Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
УДК 538.915
ГЛАДКИХ Петр Викторович
МЕССБАУЭРОВСКИЕ U-МИНУС ЦЕНТРЫ ОЛОВА
В СТЕКЛООБРАЗНЫХ ХАЛЬКОГЕНИДАХ ГЕРМАНИЯ
Специальность
01.04.07 Ц физика конденсированного состояния
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Санкт-Петербург
2012
Работа выполнена в Лаборатории физики неупорядоченных полупроводников НИИ Физики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский государственный педагогический университет имени А.И.Герцена.
Научный руководитель | доктор физико-математических наук, профессор Серегин Павел Павлович - профессор кафедры физической электроники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский государственный педагогический университет имени А.И.Герцена |
Официальные оппоненты: | доктор физико-математических наук, профессор Насрединов Фарит Собирович - профессор кафедры экспериментальной физики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет; доктор физико-математических наук Камзин Александр Сергеевич - ведущий научный сотрудник лаборатории физики сегнетоэлектричества и магнетизма Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН |
Ведущая организация: | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет |
Защита состоится л________________ 2012 г. в л____ часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212. 199. 21 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российский государственный педагогический университет имени А.И.Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48, корпус 3, ауд. 52.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский государственный педагогический университет имени А.И.Герцена, 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48, корпус 5.
Автореферат разослан л_________________ 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат физико-математических наук, доцент Н.И. Анисимова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
В настоящее время халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) привлекают внимание разнообразием своих физико-химических свойств. Разработка технологии получения халькогенидных стекол привела к созданию на их основе новых материалов, используемых в различных областях техники (в частности, халькогенидные стекла широко используются в качестве основы при изготовлении акустооптических приборов, переключателей и ячеек памяти ЭВМ).
Уникальной особенностью ХСП является отсутствие для них примесной проводимости. Для описания поведения примесных атомов в халькогенидных стеклообразных полупроводниках широко используются представления о существовании в структурной сетке стекла двухэлектронных центров с отрицательной корреляционной энергией (U-минус центров или U- центров). Идеология U- центров была предложена Андерсоном [1] для объяснения электрических, термических и магнитных свойств аморфных материалов.
Анализ литературных данных показывает, что наиболее перспективным методом идентификации U- центров в полупроводниках (т.е. определение зарядовых состояний центров, симметрии их локального окружения, природы электрической активности) является мессбауэровская спектроскопия [2]. Мессбауэровский U- центр - это двухэлектронный центр с отрицательной корреляционной энергией, образованный мессбауэровским изотопом.
Тем не менее, несмотря на эффективность теории U- центров для объяснения электрооптических свойств ХСП и несмотря на большое число опубликованных исследований U- центров методом мессбауэровской спектроскопии, остается нерешенной проблема принципиального плана: методом мессбауэровской спектроскопии такие центры непосредственно в узлах структурной сетки стеклообразных халькогенидов германия обнаружены не были. Существует еще одна проблема - насколько природа примесных центров олова в халькогенидных стеклообразных полупроводниках зависит от места локализации примесного атома.
В этом отношении особый интерес представляют исследования состояния примесных атомов олова в халькогенидных стеклообразных полупроводниках методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопах 119mmSn(119mSn), 119Sb(119mSn) и 119mTe(129mSn) - в зависимости от химической природы материнского атома (олово, сурьма, теллур) оказывается возможным введение дочернего атома (олова) в различные узлы структурной сетки стекла, а экспериментальное обнаружение зависимости заселенностей зарядовых состояний олова от количественного состава стекол позволяет определить природу электрической активности примесных атомов [2].
Двухэлектронный центр с отрицательной корреляционной энергией представляет собой точечный дефект, образующий в запрещенной зоне полупроводника две полосы локализованных состояний, причем величина корреляционной энергии U = E2 - E1а для него U < 0 (где E1 и E2 Чпервая и вторая энергии ионизации центра)].
U- центры могут существовать в трех зарядовых состояниях: для донорных центров это D2+, D+ и Do, а для амфотерных центров - A+, A, A-, и они соответствуют наличию 0, 1 и 2 электронов на центре соответственно. Естественно, промежуточное зарядовое состояние таких центров неустойчиво и для него реализуется реакция: 2D+ Do + D2+ или 2Ao A- + A+.
