Книги по разным темам Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 12 Электронный обмен между нейтральными и ионизованными центрами германия в PbSe й И.Е. Теруков, Э.С. Хужакулов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Ташкентский областной государственный педагогический институт, 702500 Ангрен, Узбекистан (Получена 12 апреля 2005 г. Принята к печати 25 апреля 2005 г.) 73 Показано, что зарядовое состояние антиструктурного дефекта Ge, образующегося в анионной подрешет73 ке PbSe после радиоактивного превращения As, не зависит от положения уровня Ферми. В противополож73 ность этому центр Ge в катионной подрешетке PbSe представляет собой электрически активную примесь замещения: в электронных образцах спектр отвечает нейтральному состоянию донорного центра (Ge2+), а в дырочных Ч двукратно ионизованному состоянию (Ge4+) этого центра. Для частично компенсированных образцов обнаружен быстрый электронный обмен между нейтральными и ионизованными донорными центрами.

В связи с открытием явления сверхпроводимости в кварцевых ампулах при 700C. В образцах, полученных твердых растворах на основе халькогенидов свинца с сплавлением, концентрация атомов мышьяка составлянеобычайно высокими значениями температуры перехо- ла 1017 см-3, исходные образцы были вырожденныда в сверхпроводящее состояние Tc [1] возник интерес ми либо электронного (n 1018 см-3), либо дырочк проблеме поведения в таких материалах двухэлек- ного (p 1018 см-3) типа. При использовании метода тронных центров с отрицательной корреляционной энер- диффузионного легирования образцы имели исходную гией, поскольку не исключается принципиальная воз- концентрацию дырок p 1018 см-3.

73 можность объяснения аномально высоких значений Tc Мёссбауэровские спектры Ge измерялись на пров рамках модели биэлектронов [2]. Однако двухэлектрон- мышленном спектрометре СМ-2201 при температуные центры с отрицательной корреляционной энергией рах 80 и 295 K. Поскольку невозможно в одном экспене были идентифицированы в халькогенидах свинца риментальном спектре Ge зарегистрировать зарядовые прямыми экспериментальными методами и исключение состояния Ge0, Ge2+ и Ge4+, спектры снимались с составляют лишь примесные атомы олова, для которых использованием поглотителей либо в виде монокристалметодом эмиссионной мёссбауэровской спектроскопии лической пленки германия (регистрировались спектры, на изотопе Sn такие центры в PbS и PbSe были отвечающие центрам Ge0), либо в виде пленки мелидентифицированы [3].

кокристаллического GeSe (регистрировались спектры, В данной работе эмиссионный вариант мёссбауэров- отвечающие центрам Ge2+), либо в виде пленки мелской спектроскопии на изотопе As(73Ge) используется кокристаллического GeSe2 (регистрировались спектры, для наблюдения электрической активности примеси за- отвечающие центрам Ge4+). Поверхностная плотность мещения германия в PbSe и для наблюдения процесса по изотопу Ge всех поглотителей была 10 мг/см2, электронного обмена между нейтральными ионизован- а обогащение по изотопу Ge было 90%. Типичные ными состояниями донорного центра германия. спектры источника PbSe : As, приготовленного метоРадиоактивный изотоп As получали по реак- дом диффузионного легирования, при 80 и 295 K приведены на рисунке, а положения центров тяжести всех ции Ge(p,2n)73As, а для выделения безносительного препарата As облученную протонами пленку герма- экспериментальных спектров сведены в таблице.

74 ния, содержащую 98% изотопа Ge, после ее вы- Вначале рассмотрим данные для образцов PbSe : As, держки в течение трех месяцев, помещали в эвакуи- приготовленных методом сплавления.

рованную кварцевую ампулу и ее конец, содержащий Спектры электронного образца с поглотителями GeSe мишень, нагревали 5 ч при 900 K в трубчатой печи.

и Ge представляют собой одиночные линии, тогда как После вскрытия ампулы 80% атомов As оказывались спектр с поглотителем GeSe2 отсутствует (см. таблицу).

сорбированными на внутренних стенках кварцевой ампу- Спектр с поглотителем Ge (спектр типа I) имеет центр лы и безносительный препарат As смывали раствором тяжести, типичный для интерметаллических соединений азотной кислоты [4].

германия, и он относится к центрам Ge0 в анионной Были приготовлены мёссбауэровские источники порешетке PbSe. Атомы Ge0 в этом случае образуются 73 PbSe : As как методом сплавления образцов PbSe после радиоактивного распада атомов As, находящихс безносительным препаратом As, так и методом ся в анионной подрешетке PbSe. Спектр с поглотидиффузионного легирования поликристаллических об- телем GeSe (спектр типа II) имеет центр тяжести, разцов PbSe радиоактивным As в вакуумированных типичный для соединений двухвалентного германия, и Электронный обмен между нейтральными и ионизованными центрами германия в PbSe 73 Эмиссионные мёссбауэровские спектры источника p-PbSe : As при 80 K (a, b, c) и 295 K (d, e, f ) с поглотителями GeSe (a, d), 73 Ge (b, e) и GeSe2 (c, f ).

73 он относится к центрам Ge2+ в катионной подре- случае образуются после распада атомов As, находяшетке PbSe (атомы Ge2+ в этом случае образуются щихся в катионной подрешетке PbSe). Центры тяжести после распада атомов As, находящихся в катионной всех спектров лишь незначительно изменяются с темпеподрешетке PbSe). Центры тяжести всех спектров лишь ратурой.

