Анотація до роботи:

Щербак Л.П. Фізико-хімічні закономірності структурних переходів в конденсованих фазах на основі кадмій телуриду. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.21. – хімія твердого тіла. – Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2003.

Дисертація присвячена вивченню динаміки переходів між впорядкова-ними та хаотичними станами при топленні і кристалізації CdTe, Cd_1-хZn_хТе (0 < х < 0,1) та CdTe - Іn (Ge, Sn), встановленню взаємозв’язку між структурами твердої і рідкої фази при фазових переходах CdTe як нелегованого, так і легованого вказаними домішками. Структурно- та зв’язок-чутливі характеристики розплаву досліджено методами вимірювання електропровідності, термо-електрорушійної сили, в’язкості та диференційно-термічного аналізу (ДТА). Структура кристалів вивчалась рентгено-структурним, мікрорентгено-спектральним, мікроструктурним, радіометрич-ним методами аналізу та вимірюваннями мікротвердості. Встановлено, що властива вихідному кристалу тетраедрична координація та ковалентний тип

зв’язку зберігаються в розплавах CdTe, CdTe+2(20) мол. % In, CdTe + 2 (6) мол. % Ge принаймні до 1825 К, що свідчить про мікрогетерогенність реальних розплавів напівпровідників у широкому інтервалі температур. В розплаві CdTe + 2 мол. % Sn вище 1500 К проявляється помітний вклад металічної компоненти провідності, що є наслідком збільшення координаційного числа компонентів гратки в присутності багато-зарядного іона. Вимірюваннями термо-е.р.с. розплаву до 1825 К виявлена тонка структура процесу топлення CdTe та його неізотермічний, постадійний характер, що є ознакою характерного для напівпровідників явища після-топлення. Цей висновок підтверджено наявністю виявлених методами ДТА ендотермічних процесів при певних температурах перегріву розплаву, що супроводжуються ростом його в’язкості (структуруванням) у вузькому інтервалі температур. Показано вплив термообробки розплавів в інтервалі температур післятоплення на параметри процесу кристалізації, що свідчить про “хімічну пам’ять” розплавів. Встановлено критичні температури реорганізації структури розплавів. Зроблено висновок про можливість поліморфного перетворення кристалічної гратки в інтервалі температур передтоплення. Отримані результати обговорено в рамках теорії самоорганізації в нерівноважних системах.

1. Вcтановлено, що в реальних динамічних умовах нагрівання кадмій телуриду процес топлення відбувається не ізотермічно, а постадійно, в певному інтервалі температур, величина якого та критичні точки структурної перебудови визначаються кінетикою нагрівання та станом (структурою) дефектів кристалу при фазовому переході. Механізм перетворень інтерпретується в рамках дислокаційно-кластерної моделі процесу топлення, а фазовий перехід тверде – рідке за класифікацією Убелоде трактується як розмитий з ознаками ефектів передтоплення, топлення та післятоплення.

2. Нагрівання кристалу CdTe в квазістатичних умовах обумовлює локальне або об’ємне поліморфне перетворення з утворенням модифікації, що

має вищу на 14 К температуру топлення. Збереження у розплаві фрагментів кристалічної структури цієї модифікації збільшує нерівноважність і мультимодальність структурних перетворень в розплаві.

3. За даними кореляцій перегрів – переохолодження розплавів нелегованого та легованого CdTe як функції хімічного складу системи та її термічної передісторії виявлено два шляхи еволюції структури розплавів. 1) Після перегріву розплаву в динамічному режимі вище критичної температури Т_кр. = Т_топл. + 10 К процес кристалізації відбувається з переохолодженням на 30 – 50 К, а при перегрівах, менших за Т_кр., розплав кристалізується безактиваційно при температурі, вищій за Т_кр. (так званна “гаряча” кристалізація). 2) Проведення проміжної ізотермічної витримки розплаву протягом 30 чи 60 хв. в інтервалі температур післятоплення викликає активаційний процес “гарячої” кристалізації на кластерах із середнім розміром 68 – 98 атомів, що свідчить про “хімічну пам’ять” розплаву.

4. Встановлено, що ізотермічна витримка розплаву CdTe при Т_топл.+ 2К впрдовж 120 хв. не збільшує об’ємну частку рідини в системі, яка не перевищує 2 %, що свідчить про автоколивний характер процесу топлення цієї сполуки. Ізотермічна витримка розплаву CdTe при перегріві на 40 К викликає квазігармонічні періодичні коливання, причому в присутності 2 мол. % Ge чи In період коливань зменшується, а амплітуда залишається майже сталою. В розплаві Cd_0,9Zn_0,1Te амплітуда коливань стає незначною.

