Кваліфікаційна робота

на здобуття освітньо-кваліфікаційного рівня магістр

Нестехіометричні точкові дефекти і властивості кристалів цинк телуриду

Зміст

Вступ……………………………………………………………………………....3

Фізико-хімічні властивості та область гомогенності цинк телуриду…..4

Фазова рівновага у подвійній системі Zn-Te…………………........4

Кристалічна структура……………………………………………..14

Фізико-хімічні властивості………………………………………...15

Електричні властивості……………………………………...17

Термодинамічні властивості……………………………......18

Дефектна підсистема у кристалах цинк телуриду

2.1 Методи вирощування монокристалів сполук …………………....20

2.1.1 Метод взаємодії вихідних компонентів в газовій фазі…………..20

2.1.2 Метод сублімації…………………………………………………...21

2.1.3 Ріст монокристалів і розплавів, близьких до стехіометричного складу……………………………………………………………………………..23

2.1.4 Метод вакуумної сублімації в температурному градієнті заздалегідь синтезованої бінарної сполуки…………………………………….24

2.1.5 Метод хімічного синтезу сполуки за участю парів компонентів………………………………………………………………………24

2.2 Методи дослідження кристалів цинк телуриду…………………………25

2.2.1 Дослідження люмінесценції ZnTe…………………………….......25

2.2.2 Метод мікролюмінесцентного картирування зразків……………35

3. Нестехіометрія телуриду цинку

3.1 Кристалоквазіхімічні формули нестехіометричного ZnТe

3.2 Самолегування Телуром n-ZnТe:Тe………………………….

3.3 Самолегування Цинком p-ZnТe:Zn…………………………..

Висновки…………………………………………………………………………

Список використаної літератури………………………………………………..

Вступ

Монокристалічний телурид цинку — прямозонна напівпровідникова сполука AIIBVI з шириною забороненої зони ~ 2.3 еВ — є цікавим об'єктом для фізичних досліджень і технологічних розробок в області світловипромінюючих і електрооптичних пристроїв видимого діапазону. Проте за квазірівноважних умов росту цих кристалів далеко не завжди забезпечується пряма залежність їх фізичних властивостей від складу, оскільки внаслідок ретроградного характеру лінії солідус на перетині Т—х (температура–склад) фазової діаграми концентрація вільних носіїв визначається важко контрольованою взаємодією стехіометричних дефектів і легуючих (фонових) домішок. Наприклад, відомі проблеми з отриманням легованого матеріалу n-типу провідності приводять до того, що кращими характеристиками до цих пір володіють світловипромінюючі пристрої на основі МОП структур, а не p-n-переходiв [48]. Не можна також забувати, що електрофізичні і оптичні властивості реальних кристалів формуються в „грі" всіх видів дефектів термодинамічного походження, як точкових, так і протяжних (дислокації, межі розділу).

Альтернативою є використання нерівноважних методів росту, що дозволяють на основі зміни механізмів вбудовування атомів матриці і легуючих домішок в кристалічну решітку уникнути обмежень, що накладаються фазовими діаграмами, і трансформувати домішково-дефектну конфігурацію в необхідну сторону для отримання матеріалу із заданими властивостями.

Метою роботи є огляд фізико-хімічних властивостей, фазової діаграми стану, методів вирощування кристалів та дослідження природи точкових дефектів у цинк телуриді.

1. Фізико–хімічні властивості та область гомогенності цинк телуриду

1.1. Фазова рівновага в системі Zn-Te

Область існування напівпровідникових cполук AIIBVI часто надзвичайно мала і володіє максимальною шириною при деякій температурі між максимальною точкою плавлення Тт і Т = 0° К. В результаті сполука, виготовлена при високих температурах стандартним методом, звичайно містить невелику кількість другої фази. Присутність цих мікровиділень веде до нестабільності напівпровідникових приладів або невідтворності фізичних властивостей одержуваної сполуки в температурній області, де швидкості виділення — розчинення другої фази стають значними (знищення або виникнення природних точкових дефектів). Очевидно, що як для теоретичних досліджень, так і для практичних застосувань необхідно, щоб властивості сполук, одержаних за певних експериментальних умов, володіли заданими значеннями. Тому виготовлення однофазних сполук представляє значний інтерес.

Це може бути досягнуто наступним шляхом [20]. Припустимо, що кристал сполуки MX приготовлений стандартним методом і що сусідніми твердими фазами на фазовій діаграмі є, наприклад, М і X. Безперервна фаза MX може містити виділення М або X, концентрації яких складають, наприклад, 1 ат.%. Який тип виділень присутній, невідомо. Проте, застосовуючи двічі метод урівноваження при температурі Та, можна видалити дисперсну другу фазу. Спочатку кристал MX врівноважують з порошкоподібною сумішшю MX + М, так щоб видалити виділення X, якщо вони існують. Потім при тій же самій температурі ті ж кристали MX знову врівноважують з порошкоподібною сумішшю MX + X для того, щоб видалити виділення М за умови їх наявності. Якщо рівноважна температура Та нижче, ніж критична температура гарту Тс, то після гарту одержуємо при кімнатній температурі однофазні кристали MX. Ці кристали, проте, непридатні для фізичних вимірювань, оскільки вони метастабільні (склад може лежати поза областю існування при низькій температурі) і під час фізичних вимірювань може відбуватися подальший розпад, який приводить до зміни концентрації природних дефектів в кристалі, а отже, і до зміни фізичних параметрів, пов'язаних з цією концентрацією. У всіх випадках потрібно, щоб кристал по своєму складу знаходився всередині області існування сполуки на Т - х–діаграмі при всіх температурах, при яких він буде використаний для вимірювань або виготовлення приладів. Це досягається декілька більш ускладненим методом урівноваження.

Очевидно, що зважуванням початкових компонентів майже неможливо одержати кристали MX з складом, який лежить усередині області існування, якщо остання надзвичайно мала. В цьому випадку бажаний склад може бути знайдений таким чином [20] (рис. 1.1.). Спочатку при температурі, позначеній кружечками, одержуємо порцію порошку MX з складом, що лежить на межі області його існування із сторони X [МХ(Х)], відпалюючи його спочатку з сумішшю MX + М і потім з сумішшю MX + X. В результаті утворюється порошок МХ(Х), що не містить другої фази. Тим же самим шляхом одержуємо однофазний порошок МХ(М) із сторони, багатої М (метод урівноваження). Потім в суміші цих двох порошків – одного, гранично насиченого X, а іншого з М – відпалюємо при тій же температурі монокристал MX, який був приведений до однофазного стану (метод урівноваження) при цій же температурі. Очевидно, що при рівновазі склади кристала MX і суміші однакові (тобто рівні середньому складу початкової суміші), за умови що була взята достатньо велика кількість суміші. Отже, при відповідному відношенні в порошкоподібній суміші МХ(Х) + МХ(М) кристал MX прийме будь-який бажаний відносний склад усередині своєї області існування, яка б мала вона не була. Це показано на рис. 1.1..