Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Природа точкових дефектів легованого кадмій телуриду 2005 года.
Источник: Автореф. дис... д-ра хім. наук: 02.00.21 / П.М. Фочук; НАН України. Ін-т пробл. матеріалознавства ім. І.М.Францевича. — К., 2005.
Аннотация:

Текст работы:

НАЦІональна академія наук україни

інститут проблем матеріалознавства

ім. І.М. ФРАНЦЕВИЧА




ФОЧУК  Петро  Михайлович




УДК  546.48.242:66.046.516







ПРИРОДА ТОЧКОВИХ ДЕФЕКТІВ ЛЕГОВАНОГО

КАДМІЙ   ТЕЛУРИДУ





Спеціальність: 02.00.21 хімія твердого тіла





Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора хімічних наук











Київ 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі неорганічної хімії Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича.

Науковий консультант:        доктор хімічних наук, професор

Панчук Олег Ельпідефорович,

Чернівецький національний університет

імені Юрія Федьковича,

завідувач кафедри неорганічної хімії.


Офіційні опоненти:                доктор хімічних наук, професор

Томашик Василь Миколайович,

Інститут фізики напівпровідників

ім. В.Є. Лашкарьова НАН України,

вчений секретар, м. Київ;

доктор технічних наук


Комар Віталій Корнійович,

Інститут монокристалів НАН України,

завідувач лабораторії, м. Харків;

заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, с.н.с.


Фреїк Дмитро Михайлович,

Прикарпатський національний університет

ім. В. Стефаника МОН України,

директор Фізико-хімічного інституту,

завідувач кафедри фізики та хімії твердого тіла,

м. Івано-Франківськ.


Провідна установа:        Львівський національний університет імені Івана Франка, хімічний факультет, кафедра неорганічної хімії.


Захист відбудеться 18.05.2006 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.207.02 в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України: 03680, м. Київ-142, вул. Крижанівського, 3.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України: 03680, м. Київ-142, вул. Крижанівського, 3.

Автореферат розісланий        12.04.2006 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, д.х.н.                                        Куліков Л.М.

Актуальність дисертаційного дослідження зумовлена швидким розвитком в останні десятиріччя передових технологій в усьому світі. Це стимулює підвищений інтерес до напівпровідникового матеріалознавства. Серед напівпровідників, що вже давно знайшли широке застосування, значну роль відіграють сполуки типу А2В6 і CdTe є одним з найбільш перспективних. Цьому сприяє прозорість в ІЧ області, рекордні фоторефрактивні властивості, здатність детектувати іонізуючі випромінювання, ефективно перетворювати сонячну енергію в електричну та багато іншого.

CdTe знаходить широке використання у медицині, ядерній енергетиці, нелінійній та ІЧ оптиці, військовій техніці і т.д. Це одна із перших напівпровідникових сполук, дефектна структура якої вивчалася із використанням теорії квазіхімічних рівнянь дефектоутворення (КХРД). Знання структури точкових дефектів CdTe є визначальним у передбаченні його оптичних та електричних властивостей, а також для вирішення проблем, повязаних зі старінням та поляризацією матеріалу. 

Для більшості приладів, де застосовується CdTe, чистий матеріал не являє такого інтересу, як легований, тому що впровадження атомів інших елементів у кристалічну гратку CdTe кардинально змінює характеристики самої сполуки і дозволяє: а) змінювати тип провідності; б) керувати в широких межах величиною питомого опору; в) надавати матеріалу нових властивостей. Введення в гратку напівпровідника легуючого компонента змінює умови внутрішньої рівноваги між власними атомними та електронними дефектами. В залежності від типу і кількості введеної домішки концентрація основних носіїв заряду в кристалі буде зростати або спадати, формуючи необхідні параметри матеріалу.

Електрофізичні властивості кристалів нелегованого CdTe визначаються, головним чином, власними точковими дефектами. Тип і концентрація переважаючих дефектів в CdTe залежать від стехіометрії матеріалу, яка визначається тиском пари Cd(Те) в процесі вирощування кристалів і подальшої термообробки. Цілеспрямоване керування цим процесом неможливе без знання структури точкових дефектів (ТД), яка формується, як правило, при високих температурах. Тому важливо дослідити закономірності її утворення і зміни саме в цих умовах.

Практично єдиним прямим способом вивчення рівноважного стану дефектів в напівпровіднику є вимірювання його високотемпературних електричних характеристик (ВТЕХ) при 400-1000°С. Це повязано з тим, що лише при підвищених температурах активізуються процеси дифузії в твердому тілі і між точковими дефектами та паровою фазою встановлюється рівновага. Знаючи концентрацію носіїв заряду і константи рівноваги реакцій впровадження ТД, можна змоделювати залежності їх концентрації від температури, тиску пари компоненту та вмісту легуючої домішки. Для уточнення та підтвердження отриманих моделей доцільним є використання таких методів досліджень, які дозволяють отримати інформацію про тип та вміст ТД: електронний парамагнітний резонанс (ЕПР), фотолюмінесценція (ФЛ), позитронна анігіляція (ПА), оптично детектований магнітний резонанс (ОДМР), флуоресцентна спектроскопія рентгенівського поглинання (EXAFS), катодолюмінесценція (КЛ) та інші. На цій основі прогнозуються умови проведення відповідних технологічних процесів (вирощування кристалів, їх термообробка та режим охолодження), які забезпечують бажаний ансамбль ТД і, відповідно, необхідні електричні, структурні чи оптичні властивості CdTe.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась на кафедрі неорганічної хімії Чернівецького національного університету ім. Юрія Федьковича у відповідності з науково-тематичними програмами Міністерства освіти і науки України за темами:

- „Комплексне фізико-хімічне дослідження напівпровідникових систем: електрофізичні, магнітні, адсорбційні та фотокаталітичні властивості”, № державної реєстрації 0196U014549; 1998-2000.