5. Показано, що властивий вихідному кристалу CdTe ближній порядок та тетраедрична направленість зв’язків зберігається принаймі до 1850 К, а легування індієм та германієм не викликає зміни напівпровідникових властивостей розплаву. Введення 2 мол. % Sn обумовлює появу металічної компоненти електропровідності розплаву вже біля 1500 К з наступним переходом до металічного типу.

6. Гістерезисні явища, катастрофічність ізотермічних ендотермічних процесів в розплаві, кооперативний, осцилюючий характер структурних перетворень рідини, нерівноважність, когерентність, відкритість досліджуваних процесів дають підставу узагальнити їх в рамках теорії нерівноважних процесів. З позиції останньої показано, що при нагріванні CdTe та систем на його основі відбуваються процеси самоорганізації із формуванням дисипативних структур, причому система проходить через ряд стаціонарних станів, які відділяються критичними температурами ізотермічних ендотермічних процесів, що супроводжуються швидкими структурними перетвореннями.

7. Встановлено, що фазовий перехід тверде-рідке кадмій телуриду здій-снюється при збереженні ближнього порядку в широкому інтервалі температур за рахунок реалізації властивої елементарним халькогенам здатності до утворення ланцюгових структур. При топленні сполуки реорганізація структури регулюється іонною та ковалентною (з долею металічності) складовою хімічного зв’язку між компонентами розплаву.

Основні результати дисертації викладено в таких роботах:

1. Щербак Л.П. Дефекты структуры кристаллов CdTe, легированных Ge // Материаловедение узкощелевых и слоистых полупроводников”. - К: Наук. думка, 1989. - С. 121-124.

2. Щербак Л. П., Фейчук П. И., Оманчуковская И.В., Озирский Ю.А., Панчук Ю. И. Распределение Ge в кристаллах кадмий-цинк-теллур // Свойства легированных полупроводниковых материаллов.- М.: Наука.-1990.-С. 61-65.

3. Shcherbak L. Peculiarities of solid-liquid-phase transition in CdTe // J. Cryst.

Growth. - 1998. - Vol.184/185. - P. 1057-1060.

4. Shcherbak L. Pre-transition phenomena in CdTe near the melting point // J. Cryst. Growth. - 1999. - Vol. 197. - P. 397-405.

5. Лубенец С.В., Фейчук П.И., Фоменко Л.С., Щербак Л.П. Кинетика развития дислокационного ансамбля вокруг отпечатка индентора в монокристаллах теллурида кадмия // Физ. тв. тела. - 1989. - Т. 31, № 7. - С. 246-249.

6. Фоменко Л.С., Лубенец С.В., Фейчук П.И., Щербак Л.П. Изучение локальной дефектной структуры кристаллов CdTe-Gе методом микроиндентирования // Физ. тв. тела. - 1998. - Т. 40, № 2. - С. 264-268.

7. Щербак Л.П., Тихонова О.М., Фодчук И.М. Примесные дефекты структуры в монокристалах CdTe // Кристаллография.-1991 - Т. 36, № 6. - С. 1521-1526.

8. Щербак Л.П., Кучма Н.И. “Самоочистка” в кристалах CdTe, легированных Sе // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. - 1992. - Т. 28, № 4. - С. 738-744.

9. Щербак Л.П., Фейчук П.И., Панчук О.Э. Адсорбция ионов серебра из селективных травителей поверхностью кристаллов теллурида кадмия // Неорган. материалы. - 1994. - Т. 30, №1. - С. 39-43.

10. Феш Р.Н., Фейчук П.И., Панчук О.Э., Щербак Л.П. Травление кристаллов теллурида кадмия // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. - 1981. - Т. 17, № 6. - С.1118-1119.

11. Фочук П.М., Фейчук П.И., Щербак Л.П., Панчук О.Э. Спектр точечных дефектов в закаленных кристалах CdTe, легированных Sn // Неорган. материалы. - 1996. - Т. 31, № 12. - С. 1523-1524.

12. Shcherbak L., Feichouk P., Fochouk P. M., Panchouk O. Self-compensation

studies in Cd-saturated In-doped CdTe // J. Cryst. Growth. - 1996. - Vol. 161. -

P. 219-222.

13. Shcherbak L., Feichouk P., Panchouk O. Effect of CdTe “postmelting” // J. Cryst. Growth. - 1996. - Vol. 161. - P. 16-19.

14. Fochouk P., Shcherbak L., Feichouk P., Panchouk O. Point defect compensation phenomena in CdTe // CALPHAD. - 1997. - Vol. 21, N 4.- P. 469-473.

15. Shcherbak L., Feichouk P., Panchouk O., Lopatniouk I., Vengrenovych R. Phase equilibria in the CdTe-Ge system // CALPHAD. - 1997. - Vol. 21, N 4. - P. 463-468.

16. Щербак Л.П., Фейчук П.И., Панчук О.Э. Примесные выделения в кристаллах CdTe, легированных Ge // Неорган. материалы.-1998.-Т. 34, № 1. - С. 24-30.

