WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Одержання квазібінарної системи. - Реферат

Одержання квазібінарної системи. - Реферат

зоні закріплюється на дефектах, які створюють найбільшу густину станів. Тому можна вважати, що подана вище енергія активації відповідає енергетичному положенню акцепторів стосовно валентної зони твердого розчину з малим вмістом CdS.
Про природу дефектів акцепторного типу, які створюють енергетичні стани з Е = ЕV + +0,13 еВ, можна висловити наступні припущення. Оскільки зразки області -твердого розчину володіють структурою халькопіриту (рис. 1, 2), то їх можна розглядати як сильно леговані кадмієм кристали CuInS2. У таких кристалах двовалентні атоми Сd можуть заміщувати в кристалічній решітці близькі за розмірами трьохвалентні атоми In. Таке припущення добре узгоджується з критерієм Гольдшмідта [8]. Утворений при цьому центр CdIn, захоплюючи електрон із валентної зони (для насичення зв'язків із сусідніми атомами ), діє як акцептор.
Термо-е.р.с. напівпровідника р-типу провідності визначається формулою [9]:
= , (2)
де к - стала Больцмана, Е = ЕF - EV - положення рівня Фермі відносно валентної зони. А - залежить від механізму розсіювання і для кристалічних напівпровідників лежить, звичайно, в межах 2 4. Для невпорядкованих систем його значення менше. Підставляючи у формулу (2) значення Е, визначене з температурної залежності провідності (формула (1)), ми одержували добре узгодження з експериментально спостережуваними значеннями термо-е.р.с. при А, яке лежало в межах від 3,5 до 4 (зразки із вмістом CdS до 50 мол. %). Для зразків решти інтервалу значення А різко зменшувалося і набувало (при великому вмісті CdS) від'ємних значень. Це свідчить про те, що при збільшенні вмісту CdS зростає роль електронів в електропровідності зразків, тобто зростає ступінь компенсації напівпровідника, і формула (2) перестає бути справедливою.
У цій ситуації визначається формулою [10]:
= , (3)
де е, р, е і р - значення "парціальних" термо-е.р.с. і питомих електропровідностей для електронної й діркової складових провідностей. Крім того, із збільшенням ступеня
компенсації зростає вклад випадкового електричного потенціалу, зв'язаного з флуктуаціями заряджених донорів і акцепторів, що призводить до виникнення біля країв зон "хвостів" густини станів [7, 9]. У таких напівпровідниках [9] (при не дуже низьких температурах) на температурній залежності провідності часто спостерігаються дві ділянки з різними енергіями активації, що має місце і в нашому випадку (рис. 5):
= 0 ехр + exp (4)
Перший член у рівнянні (4) визначає провідність, пов'язану зі збудженням електронів у делокалізовані стани, тобто на рівень протікання в С-зоні (Ес), другий - зі збудженням електронів у локалізовані стани біля дна зони провідності (ЕА) [9]. Механізм провідності в останньому випадку обумовлений перескоками електронів у локалізованих станах у "хвості" зони провідності. W - енергія активації перескоків.
Як видно із рис. 5, для зразка із вмістом 95 мол. % CdS (який має n-тип провідності й своїми властивостями близький до компенсованих напівпровідників) на температурній залежності при Т 376 К спостерігається злам. Вище зламу, тобто при вищій температурі, енергія активації провідності, яка обумовлена рухом електронів у делокалізованих станах, виявилася рівною 0,8 еВ. Нижче зламу - 0,55 еВ.
Різниця енергій активації для різних механізмів провідності, визначена з різних нахилів температурної залежності провідності, дорівнює:
ЕС - ЕА + W = 0,25 еВ. (5)
Якщо наближено вважати, що енергія перескоків W при температурі, яка відповідає нижній ділянці залежності ln від 1/T, приблизно рівна
W кТ 0,04 еВ,
то можна оцінити область локалізованих станів біля краю зони провідності:
ЕС - ЕА 0,21 еВ.
Слід зауважити, що визначена нами ширина області локалізованих станів у розчинах CuInS2-CdS (з великим вмістом CdS) виявилася за порядком величини близькою до такої, яка має місце в більшості широкозонних напівпровідників [9].