Настоящая диссертационная работа посвящена идентификации методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопе 119Sn [119mmSn(119mSn), 119Sb(119mSn) и 119mTe(119mSn)] примесных состояний олова в классических представителях халькогенидных стеклообразных полупроводников - стеклообразных сульфидах и селенидах германия (GeS2, Ge2S3, GeSe2, Ge2Se3). Предполагалось, что использование эмиссионного варианта мессбауэровской спектроскопии позволит стабилизировать центры олова в различных узлах структурной сетки стекла и определить характер (донорный, акцепторный) электрической активности этих центров. Особое внимание уделялось возможности идентификации U- центров олова в узлах структурной сетки стекол.
Принципиально важным в таких исследованиях является обнаружение зависимости заселенностей двух зарядовых состояний примесных атомов олова от количественного состава стекол. Халькогенидные стеклообразные полупроводники принадлежат к классу соединений переменного состава: в стеклообразном состоянии можно получать однородные материалы в широкой области составов, однако отсутствие дальнего порядка в структурной сетке стекол не позволяет в качестве метода контроля за химическим составом использовать рентгенофазовый анализ. Все это стимулирует развитие новых методов определения количественного состава халькогенидных стекол. Одним из таких методов является метод рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). В научной литературе к началу нашего исследования была известна единственная работа по использованию этого метода для определения состава халькогенидных стекол. Поэтому оказалось необходимым разработать методологию РФА, пригодную для решения конкретной задачи определения количественного состава стекол GexS1-x и GexSe1-x.
Цель работы:
Методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопах 119mmSn(119mSn), 119Sb(119mSn) и 119mTe(119mSn) идентифицировать U- центры олова (определить их валентное и координационное состояния) в узлах структурной сетки стекол GexS1-x и GexSe1-x.
Для достижения поставленных целей было необходимо решить следующие задачи:
- разработать методологию РФА, рациональную для определения количественного состава стеклообразных халькогенидных полупроводников;
- реализовать эту методику для определения количественного состава стеклообразных халькогенидов германия;
- разработать методологию эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопах 119mmSn(119mSn), 119Sb(119mSn) и 119mTe(119mSn) для идентификации двухэлектронных центров с отрицательной корреляционной;
- реализовать эту методику для определения валентного и координационного состояний атомов олова в стеклообразных халькогенидах германия.
Положения, выносимые на защиту:
1. Атомы олова, образующиеся после радиоактивного распада материнских атомов 119mmSn в узлах германия структурной сетке стеклообразных халькогенидов германия, являются амфотерными U- центрами [1,3].
2. Атомы олова, образующиеся после радиоактивного распада материнских атомов 119Sb в собственных узлах структурной сетки стеклообразных халькогенидов германия, являются амфотерными U- центрами [1,2,3].
3. Атомы олова, образующиеся после радиоактивного распада материнских атомов 119mTe в узлах халькогенов неупорядоченной структурной сетке стеклообразных халькогенидов германия, образуют электрически неактивные примесные центры [3].
В результате выполненных исследований решена научная задача, имеющая существенное значение для физики конденсированного состояния - впервые идентифицированы состояния двухэлектронных примесных атомов с отрицательной корреляционной энергией, образующихся в результате ядерных превращений в узлах германия структурной сетки стеклообразных халькогенидов германия.
Научная новизна:
- Методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии показано, что для определения количественного содержания атомов в стеклообразных сплавах GexS1-x и GexSe1-x может быть использован метод стандарта; максимальная погрешность в определении х для стекол GexS1-x и GexSe1-x по калибровочным соотношениям не превышает 0.5 ат%).
- Методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопе 119mmSn(119mSn) показано, что атомы 119mmSn в структуре стеклообразных GexS1-x и GexSe1-x замещают атомы германия, так что образующиеся после радиоактивного превращения 119mmSn дочерние атомы олова стабилизируются в виде центров и в узлах германия и имеют в своем ближайшем окружении только атомы халькогенов (здесь верхний индекс указывает валентное состояние центра, а нижний - его координационное число); заселенности состояний и зависит от состава стекла, а отсутствие в стеклах центров Sn3+ объясняется образованием примесными атомами олова амфотерных U- центров (состояния и отвечают однократно ионизованным донорам и акцепторам соответственно).
- Методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопе 119Sb(119mSn) показано, что материнские атомы 119Sb в структуре стеклообразных GexS1-x и GexSe1-x образуют собственные структурные единицы; дочерние атомы 119mSn, образующиеся после радиоактивного распада 119Sb и имеющие в своем локальном окружении только атомы халькогенов, образуют центры и , заселенности которых зависят от состава стекла; отсутствие в стеклах Sn3+ объясняется тем, что олово играет роль амфотерного U- центра (состояние является однократно ионизованным акцептором, а состояние - однократно ионизованным донором).
- Методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопе 119mTe(119mSn) показано, что материнские атомы 119mTe входят в структуру стеклообразных халькогенидов германия в узлы халькогенов и большая часть атомов 119mSn, образующихся после радиоактивного распада 119mTe, находится в узлах халькогенов и электрически неактивна; значительная энергия отдачи дочерних атомов приводит к стабилизации части дочерних атомов олова в структурной сетке германия с образованием амфотерных U- центров.
- Методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопах 119mmSn(119mSn), 119Sb(119mSn) и 119mTe(119mSn) показано, что природа электрической активности примесных атомов олова в стеклообразных халькогенидах германия (GexS1-x, GexSe1-x) зависит от места локализации примесных атомов в структурной сетке стекла: атомы олова в узлах германия (или сурьмы) образуют амфотерные U- центры; атомы олова в узлах халькогена образуют полуметаллические химические связи с атомами германия и не проявляет себя в электронных процессах.
- Разработана модель двухэлектронных центров олова в стеклообразных халькогенидах германия и показано, что согласие экспериментальных и расчетных параметров мессбауэровских спектров 119Sn реализуется только для модели с отрицательной корреляционной энергией.
Теоретическая значимость работы
Идентификации двухэлектронных центров олова с отрицательной корреляционной энергией, локализованных в узлах германия структурной сетки стеклообразных халькогенидов германия, является одним из доказательств допустимости привлечения представлений о существовании в халькогенидных стеклообразных полупроводниках U- центров для объяснения их электрических и оптических свойств.
Практическая значимость работы и использование полученных результатов
Полученные результаты по определению количественного состава стеклообразных халькогенидов германия методом рентгенофлуоресцентного анализа используются при разработке технологии получения халькогенидных стекол на основе селенидов германия. Результаты проведенных исследований по идентификации U- центров олова в стеклообразных халькогенидах германия используются в учебном процессе при подготовке магистров наук по направлению УФизика конденсированного состоянияФ в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследования обеспечиваются применением современных экспериментальных методик исследования, позволяющих определять количественный состав стекол (рентгенофлуоресцентный анализ) и состояние примесных атомов в них (мессбауэровская спектроскопия); воспроизводимостью результатов измерений; количественным сопоставлением собственных результатов исследования с литературными данными; использованием современных программ математической обработки экспериментальных данных; интерпретацией всего комплекса экспериментальных данных в рамках современных теорий физики стеклообразных полупроводников.
Апробация работы
Результаты исследований опубликованы в 3 статьях в реферируемых журналах из списка ВАК, в 5 докладах международных конференций, в том числе докладывались на конференции поафизике иаастрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга иасеверо-запада (СПб, 2010), VII Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники (СПб., 2010), XII Международной конференции Физика диэлектриков-2011 (СПб., 2011).
ичное участие соискателя в получении результатов, рассмотренных в диссертационной работе заключается в обосновании целей и выборе объектов исследования, синтезе стеклообразных материалов и мессбауэровских источников на их основе, в получении основных экспериментальных данных методами РФА и мессбауэровской спектроскопии, обобщении и анализе всего комплекса полученных результатов. Содержание основных положений, выносимых на защиту, раскрыты в публикациях автора [1-8] (из них 3 публикации в журналах из списка ВАК).
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав и раздела Основные результаты. Диссертация изложена на 145 страницах машинопечатного текста, включая 31 рисунок, 11 таблиц и 211 наименований библиографии.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлены цель работы, научная новизна, практическая и теоретическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту.
Первая глава Примесные центры в халькогенидных стеклообразных полупроводниках (литературный обзор) посвящена рассмотрению литературных данных по физико-химическим свойствам и структуре стеклообразных халькогенидов германия и мышьяка, электронным явлениям переноса в аморфных полупроводниках, а также результатов исследования халькогенидных стекол методом мессбауэровской спектроскопии.
