Таблиця 1.1

Максимальна нестехіометрія Zn в ZnTe

Т(°С) | Р (мм рт.ст.) | (ат% Те)

553 | 4,2 | 50,00444

568 | 5,8 | 50,00439

590 | 8,9 | 50,00457

646 | 24,2 | 50,00474

686 | 46,2 | 50,00460

689 | 48,5 | 50,00455

725 | 82,4 | 50,00451

746 | 110,4 | 50,00461

777 | 168,1 | 50,00462

778 | 169,6 | 50,00472

818 | 278,8 | 50,00509

844 | 378,5 | 50,00506

79 | 556,5 | 50,00507

880 | 559,7 | 50,00512

Незалежна перевірка результатів нестехіометрії була зроблена „методом перетину" [28]. В цій процедурі склад тіла визначено незалежно від складу пари в точці перетину двох різних кривих тиску пари в межах області рівноваги тверде тіло–пара. У VS рівновазі були отримані чотири точки перетину. Дві з них, з кристалічним складом ХS = 50,00471 ат. % Те при Т = 690 °С і ХS = 50,00468 ат. % Те при Т = 789 °С, були близькими до фазового переходу VLS VS, який відповідає максимальній нестехіо- метрії Zn. Дані цих кристалічних складів в межах від до ат. % посилаються на табл.1.1. для 689 і 778°С. Високотемпературна точка перетину VS – рівноваги при 914°С відповідала ХS = 50,00587 ат. %. Те, що добре узгоджується з ХS = 50,00578 ат. %. Те, отриманим з індивідуального вимірювання тиску пари. Ці результати, як і статистичний аналіз впливу похибок експерименту на ХS, показали, що достовірний інтервал значень ХS, представлений в табл.1.1. – в межах ат. %.

Діаграма стану системи Zn–Te представлена на рис. 1.4. У системі є одна сполука ZnTe, яка плавиться конгруентно при 12390С і утворює вироджені евтектики зі своїми компонентами. Температура плавлення ZnTe становить 1300 ± 100С.

За результатами роботи крива ліквідуса має гострий максимум поблизу температури плавлення (12950С), який подібний до системи Cd–Te.

Рис.1.4. Діаграма стану системи Zn–Te

На основі даних робіт про залежність концентрації вакансій цинку від парціального тиску парів цинку, в роботі [43] висловлено припущення про наявність в системі Zn–Te одностороннього відхилення в області однорідності сполуки ZnTe від стехіометричного складу убік зменшення телуру. Величина цього відхилення дуже мала і складає ~1018 атом/см3. Ці дані добре співпадають з результатами електричних вимірювань, оскільки ZnTe завжди має р–тип провідність.

1.2. Кристалічна структура

Цинк телурид існує у двох поліморфних модифікаціях: низькотемпературна кубічна типу сфалериту і високотемпературна гексагональна типу в’юрциту (таблиця 1.2). У ZnTe може також утворюватися ромбоедрична модифікація, як перехідна між структурами сфалериту і в’юрциту [1].

Таблиця 1.2

Конфігурація валентних електронів атомів, радіуси атомів та порожнин сфалеритної структури ZnTe

Елемент | Електронна конфігурація | Іонні радіуси,

rк, нм | Ковалентні радіуси,

rк, нм | Радіуси тетрапорожнин | Радіуси октапорожнин

rтк(min) – rтк(max), нм

rті(min) – rті(max), нм | roк(min) – roк(max), нм

roі(min) – roі(max), нм

Zn | 3d104s2 | 0,715(2+) | 0,125 | 0,0281 – 0,0625

0,1609 – 0,3575 | 0,0512 – 0,0915

0,2960 – 0,5234

O | 2s22p4 | 1,358(2-) | 0,073 | 0,0164 – 0,0365

0,3055 – 0,679 | 0,0302 – 0,0534

0,5622 – 0,9941

Te | 3s23p4 | 1,781(2-) | 0,102 | 0,0229 – 0,0510

0,4007 – 0,8905 | 0,0422 – 0,0747

0,7373 – 1,3037

rт(min) ,225R; rт(max) ,5R; ro(min) ,414R; ro(max) ,732R; R(rк,, rі)

ZnTe кристалізується таким чином, що кожен атом розміщений в центрі правильного тетраедра, в чотирьох вершинах якого знаходяться атоми іншого елемента. З таких тетраедрів можливе утворення двох типів структур: сфалериту (кубічна) і в’юрциту (гексагональна) (рис.1.5, 1.6).

а) б)

Рис. .5. Тетраедричні порожнини (ТП) в структурах сфалериту (а) і в’юрциту (б).

У структурі сфалериту атоми одного елемента розташовані у вершинах гранецентрованої кубічної гратки, атоми іншого елемента займають центри чотирьох (з восьми) малих кубів (рис. 1.7). Просторова група F43m (). Координаційне число для атомів обох елементів однакове і рівне чотирьом. Просторова група в’юрциту – P63mc(). Координаційне число для атомів обох елементів рівне також чотирьом.

а) б)

Рис.1.6. Октаедричні порожнини (ОП) для структур сфалериту (а) і в’юрциту (б).

Із кристалічної будови цих структур відомо, що вони характеризуються тетраедричним оточенням атомів двох видів і тетраедричними (ТП) та октаедричними (ОП) порожнинами, яким належить ј всього простору упаковки атомів. На рис.1.5(а, б) і 1.6 (а, б) представлено розміщення ТП і ОП в елементарній комірці структур сфалериту і в’юрциту. На одну комірку сфалериту припадає 4 ОП і 8 ТП; в’юрциту – 6 ОП і 12 ТП. При цьому ТП в обох структурах заповнені на половину, а ОП повністю не заповнені (рис.1.5, 1.6).

а) |

в)

б) |

г)

Рис .7. Кристалографічні схеми точкових дефектів за Шоткі (а, б) і за Френкелем (в,г) для n-Zn (а,в) та p-ZnTe (б,г). – Zn, – Te, – Zni, – Tei ,  – VTe, – VZn

1.3. Фізико–хімічні властивості

Хімічний зв'язок у ZnTe носить змішаний ковалентно-іонний характер. В ZnTe сильніше виражена іонна складова зв’язку (табл. 1.3).

Таблиця 1.3

Основні фізико-хімічні параметри Zn-Te (Т=300 К) [1] |

Тип структури | сфалерит,

вюрцит

Період градки , нм | 6,10

Тип електропровідності | Р

Рухливість електронів, | 0,053

Рухливість дірок, | 0,003

Ширина забороненої зони, еВ | 2,2

Діелектрична стала (оптична) | 7,28

Діелектрична стала (статична) | 10,1

Температура Дебая, К | 250

Теплопровідність, | 0,18

Коефіцієнт лінійного розширення, | 8,3

Стала гратки:

сфалерит

вюрцит |

а=6,104

а=4,27; с=6,99

Густина, | 5,7

Температура плавлення, К | 15632

Теплота утворення,

Вільна енергія утворення,

Ентропія, | S=22,060,30

Теплоємність, | 11,880,10

Приведена ефективна маса:

електронів,

дірок, | 0,2

0,1—0,3

1.3.1. Електричні властивості

Електричні властивості цинк телуриду досліджені в значно більшій степені, ніж властивості цинк сульфіду і селеніду. Ширина забороненої зони, визначена з електричних вимірювань, складає 2,12 еВ, що добре узгоджується з даними оптичних досліджень.

Цинк телурид,