- “Дослідження дефектної будови і властивостей: CdTe і TiO2”, № державної реєстрації 0198U002752; 2001-2003.

Частина досліджень була проведена в Інституті фізики НАН України, в науковому центрі в Страсбурзі (Франція),  на кафедрі оптоелектроніки університету МакМастера (Торонто, Канада), на фізичному факультеті університету Мартіна Лютера (Галле-Віттенберг, Німеччина), в 7-му університеті м.Париж (Франція), в Інституті матеріалознавства при Талліннському технічному  університеті (Естонія), в Інституті Гана-Майтнер (Берлін, Німеччина), в Інституті електронних та магнітних матеріалів Італійської Академії наук (м. Парма, Італія).

Інша частина роботи виконана за грантом міжнародної програми INCO-Copernicus ERBIC 15 CT 960808 “Cadmium telluride & related semiconductor sensors for radiation imaging & optical switching application” (1997-2000).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є встановлення закономірностей у формуванні структури точкових дефектів в умовах високотемпературної рівноваги як спеціально нелегованого CdTe,  так і легованого домішками ІІІА, ІVA, VA та VІІА підгруп, а також вивчення оптичних, електричних, фоторефрактивних та інших властивостей легованого CdTe.

Досягнення поставленої мети вимагало вирішення наступних задач:

  • за допомогою сучасних технологій (класичний та високотисковий методи Бріджмена (НРВ), ТНМ, з газової фази) отримати монокристали CdTe;
  • провести детальні дослідження електричних властивостей CdTe як при високих (600-1200 К), так і при низьких (77-400 К) температурах;
  • оптимізувати значення існуючих констант реакцій дефектоутворення для кращого узгодження моделей структури ТД з експериментом;
  • побудувати моделі високотемпературної рівноваги точкових дефектів для нелегованого CdTe, а також для деяких досліджуваних домішок  (в залежності від активності домішки, температури, тиску пари компонента);
  • розробити методику прогнозування електричних властивостей CdTe при 300 К, виходячи з результатів високотемпературних вимірювань.

Обєктом  дослідження є монокристали CdTe.

Предметом дослідження є структура ТД та властивості нелегованого і легованого домішками ІІІА, ІVA, VA та VІІА підгруп CdTe.

Методи дослідження, використані в роботі. Для визначення структури ТД CdTe застосовували високотемпературні вимірювання ефекту Холла (ВТВ ЕХ), ЕПР (включно фото-ЕПР), ПА. Оптичні властивості вивчали методами ОДМР та магнітного циркулярного дихроїзму (МЦД), ФЛ, пропускання та поглинання в ІЧ області, структурні рентгенівськими методами та EXAFS, фоторефракційні - методом двохпучкової взаємодії,  електричні низькотемпературними вимірюваннями ефекту Холла, вміст домішок визначали методами атомно-абсорбційного аналізу, вторинно-іонної та лазерної мас-спектроскопії.

Наукова новизна результатів, отриманих у дисертаційній роботі, визначається тим, що вперше:

  • експериментально визначено домінуючі власні ТД в нелегованому CdTe в області тисків пари Cd: при t°>650оС - Cd, t°<650оС - V, а в області тисків пари Те домішковий акцепторний центр Оксигену при t°<500°C та власні електрони при t°>700°C, а також ентальпії впровадження 2 власних ТД: ΔН=2.52 еВ, ΔН=1.33 еВ;
  • оптимізація набору констант реакції дефектоутворення дозволила провести компютерне моделювання тискових (РCd=0.001-1 атм.) та температурних (500-900оС) залежностей вмісту ТД в CdTe із задовільним узгодженням з експериментом;
  • виявлено 4 основних  типи поведінки індію в CdTe при високих температурах в залежності від концентрації цієї домішки в кристалах;
  • встановлено, що Tl в CdTe при високих температурах виступає виключно як донор;
  • розраховано константи утворення асоціатів In, Ga і Tl з V;
  • встановлено, що розчинність силіцію в кадмій телуриді не перевищує 3×1016 ат/см3, а Si поводить себе як донор, утворюючи центри SiCd;
  • на кристалах CdTe<Ge>, вирощених на кафедрі неорганічної хімії ЧНУ, отримано найбільший з усіх напівпровідників коефіцієнт підсилення світла без накладання зовнішнього електричного поля;
  • комплексно досліджено температурні та баричні залежності концентрації та рухливості носіїв заряду в CdTe, легованому германієм, в умовах високотемпературної рівноваги дефектів при граничних відхиленнях від стехіометрії;  встановлено, що о