Вторая глава лРентгенофлуоресцентный анализ стеклообразных халькогенидов германия посвящена описанию экспериментальных результатов по определению количественного состава стеклообразных сплавов систем GexS1-x и GexSe1-x, являющихся объектами наших исследований. Результаты исследований опубликованы в работах [2, 6, 8].
Стекла GexS1-x (Ge0.4S0.6, Ge0.357S0.643, Ge0.333S0.667) и GexSe1-x (Ge0.1Se0.9, Ge0.2Se0.8, Ge0.333Se0.667, Ge0.4Se0.6) синтезировались из элементарных веществ в вакуумированных до 10-3 мм рт. ст. тонкостенных кварцевых ампулах при 950С с последующей закалкой расплава (~ 5 г) в воду. Закалка расплава проводилась на воздухе. Составы образцов приведены по составу исходной шихты, определенной с погрешностью 0.5 ат.%. Критериями стеклообразного состояния служили раковистый излом, отсутствие линий на дебаеграммах, отсутствие включений и неоднородностей при просмотре полированных поверхностей в металлмикроскопе МИМ-7 и инфракрасном микроскопе МИК-1. Стеклообразные сплавы не подвергались шлифованию и полированию перед измерением рентгенофлуоресцентных спектров.
Для определения концентраций германия, селена и серы в сплавах GexS1-x и GexSe1-x использовалcя метод стандарта: измерялись рентгено- флуоресцентные спектры стандартов (Ge0.3333S0.6667 и Ge0.4Se0.6), для них определялись площади под K1,2-линиями германия, селена и серы, определялись атомные доли германия и строились калибровочные зависимости, которые аппроксимировались полиномами второй степени (рис. 1 и 2) - эти полиномы и их графики служат градуировочными соотношениями для определения состава мишеней по полученному из спектров значению хРФА. Для демонстрации эффективности использованной методики на рис. 1 и 2 нанесены значения х и хРФА для стекол GexS1-x и GexSe1-x. Видно, что экспериментальные данные хорошо укладываются на градуировочные соотношения между величинами x и хРФА, а некоторый разброс данных объясняется большей погрешностью в определении x по составу исходной шихты (не лучше, чем 0.5 ат. %) по сравнению с погрешностью в определении хРФА для фиксированной точки (не хуже, чем 0.02 ат. %). Максимальная погрешность в определении х по калибровочным соотношениям не превышает 0.5 ат. %.
В третьей главе лЭмиссионная мессбауэровская спектроскопия на изотопе 119Sn стеклообразных халькогенидов германия рассматриваются данные по двухэлектронным центрам олова с отрицательной корреляционной энергией в стеклообразных халькогенидах германия методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии на изотопах 119mmSn(119mSn), Sb(119mSn) и 119mTe(119mSn). Результаты исследований опубликованы в работах [1, 3, 4, 5, 7, 8].
Мессбауэровские источники 119mmSn, 119Sb и 119mTe готовили путем cплавления готовых образцов с металлическим оловом, меченым изотопом 119mmSn, безносительными препаратами 119Sb, 119mTe, так что оценочная концентрация примесных атомов олова, сурьмы и теллура не превышала 1017 см-3. Рентгенофазовый анализ не понказал в стеклообразных образцах присутствия кристаллической фазы. Состав стекол контролировался методом рентгенофлуоресцентного анализа. Изотопы 119mmSn, 119mTe и 119Sb получали по реакциям 118Sn(n, )119mmSn, 116Sn(, n)119mTe и 119Sn(p, n)119Sb. Безносительные изотопы 119Sb и 119mTe выделяли методом анионного обмена.
Мессбауэровские исследования на изотопе 119mmSn(119mSn)
Эмиссионные мессбауэровские спектры 119mmSn(119mSn) стекол, обогащенных халькогеном, представляют собой уширенные линии (см. рис. 3 и 4), причем параметры спектров стекол типичны для спектров соединений четырехвалентного шестикоординированного олова , имеющего в локальном окружении только атомы халькогена. Эмиссионные мессбауэровские спектры 119mmSn(119mSn) стекол, обедненных халькогеном, представляют собой наложение спектра и квадрупольного дублета, отвечающего двухвалентному олову, параметры которого типичны для спектров соединений двухвалентного трехкоординированного олова , имеющего в локальном окружении только атомы халькогена. Наконец, эмиссионные мессбауэровские спектры 119mmSn(119mSn) стекол, содержащие свинец, представляют собой квадрупольные дублеты, отвечающие только центрам .
