Шаруваті кристали рідкоземельних матеріалів
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ні перемішування в значній мірі прискорює процес утворення нових речовин, а при охолодженні сприяє видаленню із розплаву газових включень і утворенню щільних зливків. Це необхідно для того, щоб леткі компоненти селену при температурі, коли тиск його пари не перевищував атмосферного, встигли прореагувати з більшою кількістю або повністю з речовиною, яка залишилась.
Технологічні експерименти показали, що найбільш придатним варіантом для вирощування шаруватих монокристалів GаSе з досконалою "гостьовою" структурою і яскраво вираженою шаруватістю є дещо змінений метод Бріджмена. При цьому, піч забезпечувала необхідний градієнт температури на фронті кристалізації.
В результаті проведених досліджень впливу режимів вирощування на структурну досконалість і властивості монокристалів встановлено, що оптимальними є швидкість росту 1.5 - 2,0 мм/год і температурний градієнт в області кристалізації 10 - 15 град/см. Діаметр вирощуваних зливків при таких режимах складає 14 - 20 мм. Відмітимо, що при відхиленні градієнта температури і швидкості опускання ампули від оптимальних умов, вихід монокристалічного матеріалу зменшується при одночасному погіршенні структурних і електрофізичних параметрів.
Ще одним важливим фактором для вирощування якісних шаруватих матеріалів є стабілізація температури в печі (і особливо на фронті кристалізації), яка підтримувалась за допомогою терморегулюючих пристроїв типу РИФ-101 з точністю 0,5 С. Отримані за даною методикою вирощування шаруваті монокристали GaSe мають яскраво виражену пошарову структуру з, як показують експерименти, підходящою системою "гостьових" позицій.
Для вирощування моноселеніду індію (ІnSе) використовувалась вищеописана технологія з слідуючими змінами:
1. замість галію вихідним компонентом вибирається індій Іn-000;
2. температура плавлення 600 С;
3. градієнт температури 25 - 30 град/см;
4. швидкість опускання ампули 1 мм/год.
Вищеописана технологія дозволяє отримувати монокристали з блискучою природною поверхнею сколу, яка характеризується дуже низьким числом ненасичених звязків, що роблять такі шаруваті кристали практично незамінними для спеціальних пристроїв фотоелектроніки. Завдяки яскраво вираженій пошаровості кристалічної структури, а також невеликому значенню інтегралу міжшарової взаємодії стає можливим механічним сколюванням відділяти плоскопаралельні пластини товщиною ~0,5 мкм.
2. Методика інтеркалювання
Інтеркаляція монокристалів ІnSе та GaSе проводилась електрохімічним методом. Для електрохімічного впровадження водню використовувались досконалі зразки селенідів індію та галію, в яких значення анізотропії електропровідності досягали значень 104 - 106. Інтеркаляція зразків проводилась з допомогою потенціостату П-5827М, як правило, в гальваностатичному режимі методом „тягнучого" електричного поля. В процесі інтеркаляції використовувалась скляна комірка ЯСЕ-2, виконана з хімічно та термічно стійкого скла (див. рисунок2.1). Комірка типу ЯСЕ-2 представляє собою трьохелектродну систему: електрод порівняння (4),робочий (3) та допоміжний (5) електроди.
Рисунок 2.1 - Комірка типу ЯСЕ-2
В якості допоміжного та порівняльного електродів використовувався платиновий провід. До робочого електроду припаювався електричний провід (як правило нікелевий або мідний) від монокристалу (1). Потім зразки InSе та GaSe приводились в контакт з електролітом (2). Через комірку (система робочий електрод - електроліт проти-електрод) електричний струм потрібної величини, було реалізовано процес впровадження водню в між шаровий простір монокристалів. В якості електроліту використовувався 0,1-нормальний водний розчин соляної кислоти. При приготуванні розчину використовувалась бідистильована вода та концентрована соляна кислота класу ХЧ. Розчин електроліту приготовлявся при кімнатній температурі.
Концентрація впровадженого водню визначалась по кількості електрики, яка пройшла через комірку, тобто контрольованими параметрами в процесі інтеркаляції були густина струму (І) та тривалість процесу.
Пропусканням через спеціальну комірку електричного струму необхідної величини було введено водень у шаруватий кристал. Концентрацію введеної домішки визначали за кількістю електрики, що пройшла через комірку, тобто контрольованими параметрами в процесі реакції інтеркаляції були густина електричного струму та тривалість процесу. При вимірюванні спектрів пропускання використовували зразки товщиною 10 - 20 мкм. Використання оптимальних технологічних параметрів процесу інтеркаляції (густина струму не більше 10 мкА/см2) дало змогу одержати однорідні за складом інтеркальовані зразки.
При інтеркаляції монокристалів ІnSе та GаSе іонами водню використовувався “мякий” режим інтеркаляції, при якому напруженість електричного поля та густина електричного струму складали величини Е = 30 -50 В/см та J<2 мА/см відповідно.
Вплив концентрації введених атомів водню на властивості моноселеніду галію вивчали на одній і тій же групі зразків шляхом доінтеркаляції. Інтеркаляція монокристалічних зразків GaSe проводилась методом "тягнучого" електричного поля в гальваностатичному режимі за допомогою потенціостата. Пропусканням через спеціальну комірку електричного струму необхідної величини було введено водень у шаруватий кристал (при катодній поляризації останнього). Концентрацію введеної домішки визначали за кількістю електрики, щ