незначительно изменяются с температурой. Примесный центр германия в катионной подрешетСпектры дырочного образца с поглотителями Ge ке PbSe (ему соответствуют спектры типов II и III) и GeSe2 также представляют собой одиночные линии, представляет собой изоэлектронную примесь замещетогда как спектр с поглотителем GeSe отсутствует (см. ния. Тот факт, что зарядовое состояние этого центаблицу). Спектр с поглотителем Ge аналогичен спек- тра зависит от типа проводимости материала, свидетру I и он относится к центрам Ge0 в анионной подре- тельствует о том, что он является двухэлектронным шетке PbS. Спектр с поглотителем GeSe2 (спектр III) донором: в электронных образцах спектр II отвечает имеет центр тяжести, типичный для соединений четы- нейтральному состоянию центра, а в дырочных образрехвалентного германия, и он относится к ионам Ge4+ цах спектр III соответствует двукратно ионизованному в катионной подрешетке PbSe (атомы Ge4+ в этом состоянию центра. Отсутствие спектров для электронПоложение центра тяжести S эмиссионных мёссбауэровских спектров PbSe : As при 80 и 295 K Источник. Тип Примесный S, мкм/с; S, мкм/с;

Поглотитель Рисунок Рисунок Метод синтеза спектра центр 80 K 295 K 73 n-PbSe : As Ge I Ge0 -590 -Сплавление GeSe II Ge2+ -700 -GeSe2 Ge4+ 73 p-PbSe : As Ge I Ge0 -602 -Сплавление GeSe Ge2+ GeSe2 III Ge4+ 23 73 p-PbSe : As Ge I Ge0 -615 b -605 e Диффузия GeSe II Ge2+ -722 a 270 d GeSe2 III Ge4+ 42 c -762 f Погрешности, % 12 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1422 И.Е. Теруков, Э.С. Хужакулов ного образца с поглотилелем GeSe2 и для дырочного Investigation of electron exchange образца с поглотителем GeSe также свидетельствует об between neutral and ionised centers электрической активности атомов германия в катионной of Germanium in PbSe подрешетке PbSe. Примесный центр германия в аниE.I. Terukov, E.S. Khuzhakulov онной подрешетке PbSe (ему соответствует спектр I) представляет собой антиструктурный дефект и, как Ioffe Physicotechnical Institute, следует из независимости изомерного сдвига спектра I Russian Academy of Sciences, от типа проводимости материала, зарядовое состояние 194021 St. Petersburg, Russia антиструктурного дефекта не зависит от положения Tashkent Regional State Pedagogical Institute, уровня Ферми.

702500 Angren, Uzbekistan Теперь рассмотрим данные для образцов PbSe : As, приготовленных методом диффузионного легирования.

Abstract

It has been shown that the charge state of the Ge В условиях проведенного диффузионного отжига изantistructural defect arising in the anion sublattice of PbSe after менялась концентрация селена (т. е. изменялось положе- a radioactive conversion of As does not depend on the Fermi ние уровня Ферми) и время отжига выбиралось таким, level position. By contrast, the Ge center in the cation sublattice чтобы в мёссбауэровских спектрах одновременно приof PbSe acts like an electrically active substitutional impurity: in сутствовали линии, отвечающие двух- и четырехвалентn-type samples the spectrum corresponds to the neutral state of a ному германию, т. е. чтобы уровень Ферми находился в donor center (Ge2+), while in p-type samples it corresponds to a области нахождения уровней германия.

double ionized state of this center (Ge4+). Of importance is the Спектры с поглотителем Ge (спектры типа I) предfact that under partial compensation, a fast electron exchange has ставляют собой одиночные линии (рисунок, b, e) и его been observed between neutral and ionized donor centers.

следует приписать центрам Ge0 в анионной подрешетке PbSe. Центр тяжести спектра I лишь незначительно изменяется с температурой (см. таблицу). Спектры с поглотителями GeSe (спектр II, рисунок, a, d) и GeSe(спектр III, рисунок, c, f ) также представляют собой одиночные линии и их следует приписать электрически активным донорным центрам германия в катионной подрешетке PbSe. Сближение линий, отвечающих 73 состояниям Ge2+ и Ge4+, с ростом температуры свидетельствует о возрастании скорости электронного обмена между нейтральными и ионизованными центрами германия с ростом температуры.

Следует отметить, что аналогичное явление наблюдалось и для случая примесных атомов олова в собственном PbSe [2]. Однако степень сближения линий в мёссбауэровском спектре Sn была значительно большей, нежели это наблюдается для спектра Ge, Ч иными словами, частота электронного обмена для примесных атомов олова с ростом температуры возрастает быстрее, чем для примесных атомов германия.

Список литературы [1] S.A. Nemov, R.V. Parfeniev, D.V. Shamshur, P.P. Konstantinov, M.O. Safonchik, D.I. Popov, J. Stepien-Damm, D. Kaczorowski.

Physica C, 333, 31 (2000).

[2] С.А. Немов, Ю.И. Равич. УФН, 168, 817 (1998).

[3] N.P. Seregin, P.P. Seregin, S.A. Nemov, A.Yu. Yanvareva.

J. Phys.: Condens. Matter, 15, 7591 (2003).

[4] С.И. Бондаревский, В.В. Еремин, Н.П. Серегин. Тр. межд.

конф. ДЭкологические проблемы и пути их решения в XXI веке: образование, наука, техникаУ (СПб., Россия, 2000) с. 82.

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.    Книги по разным темам