Введение к работе
Актуальность темы. Соединения типа и твердые рас-
творы на их основе - важные и перспективные полупроводниковые ;'.„1 -материалы для различных областей науки и техники. Наиболее значительная область их применения - изготовление лазеров и детекторов излучения для длинноволновой области спектра /3-30 тал/, причем они являются основными материалами для изготовления лазеров на р-п - переходах и двойных гетероструктурах, которые используются в быстродействующих спектрометрах высокого разрешения для контроля состава атмосферы, в молекулярной спектроскопии, в системах дальней космической связи и т.д. Важное достоинство источников и приемников излучения на основе соединений группы А-^В^ - возможность перестраивания их спектральных характеристик изменением состава, температуры, давления и магнитного поля, что обусловлено зависимостью ширины запрещенной зоны от указанных параметров.
Другая крупная область применения халькогенидов олова, германия и свинца - термоэлектрические устройства, работающие в широком интервале температур. В настоящее время созданы и разрабатываются термогенераторы,использующие солнечное тепло, радиоактивное излучение, тепло ядерных реакторов и газовых горелок. Мощность таких термогенераторов может быть доведена до десятков и сотен киловатт, а коэффициент полезного действия приближается к 10-15%.
Большая практическая значимость данного класса соединений
вызвала значительный интерес к изучению их физических свойств.
Характерной особенностью соединений является существо-
вание у многих из них, в том числе $*. СеТе. , сегнетоэлек-трической неустойчивости. Электронная природа сегнетоэлектри-ческого фазового перехода предполагает его существенное влияние на электропроводность, ширину запрещенной зоны, концентрацию носителей заряда и т.д., что вызывает необходимость исследования структурной неустойчивости этих соединений для обеспечения оптимальных режимов работы полупроводниковых приборов, созданных на их основе.
Эффект Мессбауэра, в силу своей высокой чувствительности к малейшим изменениям кристаллической решетки, являе.тся удобным методом исследования структурных фазовых переходов. Прос-
тая структура изучаемых в настоящей работе, узкозонных полупро-водников-сегнетоэлектриков ^лу.х^ех7ь значительно упрощает интерпретацию экспериментальных данных. Необходимо также отметить то, что резонансные ядра <«- -^ входят в решетку кал естественная компонента, е то время, как в подавляющем большинстве сегнетоэлектриков мессбауэровские исследования проводятся на примесных атомах.
Помимо сведений об электрических и магнитных полях, создаваемых окружением резонансных ядер, мессбауэровская спектроскопия позволяет получать информацию об изменении фононной подсистемы кристалла при сегнетоэлектрическом фазовом переходе. В целом, подобные исследования помогают лучше понять причины и механизмы протекания структурных фазовых переходов в реальных кристаллах.
Целью настоящей работы являлось изучение фазовых переходов в узкозонных полупроводниках-сегнетоэлектриках $п. Се Те для выяснения их влияния на кристаллическую структуру, сверхтонкие взаимодействия ядер 5н. и фононный спектр кристаллов.
Научная новизна работы определяется следующими положениями:. I/ впервые проведены систематические исследования полупроводниковых твердых растворов Ръ^Ье^Гй методом мессбауэров-ско.й спектроскопии в широком диапазоне составов; 2/ показано существование в соединениях с небольшим содержанием германия /Х< 0,15/, помимо сегнетоэлектрического фазового перехода, еще одного структурного фазового перехода при более высокой температуре; 3/ при "высокотемпературном" фазовом переходе в соединениях наблюдалось аномальное поведение изомерного сдвига и к'вадрупольного расщепления, а также температурный "гистерезис" этих мессбауэровских параметров; 4/ обнаружено изменение мессбауэровских спектров со временем при выдерживании образцов с небольшой концентрацией германия в определенной области температур, дана интерпретация этого явления; 5/ показано, что вероятность эффекта Мессбауэра в исследованных соединениях при сегнетоэлектрическом фазовом переходе ведет, себя аномально.
Научная и практическая значимость. Обнаружение нескольких структурных фазовых переходов в узкозонных полупроводниках- сегнетоэлектриках &%- CeJTt может помочь объяснить наличие
ряда аномалий в температурных зависимостях электропроводности,
концентрации носителей заряда, термо э.д.с, ширины запрещен
ной зоны и т.д. в полупроводниках типа А Ег и их твердых рас
творах. Учет существования нескольких фазовых переходов необхо
дим для выбора оптимальных режимов работы полупроводниковых
приборов /ИК-лазеров и детекторов, термогенераторов и т.д./,
создаваемых на основе данных соединений. Множественность фазо
вых переходов'следует-учитывать и.при сравнении теоретических
расчетов развиваемой в настоящее время-микроскопической теории
сегнетоэлектрических фазовых переходов с экспериментальными дан
ными, так как полупроводники типа А 1г и, в частности,твердые
растворы рп^Се^Те являются модельными соединениями для их
проверки. .
Аномальное поведение температурной зависимости вероятности эффекта Мессбауэра указывает на существенное изменение фононного спектра исследованных кристаллов в области сегнетоэлектри-ческого фазового перехода.
Особый интерес представляет наблюдавшееся изменение мес-
сбауэровских спектров при длительном термо.с'татировании образ
цов в определенной области температур, свидетельствующее о су
ществовании метастабильных состояний атомов рп. в изуча
емых соединениях.
Положения, выносимые на защиту.;
I/ определение параметров кристаллической решетки полупроводниковых твердых растворов ^п^бе^Те методом рентгеновской дифрактометрии и результаты исследования зависимостей параметров мессбауэровских спектров от степени замещения;
2/ экспериментальное доказательство существования "высокотемпературного" структурного фазового перехода и его физическая интерпретация;
3/ экспериментальное подтверждение влияния "смягчения" сегнетоактивной моды колебаний на вероятность эффекта Мессбауэра в соединениях pn^_xGexTе . и теоретическое описание аномальной температурной зависимости вероятности эффекта в рамках выбранного приближения;
4/ экспериментальные результаты и физическая интерпретация изменения мессбауэровских спектров исследованных образцов со временем.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на II Совещании по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий /Грозный, 1987/, Совещании по прикладной мессбауэровской спектроскопии /Москва, 1988/, Совещании по применению мессбауэровской спектроскопии в материаловедении /Ижевск, 1989/, XII Европейском совещании по кристаллографии /Москва, 1989/, Всесоюзной конференции по прикладной мессбауэровской спектроскопии /Казань, 1990/, итоговых научных конференциях КГУ /1982-1989 годы/.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Содеркание работы изложено на 124 страницах машинописного текста, включая 26 рисунков и I таблицу. Список литературы включает 123 наименования .