17. Feichuk P., Shcherbak L., Pluta D., Moravec P., Franc J., Belas E., Hцschl P. Study of the correlation between crystal defects and properties of CdTe: Ge radiation detectors // Proceed. SPIE. - 1997. - Vol. 318. - P. 100-107.

18. Falenchouk L., Shcherbak L., Panchouk O. Thermodynamic mixing functions in CdTe dopant systems // J. Chim. Phys. - 1997. - Vol. 94. - P. 1036-1042.

19. Feichuk P., Shcherbak L., Omanchukivska I. Ge vapour phase doping of CdTe and Cd_0,96Zn_0,04Te crystals // Proceed. SPIE. - 1997. - Vol. 3182. - P. 388-395.

20. Fochouk P., Shcherbak L., Yatsunyk L., Panchouk O. CdTe - Ge as photorefractive material // Proceed. Waseda Intern. Symp. on phase conjugation and wave mixing. Tokyo (Japan). - 1997. - P. 460-463.

21. Shcherbak L., Hayer E., Feychuk P., Panchuk O. Ge doping influence on CdTe postmelting effect // J. Chim. Phys. - 1998. - Vol. 95. - P. 1748-1756.

22. Shcherbak L., Feychuk P., Kopach O., Falenchouk L., Panchuk O. In and InSe doping influence on CdTe postmelting effect // J. Chim. Phys. - 1998. - Vol. 95. - P. 1757-1764.

23. Panchuk O., Savitskiy A. V., Fochuk P. M., Nykonyuk Ye., Parfenyuk O., Shcherbak L., Ilashchuk M., Yatsunyk L., Feychuk P. IV group dopant compensation effect in CdTe // J. Cryst. Growth.-1999. - Vol. 197. - P. 607-611.

24. Vackova S., Zdansky K., Vacek K., Shcherbak L., Feichouk P., Ilashchuk M. Conductivity change of Au/p-CdTe/Au as a function of the temperature gradient // J. Cryst. Growth. - 1999. - Vol. 197. - P. 599-602.

25. Shcherbak L.P., Feichouk P.I., Plevachouk Yu.A., Kopach O.V., Turyanska L.T. Pre- and postmelting of cadmium telluride // Semicond. Phys. Quantum Electron. Optoelectron. - 1999. - Vol. 2, N 4. - P. 76-80.

26. Shcherbak L., Kopach O., Plevachuk Yu., Sklyarchuk V., Siffert P. The viscosi-ty of liquid cadmium telluride // J. Cryst. Growth. -2000. -Vol. 212.-P. 385-390.

27. Shcherbak L., Kopach O., Turyanska L., Feychuk P. Thermographical study of polymorphic transition in CdTe lattice // Вісник Львів ун-ту. Сер. хім. - 2000.

Вип. 39. - С. 157-161.

28. Vackova S., Zdansky K., Vacek K., Shcherbak L., Feychuk P., Ilashchuk M. Phonon drag effect in Cd_xZn_1-xTe in dependence on x: minimum at x = 0,04 // Phys. Stat. Sol. (a). - 2000. - Vol. 177. - P. 263-265.

29. Shcherbak L., Feychuk P., Plevachuk Уu., Dong Ch., Sklyarchuk V. Structural changes in molten CdTe // Semicond. Phys., Quantum Ellectron. Optoelectron. - 2000. - Vol. 3, N 4. - P. 456-459.

30. Склярчук В.М., Плевачук Ю.О., Фейчук П.И., Щербак Л.П. Электрофизические свойства и вязкость расплава CdTe с примесями In, Ge, Sn // Неорган. материалы. - 2002.- Т. 38, № 11.- С. 1314 - 1319.

31. Fochuk P. M., Panchuk O., Feychuk P., Shcherbak L., Savitskiy A. V., Parfenyuk O., Ilashchuk M., Hage-Ali M., Siffert P. Indium dopant behaviour in CdTe single crystals // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. - 2001. - Vol. A458. - P. 104-112.

32. Shcherbak L., Feychuk P., Plevachuk Уu., Sklyarchuk V., Kopach O., Suck B.- J., Panchuk O. CdTe – Ge melt structure rearrangement study // Phys. Stat. Sol. (b) – 2002. – Vol. 229. – N.1.- P. 165 – 169.

33. Plevachuk Уu., Sklyarchuk V., Dong Ch., Shcherbak L., Feychuk P. Electronic properties and viscosity of liquid CdTe-based alloys // J. Phys. Condens. Matter. - 2002. Vol. 14. - P. 5711-5718.

34. Shcherbak L., Feychuk P., Kopach O., Panchuk O., Hayer E., Ipser H. Fine structure of the melting process in pure CdTe and in CdTe with 2 mol % of Ge or Sn // J. Alloys Comp. - 2003. - Vol. 349. - P. 145-151.