Рис. 1. Рис. 2.
Рис. 1. Зависимость хРФА = f (x) для стекол GexS1-х. Точками показаны значение x и хРФА, использованные для построения калибровочной зависимости (она проведена сплошной линией). Квадратными символами показаны значения x и хРФА для бинарных составов GexSe1-х
Рис. 2. Зависимость хРФА = f (x) для стекол GexSe1-х. Точками показаны значение x и хРФА, использованные для построения калибровочной зависимости (она проведена сплошной линией). Квадратными символами показаны значения x и хРФА для бинарных составов GexSe1-х
В мессбауэровских спектрах стекол не отмечалось появления трехвалентного олова. Такое поведение примесных атомов олова объясняется тем, что олово в структуре стекол изовалентно замещают атомы германия и образует U- центры амфотерного типа: состояние отвечает ионизованному донорному центру олова, а состояние - ионизованному акцепторному центру олова, тогда как состояние нейтрального центра Sn3+ оказывается нестабильным. Влияние состава стекол на соотношение концентраций центров и объясняется в рамках модели, согласно которой избыточные атомы халькогена в структуре стекол GexS1-x и GexSe1-x порождают мелкие акцепторы, а атомы свинца являются мелкими донорами. Тогда увеличение концентрации халькогена должно приводить к увеличению доли ионизованных донорных центров олова , а введение свинца в состав стекла - к стабилизации олова в состоянии .
Рис. 3. Рис. 4.
Рис. 3. Эмиссионные мессбауэровские спектры 119mmSn(119mSn) стекол Ge0.328Sn0.002S0.670, Ge0.398Sn0002S0.600 и Ge0.283Sn.0.002Pb0.150S0.565
Рис. 4. Эмиссионные мессбауэровские спектры 119mmSn(119mSn) стекол Ge0.328Sn0.002Se0.670, Ge0.398Sn0002Se0.600 и Ge0.283Sn.0.002Pb0.150Se0.565
Мессбауэровские исследования на изотопе 119Sb(119mSn)
Мессбауэровские спектры 119Sb(119mSn) стекол GexS1-x и GexSe1-x представляют собой наложение уширенной линии, параметры которой отвечают , и квадрупольного дублета, параметры которого отвечают . Соотношение интенсивностей линий двух- и четырехвалентного олова зависит как от состава стекла (рис. 4), так и от режима закалки расплава (рис. 5).
При интерпретации мессбауэровских спектров 119Sb в стеклообразных халькогенидах германия предполагалось, что атомы трехвалентной сурьмы образуют в структуре стекол собственные структурные единицы, аналогичные таковым для атомов сурьмы в стеклообразных халькогенидах мышьяка. После радиоактивного распада атомов сурьмы образуются центры Sn3+ , и поскольку трехвалентное состояние не характерно для соединений олова, то протекает процесс диспропорционирования 2Sn3+ Sn2+ + Sn4+, который проявляется в мессбауэровских спектрах GexS1-x:119Sb и GexSe1-x:119Sb в виде линий, отвечающих состояниям и . Это уравнение описывает поведение двухэлектронных центров с отрицательной корреляционной энергией, причем состояние в мессбауэровских спектрах GexS1-x:119Sb и GexSe1-x:119Sb отвечает однократно ионизованному акцептору, состояние отвечает однократно ионизованному донору, а неустойчивые состояния Sn3+ представляют собой нейтральное состояние амфотерного двухэлектронного центра олова с отрицательной корреляционной энергией.
Рис. 5. Рис. 6.
Рис. 5. Мессбауэровские спектры Ge0.4S0.6:119Sb, Ge0.33332S0.6667:119Sb, Ge0.4Se0.6:119Sb и Ge0.33332Se0.6667:119Sb
Рис. 6. Мессбауэровские спектры Ge0.4S0.6:119Sb. Стекла получены в различных режима закалки расплава
Объяснение влияния состава стекол на соотношение концентраций центров и может быть получено в рамках модели, согласно которой избыточные атомы халькогена в структуре стекол порождают мелкие акцепторные центры. Именно это и приводит к изменению заселенностей состояний олова при изменении состава. Влияние температуры расплава на заселенности состояний олова объясняется тем, что повышение температуры расплава и увеличение скорости закалки приводит к увеличению концентрации точечных дефектов стекла (типа оборванных химических связей) и, как результат, увеличению заселенности состояния.
