Электронные явления в экструдированных образцах твердого раствора Bi85Sb15 и его переходных контактах с эвтектическими сплавами Самедов, Фархад Сохраб оглы

Введение к работе

Аістуальность темы. Твердые растворы систем Bi - Sb применяются для создания низкотемпературных термо - и магнитотермоэлектрических, а также фотоэлектрических преобразователей и являются перспективными материалами в этом направлении. Существенным недостатком монокристаллов систем Bi - Sb , обладающих самыми высокими параметрами для электронных преобразователей, является их механическая хрупкость. Исследования последних лет показывают, что этот недостаток можно в значительной мере устранить применением экструдированных образцов твердых растворов систем Bi-Sb.

Эффективность термо- и фотоэлектрических преобразователей, кроме фундаментальных параметров полупроводникового материала, определяется также и физическими свойствами переходных контактов указанных преобразователей. Так как электронные преобразователи на основе систем Bi - Sb особенно эффективны при низких температурах и магнитных полях, выявление закономерностей зависимости электрических свойств переходных контактов твердого раствора систем Bi-Sb с контактными сплавами от температуры и напряженности магнитного поля особенно важно.

Настоящая работа посвящена получению экструдированных образцов твердого раствора BigjSbis , структур твердый раствор BigsSbis - контактный сплав, выявление закономерностей зависимости термоэлектрических и гальваномагнитных свойств кристаллов и электрических свойств переходных контактов от структурных дефектов, возникающих при экструзии, концентрации акцепторных ( РЬ ) и донорных ( Те ) примесей и напряженности маппптюго поля, в различных направлениях относительно оси экструзии в интервале температур от 77 до 300 К.

Целью диссертационной работы является установление закономерностей и механизмов электронных явлений и действия примесей в экструдированных образцах твердого раствора BigjSbis с различными структурными дефектами в параллельном и перпендикулярном направлениях относительно оси экструзии и его переходных контакгов с эвтектическими сплавами, разработка предложений для создания низкотемпературных магнитотермоэлектрических преобразователей с улучшенными параметрами.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

получить экструдированные образцы твердого раствора BissSbu с акцепторными (РЬ ) и донорными ( Те ) примесями и изготовить образцы для исследования;

исследовать электропроводность ( ст ) и коэффициенты термо-э.д.с. ( а ) и Холла ( R_x ) в экструдированных образцах твердого раствора Big₅Sbis , легированных РЬ и Те, не прошедших и прошедших термообработку после экструзии в интервале температур от ~ 77 до 300 К и напряженности магнитного поля до ~ 74x10⁴ А/м;

исследовать зависимости электрических свойств переходных контактов твердого раствора Bi₈₅Sbi₅ с различными эвтектическими сплавами от температуры, термообработки, концентрации примесей РЬ и Те, напряженности магнитного поля;

исследовать адгезионные свойства контактов твердого раствора BigsSbu с различными эвтектическими сплавами.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Установлено, что экструдированные образцы BigsSbis обладают в
широком интервале температур анизотропией электрических свойств
относительно оси экструзии, что обусловлено возникновением текстуры и
дефектов в структуре под действием пластической деформащш в процессе
экструзии.

2. Установлено, что из-за структурных дефектов, возникающих при
экструзии, влияние примесей РЬ и магнитного поля на электрические свойства
экструдированных образцов твердого раствора Big_SSbi5, не прошедших
послеэкструзионный отжиг, значительно слабее, чем в отожженных образцах.
Сильное по сравнению с отожженными образцами, влияние примесей Те на
электрические свойства неотожженных образцов обусловлено
упорядочивающим действием теллура на структуру твердого раствора BissSbis-

1. Показано, что сопротивление переходных контактов образцов твердого раствора Bi₈₃Sbi₅ с эвтектическими сплавами, содержащими компоненты РЬ и Sn определяются, в основном, сопротивлением перехода между Big₅Sbis с электронной проводимостью и приконтактным слоем, сильно легированным диффундирующими из контактного сплава атомами РЬ и Sn, и обладающим дырочным типом проводимости при 77 К.

2. Установлено, что компенсацией действия донорных центров в BUsSbis примесями РЬ, или действия акцепторных центров в приконтакгаой области примесями Те можно достичь существенного уменьшения сопротивления

переходных контактов экструдированных образцов твердого раствора BigsSbis с эвтектическими сплавами.

Практическая ценность работы.

Показано, что легированием приконтактного слоя твердых растворов систем Bi - Sb атомами теллура ( или других доноров ) в структурах твердый раствор ( Bi - Sb ) - контактный сплав молено существешю уменьшить сопротивление переходных контактов в этих структурах. Применение данного результата позволит значительно улучшить и стабилизировать параметры термо- и фотоэлектрических преобразователей на основе твердых растворов систем Bi - Sb .

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Электрические свойства экструдированных образцов BissSbu
анизотропны относительно оси экструзии и это обусловлено возникновением
текстуры и дефектов в структуре под действием пластической деформации в
процессе экструзии.

2. Влияние магнитного поля и примесей свинца на термоэлектрические и гальваномагнитные свойства экструдированных образцов твердого раствора BigsSbi;, непрошедших термообработку после экструзии значительно слабее, чем в отожженных образцах; малые же примеси Те более активны в неотожженных образцах.

3. Легированием экструдированных образцов твердого раствора BissSbis акцепторными примесями РЬ и донорными примесями Те можно на порядок снизить сопротивление переходных контактов этого твердого раствора с эвтектическими сплавами.

4. Экспериментальные данные по зависимости термоэлектрических и гальваномагнитных свойств экструдированных образцов твердого раствора BigsSbu , прошедших и непрошедших послеэкструзионную термообработку, а также по зависимости электрических свойств их контактов с эвтектическими сплавами от концентрации примесей РЬ и Те, напряженности магнитного поля и температуры.

Апробация. Результаты диссертации докладыватись на XIV Международной конференции по термоэлектричеству ( г. Санкт-Петербург, 1995 г. ), V Межгосударственном семинаре ( г. Санкт-Петербург, 1S96 г. ), на научных конференциях аспирантов АН Азербайджана ( г. Баку, 1996,1997 г.г.), на второй международной конференции « Физические проблемы в полупроводниковых материалах» ( г. Черновцы, 1997 г. ), Первой Республиканской конференции « Актуальные проблемы физики » ( г. Баку,

1998 г. ), Республиканской научной конференции аспирантов и молодых ученых ( г.Баку, 1998 г. ) и научных семинарах Института Фотоэлектроники АН Азербайджана.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в пяти научных статьях и двух тезисах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 165 рабог отечественных и зарубежных авторов, содержит 48 рисунков и 6 таблиц.