Механізм, який обумовлює компенсацію провідності у сплавах системи CuInS2-CdS з великим вмістом CdS, можна пояснити заміною частини вузлів катіонної підрешітки, в яких містяться атоми Cd, на атоми In і Cu. Тривалентні атоми In, які заміщують двовалентні атоми Cd, у вузлах решітки створюють донорні центри (InCd), а атоми Сu - акцепторні (CuCd). Центри таких типів добре відомі в CdS, легованих атомами In або Cu [11]. Причому входження різнойменно заряджених дефектів у решітку кристала збільшує розчинність легуючих домішок, відповідальних за дефекти в матеріалі [12].
Сплави СuInS2-CdS малофоточутливі при високих температурах. Їхня фоточутливість зростає при зниженні температури. На рис. 7 подано спектральний розподіл фотопровідності (ФП) зразків системи CuInS2-CdS з різним процентним вмістом компонент (при 770К). Характерною особливістю кривих спектрального розподілу ФП є існування розмитих максимумів фотопровідності, які зміщуються в короткохвильову область при збільшенні процентного вмісту CdS. Якщо припустити, що за максимуми фотопровідності відповідають оптичні переходи в області смуги власного поглинання кристалів CuInS2-CdS, то їх зсув у короткохвильову область можна пояснити збільшенням ширини забороненої зони сплаву при зростанні вмісту CdS, що узгоджується з результатами вимірювання енергії активації темнової провідності (рис. 6). Для сплавів із 95 мол.% CdS максимум фотопровідності практично міститься в тій же області, що і для монокристалів CdS ( м 470 нм, при 77К). Таке положення максимуму відповідає ширині забороненої зони сплаву Еg 2,6 еВ.
Розмиття максимумів фотопровідності можна пояснити неоднорідністю системи, яка є полікристалічним середовищем. До власних оптичних переходів у монокристалічних зернахможуть домішуватися переходи із області міжзернових границь. Крім того, сплави, звичайно, є дефектними структурами, що приводить до виникнення "хвостів" густини станів, які також можуть відповідати за розмиття максимумів ФП.
4. Висновки
Побудовано фазову діаграму системи CuInS2-CdS, що є діаграмою першого типу, за класифікацією Розебома. Утворення неперервного ряду твердих розчинів між CdS i ВТР(2)-модифікацією CuInS2 є підтвердженням факту її кристалізації у структурі вюрциту. Виявлено значну стабілізацію кубічної модифікації в бік нижчих температур. Зміни питомої електропровідності, енергії активації, термо-е.р.с. і фотопровідності добре узгоджуються із побудованою фазовою діаграмою системи CuInS2-CdS.
На закінчення слід відмітити, що тверді розчини системи CuInS2-CdS належать до матеріалів з високим значенням термо-е.р.с. Особливо це стосується зразків із структурою сфалериту, для яких досягає значення 1250 мкВ/К (рис. 4). Крім того, ці зразки, будучи спеченими, мають низьку теплопровідність і високу радіаційну стійкість. Усе це ставить тверді розчини системи CuInS2-CdS у ряд перспективних матеріалів термоелектроніки.
Література
1. Лазарев В.Б., Ким З.З., Переш Е.Ю., Семрад Е.Е. Комплексные халькогениды системы АI-ВIII-СVI. - М.: Металургия, 1993.
2. Боретс A.Н., Ковах Д.Ш., Зинзиков Б.И. Тезисы докладов ІІ Всесоюзной конференции "Мате-риаловедение халькогенидных и кислородосодержащих полупроводников". - Черновцы, 1981.- Т.1.- С.123.
3. Tell B., Shay J.L., Kasper H.M. // Phys. Rev. - 1971. - V.4. - P. 2463.
4. Look D.C., Manthuruthil J.E. // Phys. Chem. Solids. - 1976.- V.37.- Р. 173.
5. Баранский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Справочник.-К.: Наук. думка.- 1975.- 704 с.
6. Robbins M., Lambrecht V.G. // J. Solid State Chem. -1973.- V.6.- P. 402.
7. Бонч-Бруевич В.Л., Звягин И.П., Койпер Р., Миронова А.Г., Эндерлайн Р., Эссер Б. Электронная теория неупорядоченных полупроводников.- М.: Наука,1981.- 384 с.
8. Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров.- М.: Высш. школа, 1982.- 376 с.
9. Мотт Н., Девис Е. Электронные процессы в некристаллических веществах.- М.: Мир, 1974.-472 с.
10. Смит Р. Полупроводники.- М.: Мир, 1982.- 558 с.
11. Гавриленко В.И., Грехов А.М., Корбутяк Д.В., Литовченко В.Г. Оптические свойства полупро-водников. Справочник.- К.: Наук. думка, 1987.- 607 с.
12. Физика и химия соединений АIIВVI / Под ред. С.А. Медведева.- М.: Мир, 1970.- 624 с.
Loading...

 
 

Цікаве