WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

(TA) и продольных (LA) акустических фононов соответКак видно из рис. 3, в поликристаллах с размером зерен 1 µm уже при температуре 130 K вклады фонон- ственно. Рассчитанное нами по формуле (6) значение для ZnS равно 206 K (TA и LA взяты из [8]). Таким фононных и фонон-граничных процессов рассеяния в образом, изломы на экспериментальных зависимостях ограничение средней длины свободного пробега фононов теплового сопротивления KO-2, ПО-2 и монокристалла сопоставимы по величине. При дальнейшем снижении температуры увеличивается относительный вклад про- ZnS наблюдаются при температуре Дебая. Выше и ниже цессов рассеяния фононов на границах зерен в ограни- этой температуры зависимость W(T ) может быть предчение средней длины свободного пробега фононов и те- ставлена в виде плопроводности. Этим обусловливается наблюдаемое на W = BT + C. (7) рис. 2 отклонение W(T ) поликристаллического образца Значения B и C, полученные нами из экспериментальных КО-2 от линейной зависимости в низкотемпературной данных, приведены в табл. 1. Величина ВТ = W0 — области (дополнительный рост теплового сопротивлеэто тепловое сопротивление бездефектного кристалла ния). В поликристаллах с размером зерен d > 5 µmвклад ZnS. Коэффициент B, определяющий наклон прямой граничного рассеяния в ограничение длины свободного зависимости W(T ), характеризует вещество, и он (в препробега фононов в исследованном диапазоне температур делах ошибки эксперимента) одинаков для исследованстановится пренебрежимо малым.

ных образцов в каждой температурной области (выше Длина свободного пробега, связанная с рассеянием и ниже температуры Дебая). Известно, что в случае фононов на дефектах, определена из (3). Как видно из переноса тепла акустическими фононами и преобладания рис. 3, в ограничении длины свободного пробега фононов в рассеянии трехфононных процессов переброса теплов исследованных образцах существенна роль процессов вое сопротивление бездефектного кристалла может быть рассеяния фононов на дефектах. Расчеты показали, что представлено в виде [20] рассеяние фононов на дефектах вносит в тепловое сопротивление возрастающий вклад от монокристаллического 2T W0(T ) =A, (8) образца к КО-2. Наблюдающееся даже в монокристаллах n1/3MaZnS тепловое сопротивление, обусловленное рассеянием фононов дефектами, по-видимому, связано с наличием где A — постоянный коэффициент, M — средняя масса примесей, в частности ионов железа, которые являются атома, n — число атомов в элементарной ячейке. Из Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Влияние особенностей структуры на теплопроводность поликристаллического сульфида цинка Таблица 1. Значения постоянных B и C, характеризующих Обычно постоянная C в формуле (7) величина полотемпературные зависимости теплового сопротивления КО-2, жительная, характеризующая примеси, содержащиеся в ПО-2 и монокристалла ZnS конкретном образце (их количество и сечение рассеяния для фононов). В нашем эксперименте величина C отриB, 10-5 m/ W C, 10-3 m · K/ W Материал цательна, за исключением КО-2 в низкотемпературной T < 200 K T > 240 K T < 200 K T > 240 K области. Возможное объяснение этого факта — наличие КО-2 13.8 20.4 12.6 -2.в образцах сульфида цинка кислорода, который замещает ПО-2 14.1 20.2 -4.9 -17.в кристаллической решетке серу. Поскольку ионный и Монокри- 13.9 20.1 -5.6 -19.ковалентный радиусы кислорода меньше, чем серы [21], сталл ZnS с ростом концентрации кислорода в ZnS уменьшается средняя масса атома и параметр решетки, что приводит к некоторому повышению теплопроводности [22].

Таблица 2. Температура Дебая, параметр Грюнайзена и отПоэтому примесь кислорода ведет себя как дефект, ношение 2/3 для поперечных и продольных акустических повышающий теплопроводность и снижающий тепловое ветвей сульфида цинка сопротивление решетки.

Таким образом, результаты проведенного эксперименФононы, K 2/3, 10-8 K-тального исследования позволили установить, что отTA 131 0.21 1.носительно низкая теплопроводность мелкокристаллиLA 306 1.33 6.ческого сульфида цинка (КО-2) по сравнению с монокристаллом ZnS обусловлена эффективным рассеянием фононов дефектами в приграничном слое зерен. В поликристаллах с размерами зерен 1 µm сказываются разсравнения формул (7) и (8) видно, что B 2/3.