Мессбауэровские исследования на изотопе 119mТе(119mSn)
Типичные спектры 119mTe(119mSn) стеклообразных халькогенидов германия приведены на рис. 7. Спектры представляют собой наложение двух уширенных линий. Более интенсивная линия (площадь под которой составляет ~ 80 % от площади всего спектра) имеет параметры, близкие к параметрам спектров интерметаллических соединений олова. Этот спектр следует приписать центрам олова Sn0, образовавшимся после распада материнских атомов 119mTe, находящихся в узлах халькогенов в стеклах. Параметры этой линии не зависят от состава стекла и, следовательно, спектр отвечает электрически неактивным примесным атомам олова.
Рис. 7. Мессбауэровские спектры Ge0.4S0.6:119mTe, Ge0.33332S0.6667:119mTe, Ge0.4Se0.6:119mTe и Ge0.33332Se0.6667:119mTe
Для объяснения появления в мессбауэровских спектрах стекол GexS1-x:119mTe и GexSe1-x:119mTe менее интенсивной линии следует иметь в виду, что образованию мессбауэровского уровня 119mSn после распада 119mTe предшествует двойной электронный захват, причем максимальная энергия отдачи испускания нейтрино для дочернего зонда составляет ~ 24 эВ. Это приводит к появлению состояний, отвечающих атомам олова, смещенным из узлов халькогена. Таким образом, менее интенсивная линия, имеющая изомерный сдвиг, зависящий от химической природы халькогена, отвечает центрам , сместившимся за счет энергии отдачи из структурной сетки, образованной атомами халькогена.
Модель двухэлектронного центра олова в стеклообразных халькогенидах германия.
Используя литературные данные по стабилизации уровня Ферми в халькогенидных стеклах и результаты собственных мессбауэровских исследований, построена модель плотности состояний и модель мессбауэровских спектров для центров олова с отрицательной корреляционной энергией в стеклообразных халькогенидах германия. Сравнение этих моделей с экспериментальными мессбауэровскими спектрами показывает, что только модель с отрицательной корреляционной энергией описывает все особенности поведения как мессбауэровских спектров.
Основные результаты
1. Для определения количественного содержания германия, серы и селена в стеклообразных сплавах GexS1-x и GexSe1-x методом рентгенофлуоресцентного анализа реализован метод стандарта: указанная методика позволяет определить количественный состав стекол GexS1-x и GexSe1-x с максимальной погрешностью в определении х по калибровочным соотношениям 0.5 ат%.
2. Примесные атомы 119mmSn в структуре стеклообразных халькогенидов германия GexS1-x и GexSe1-x:
- замещают атомы германия в структурной сетке стекла;
- валентное и координационное состояние дочерних атомов олова, образующихся после радиоактивного распада 119mmSn в стеклах GexS1-х и GexSe1-х , зависит от содержания халькогена в составе стекла, а отсутствие в стеклах трехвалентного олова объясняется тем, что олово в структуре стекол образует U- центры амфотерного типа: состояние отвечает ионизованному донорному центру олова, а состояние - ионизованному акцепторному центру олова.
3. Примесные атомы 119Sb в структуре стеклообразных халькогенидов германия:
- образуют собственные структурные единиц;
- дочерние атомы олова, образующиеся после радиоактивного распада атомов 119Sb в структуре стекол образуют центры и , заселенности которых зависят от состава стекла и от режима закалки, а отсутствие в стеклах Sn3+ указывает на то, что олово играет роль амфотерного U центра, причем состояние является однократно ионизованным акцептором, а состояние - однократно ионизованным донором.
4. Примесные атомы 119mTe в структуре стеклообразных халькогенидов германия:
- стабилизируются в узлах халькогенов;
- большая часть (~ 80%) дочерних атомов олова, образующихся после радиоактивного распада материнских атомов 119mTe в стеклах GexS1-x и GexSe1-x, находится в узлах халькогенов, имеют в своем локальном окружении атомы мышьяка, и они электрически неактивны;
- значительная величина энергии отдачи дочерних атомов в случае распада 119mTe приводит к появлению смещенных атомов олова, стабилизированных в узлах германия и образующих центры .
