 5. Зависимость электропроводности сплошного селена Нагружение измерительной ячейки в настоящей рапри ударном сжатии от обратной температуры. 1 — наши данные, 2 — данные ударно-волновых экспериментов [33]. боте осуществлялось при помощи накладного заряда взрывчатого вещества. Генерируемая ударная волна имеет профиль давления с характерным временем спада 5 µs. Полученные записи с измерительной ячейки Как видно из рис. 4, расчетная зависимость T (P) показывают резкое падение напряжения, которое продля сплошного селена проходит в области, где фазодолжается вплоть до момента выхода ударной волны на вая диаграмма селена неизвестна. По этой причине в диэлектрическую стенку (момент B на рис. 2). Далее настоящее время нельзя однозначно указать механизм напряжение лишь слабо растет, в то время как давление металлического перехода в сплошном селене. С одной в образце изменяется за счет разгрузки значительно.

стороны, электропроводности порошкового и сплошноПри разгрузке электросопротивление селена изменяетго селена близки в области насыщения, что может ся относительно слабо, что указывает на временное свидетельствовать о схожести физического состояния сохранение металлической фазы и задержку обратного образцов различной начальной плотности. Косвенное перехода. Таким образом, полученные данные свидеподтверждение этому можно найти в [32], где для тельствуют о гистерезисе проводимости ударно-сжатого близкого уровня ударных давлений обнаружены следы селена и существенной асимметрии прямого и обратного плавления сплошного селена. С другой стороны, найпереходов.

денное давление металлизации (21 GPa) близко к давлению одного их тведофазных переходов при статическом Заключение сжатии [28]. При статическом сжатии аморфного селена известны фазовые переходы (давление 13 и 20 GPa), Полученные данные говорят о протекании в селене сопровождающиеся возникновением металлических фаз.

фазового перехода, сопровождающегося металлизацией.

Однако лишь вторая металлическая фаза является стаПри давлении P < 21 GPa сплошной селен является бильной [28]. Полученные данные свидетельствуют, что полупроводником, при P > 21 GPa — металлом. Давпри ударно-волновом сжатии металлизация происходит ление металлического перехода при ударном сжатии при большем давлении, чем при статическом.

отличается от условий статического сжатия. МеталлизаЭкспериментальные данные и расчеты температуры ция сплошного селена при ударном сжатии обусловлена использованы для построения рис. 5, где электропроводплавлением или твердофазным переходом. Более ранняя ность селена показана как функция обратной темпераметаллизация порошка обусловлена тепловым механизтуры. Такое представление данных выявляет различный мом.

характер зависимости электропроводности от темпераПредставленные в настоящей работе результаты экстуры: вплоть до давления 21 GPa электропроводность периментального исследования селена имеют очевидную растет вместе с температурой, при большем давлении качественную общность с поведением другого элеменэлектропроводность меняется слабо. Такое изменение тарного полупроводника — кремния [40,41], что позвоэлектропроводности указывает на ее полупроводниколяет рассматривать полученные данные как типичные вый характер при давлении P < 21 GPa.

для ударной металлизации полупроводников.

При статическом сжатии проводимость полупроводниАвтор выражает благодарность Д.П. Бабкину, приникового селена является собственной [16]. Предполагая мавшему участие на первом этапе работы, Г.А. Березовсобственный характер проводимости exp( E/2kT), скому, выполнившему измерения теплоемкости.

из наклона зависимости lg от 1/T можно оценить ширину энергетической щели E полупроводниково- Работа выполнена в рамках гранта РФФИ го селена. Из рис. 5 следует, что E зависит от № 05-02-16398.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Металлизация селена при ударном сжатии Список литературы [33] Kani K., Yamada T., Abe M. // Shock Waves in Condensed Matter / Ed. by Y.M. Gupta. 1986. P. 477–482.

[1] Minomura S., Drickamer H.G. // J. Phys. Chem. Solids. 1962.

[34] Трунин Р.Ф., Гударенко Л.Ф., Жерноклетов М.В., СимаVol. 23. P. 451–456.

ков Г.В. Экспериментальные данные по ударной сжимае[2] Minomura S., Samara G.A., Drickamer H.G. // J. Appl. Phys.

мости и адиабатическому расширению конденсированных 1962. Vol. 33. N 11. P. 3196.

веществ. Саров: РФЯЦ ВНИИЭФ, 2001.

[3] Jamieson J. // Science. 1963. Vol. 139. P. 762.

[35] Кузьмин Г.И., Пай В.В., Яковлев И.В. Экспериментально[4] Jayaraman A., Klement W., Kennedy G.C. // Phys. Rev. 1963.

аналитические методы в задачах динамического нагружеVol. 130. N 2. P. 540–547.

ния материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002.

[5] Павловский М.Н. // ФТТ. 1967. Т. 9. Вып. 11. С. 3192–3197.

[36] Гилев С.Д., Трубачев А.М. // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 8.

[6] Набатов С.С., Дремин А.Н., Постнов В.И., Якушев В.В. // Вып. 15. С. 914–917.

Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5. Вып. 3. С. 143–145.

[37] Nagayama K. // Appl. Phys. Lett. 1981. Vol. 38. N 2. P. 109– [7] Абдуллаев Г.Б., Абдинов Д.Ш. Физика селена. Баку: Элм.

110.

1975.

[38] Биченков Е.И., Гилев С.Д., Трубачев А.М. // ПМТФ. 1989.

[8] Chang S.S., Bestul A.B. // J. Chem. Thermodynamics. 1974.

№ 2. С. 132–145.

Vol. 6. N 4. P. 325–344.

[39] Бармин А.А., Мельник О.А., Прищепенко А.Б. и др. // [9] Suchan H.L., Wiederhorn S., Drickamer H.G. // J. Chem.

МЖГ. 1988. № 6. С. 166–170.

Phys. 1959. Vol. 31. N 2. P. 355–357.

[40] Гилев С.Д., Трубачев А.М. // ПМТФ. 1988. № 6. С. 61–67.

[10] Balchan A.S., Drickamer H.G. // J. Chem. Phys. 1961. Vol. 34.

[41] Gilev S.D., Trubachev A.M. // J. of Physics: Condensed Matter.

N 6. P. 1948–1949..

2004. Vol. 16. N 46. P. 8139–8153.

[11] Riggleman B.M., Drickamer H.G. // J. Chem. Phys. 1962.

[42] Гилев С.Д. // ФГВ. 2005. Т. 41. № 5. С. 128–139.

Vol. 37. N 2. P. 446–447.

[43] Гилев С.Д., Михайлова Т.Ю. // ЖТФ. 1996. Т. 66. Вып. 10.

[12] Riggleman B.M., Drickamer H.G. // J. Chem. Phys. 1963.

С. 109–117.

Vol. 38. N 11. P. 2721–2724.

[44] Gilev S.D., Mihailova T.Yu. // J. de Physique IV. 1997.

[13] Witting J. // Phys. Rev. Lett. 1965. Vol. 15. P. 159.

Vol. 5. Colloque C3, Supplement au Journal de Physique III.

[14] McCann D.R., Cartz L. // J. Chem. Phys. 1972. Vol. 56.

N 7. 5th International Conference on Meechanical and P. 2552.

Physical Behaviour of Materials under Dynamic Loading [15] Witting J. // J. Chem. Phys. 1973. Vol. 58. N 6. P. 2220–2222.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.