мерные эффекты — длина свободного пробега фононов Поскольку наклон прямой W(T ) определяется коэффив низкотемпературной области измерений становится циентом B, изменение наклона связано с изменением сравнимой с размерами зерен; усиление роли граничного величины этого коэффициента, т. е. с изменением отрассеяния фононов с понижением температуры приводит ношения 2/3. Поскольку значения и для различных акустических ветвей различны, отношение 2/3 к появлению дополнительного теплового сопротивления в этих образцах при T < 130 K. Наблюдающееся в (следовательно, и B) может изменяться при изменении области температуры Дебая изменение наклона темпевклада в теплоперенос от продольных и поперечных ратурной зависимости теплового сопротивления исслеакустических фононов. В табл. 2 приведены расчетные дованных образцов обусловлено усилением в высокотемзначения величины 2/3. В этой же таблице приведены пературной части измерений участия в теплопереносе значения и для TA и LA акустических ветвей сульпродольных акустических фононов.

фида цинка из работы [8], на основе которых проведены расчеты 2/3. Из таблицы видно, что для поперечных Авторы выражают искреннюю благодарность Г.Н. Дрофононов 2/3 примерно в 3 раза меньше, чем для новой за предоставленные для исследования образцы.

продольных. Следовательно, при усилении роли продольных акустических фононов в переносе тепла должен возрастать коэффициент B и соответственно изменяться Список литературы наклон зависимости W(T ). В сульфиде цинка при 210 K [1] Ф.К. Волынец. Опт.-мех.пром-сть 11, 39 (1978).

возбуждены все поперечные акустические фононы (для [2] С.В. Булдина, Г.Н. Дронова, С.В. Жукова. В сб.: КристаллиTA-ветви = 131 K). При дальнейшем росте температуческие оптические материалы. Информтехника, М. (1992).

ры происходит возбуждение фононов продольной акустиС. 49.

ческой ветви, для которых = 306 K. Таким образом, с [3] В.Н. Савушкин, Г.В. Ананьева, С.М. Волынская, Т.И. Мерростом температуры растет роль продольных фононов в куляева, И.А. Миронов. В сб.: Кристаллические оптичепереносе тепла в ZnS, что и приводит к росту B. Из ские материалы. Информтехника, М. (1992). С. 51.

табл. 1 видно, что коэффициент B в эксперименталь- [4] Н.В. Лугуева, Г.Н. Дронова, С.М. Лугуев. Опт.-мех.промно полученных зависимостях W (T ) для КО-2, ПО-2 и сть 10, 30 (1983).

[5] G.A. Slack. Phys. Rev. B6, 10, 3791 (1972).

монокристалла ZnS больше по абсолютной величине в [6] Е.Д. Девяткова, А.В. Петров, И.А. Смирнов, Б.Я. Мойжес.

высокотемпературной области измерений (T > 240 K), ФТТ 2, 4, 738 (1960).

чем в низкотемпературной. Исходя из этого, изменение [7] Н.В. Лугуева, Н.Л. Крамынина, С.М. Лугуев. ФТТ 43, 2, наклона зависимости W(T ) в материалах на основе суль222 (2001).

фида цинка в высокотемпературной области может быть [8] D.N. Talwar, M. Vandevyver, K. Kunc, M. Zigone. Phys. Rev.

объяснено увеличением вклада в теплоперенос продольB24, 2, 741 (1981).

ных акустических фононов. В пользу этого утверждения [9] Ж.П. Сюше. Физическая химия полупроводников. Металсвидетельствуют и данные исследования коэффициента лургия, М. (1969). 224 с.

теплопроводности ZnS при всестороннем сжатии [7]. [10] В.В. Скороход. Порошковая металлургия 1–2, 53 (1995).

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 256 Н.В. Лугуева, С.М. Лугуев [11] H.M. Kagaya, T. Soma. Phys. Stat. Sol. (b) 134, 2, K(1986).

[12] D.N. Chung, W.R. Buessem. J. Appl. Phys. 38, 6, 2535 (1967).

[13] Р. Берман. Теплопроводность твердых тел. Мир, М. (1979).

286 с.

[14] T. Soma. Solid Stat. Commun. 34, 12, 927 (1980).

[15] A. Noguera, S.M. Wasim. Solid Stat. Commun. 50, 4, (1984).

[16] В.С. Оскотский, И.А. Смирнов. Дефекты в кристаллах и теплопроводность. Наука, Л. (1972). 160 с.

[17] Е.Д. Девяткова, И.А. Смирнов. ФТТ 4, 9, 2507 (1962).

[18] Ю.А. Логачев, Б.Я. Мойжес, А.С. Скал. ФТТ 12, 10, (1970).

[19] G.A. Slack, P. Andersson. Phys. Rev. B26, 4, 1873 (1982).

[20] G.A. Slack. Solid State Phys. Vol. 34. Academic Press, N. Y.

(1979). P. 1.

[21] Б.Ф. Ормонт. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. Высш. шк., М. (1973). 655 с.

[22] А.И. Ансельм. Введение в теорию полупроводников. Наука, М. (1978). 616 с.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.