5. Таким образом, продемонстрировано, что природа электрической активности примесных атомов олова в стеклообразных халькогенидах германия зависит от места локализации примесных атомов в структурной сетке стекла
6. Предложена модель двухэлектронных центров олова в стеклообразных халькогенидах германия и продемонстрировано, что согласие экспериментальных и расчетных параметров мессбауэровских спектров возможно только для случая моделей с отрицательной корреляционной энергией.
Цитируемая литература:
[1] Anderson P.W. Model for electronic structure of amorphous semiconductors. Physical Review Letters. 1975. V. 34, no. 15, p. 953.
[2] Серегин П.П., Бордовский Г.А., Марченко А.В. Мессбауэровские U-минус центры в полупроводниках и сверхпроводниках. Идентификация, свойства и применение. LAP. Lambert Academic Publishing.Berlin. 2011.
Публикации по теме диссертационной работы
Статьи в реферируемых журналах
[1] Г.А. Бордовский, П.В. Гладких, М.Ю. Кожокарь, А.В. Марченко, П.П. Серегин, Е.И. Теруков. Двухэлектронные центры олова, образующиеся в стеклообразных халькогенидах мышьяка в результате ядерных превращении // Физика и техника полупроводников. 2010. т.44. Вып.8. с.1012-1016 (0.30 п.л./0.15 п.л.).
[2] Г.А. Бордовский, П.В. Гладких, И.В. Еремин, А.В. Марченко, П.П. Серегин, Н.Н. Смирнова, Е.И. Теруков. Рентгенофлуоресцентный анализ халькогенидных стекол As-Ge-Se // Письма в Журнал технической физики. 2011. т. 37. Вып.6. с.15-20 (0.30 п.л./0.15 п.л.).
[3] Г.А. Бордовский, П.В. Гладких, М.Ю. Кожокарь, А.В. Марченко, П.П. Серегин, Е.И. Теруков. Примесные центры олова в стеклообразных халькогенидах германия // Физика и техника полупроводников. 2011. т.45. Вып.10. с. 1399-1404 (0.30 п.л./0.15 п.л.).
Материалы докладов на конференциях
[4] П.В. Гладких. Антиструктурные дефекты в стеклообразных и кристаллических халькогенидных полупроводниках // Труды конференции поафизике иаастрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга иасеверо-запада. Санкт-Петербург. 2010аг. с. 121-122 (0.15 п.л./0.10 п.л.).
[5] Г.А. Бордовский, П.В. Гладких, М.Ю. Кожокарь, А.В. Марченко, П.П. Серегин. Антиструктурные дефекты в стеклообразных и кристаллических халькогенидных полупроводниках // Труды VII Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники. СПб. 2010. с.95-96(0.15 п.л./0.10 п.л.).
[6] Г.А. Бордовский, П.В. Гладких, И.А. Дземидко, М.Ю Кожокарь, А.В. Марченко, А.В. Николаева, Т.Ю. Рабчанова, А.В. Погудина, П.П. Серегин, Е.И. Теруков. Определение состава бинарных халькогенидных стекол методом рентгенофлуоресцентного анализа // Труды VII Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники. СПб. 2010. с.59-60 (0.15 п.л./0.10 п.л.).
[7] П.В. Гладких, И.А. Дземидко, М.Ю. Кожокарь, А.В. Марченко. физико-химические свойства халькогенидных стекол (As2Se3)1-z(SnSe 2)z-x(GeSe 2)x и (As2Se3)1-z(SnSe)z-x(GeSe)x // Труды VII Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники. СПб. 2010. с. 97-98 (0.15 п.л./0.10 п.л.).
[8] Г.А. Бордовский, А.В. Марченко, П.В. Гладких, И.А. Дземидко. Определение состава халькогенидных стекол Asx(GeySe1-y)1-x методом рентгенофлуоресцентного анализа // Труды XII Международной конференции Физика диэлектриков (Диэлектрики-2011). СПб. 2011. с.32-34 (0.20 п.л./0.10 п.л.).
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике