Стабильность структуры и химическое упорядочение аморфных сплавов на основе теллура Стасик, Мирослав Остапович

Введение к работе

Актуальность теки. Начиная с ЄО-х годов началось интенсивное изучение аморфных полупроводников, что привело к их широкому практическое применению. Некристаллические пленки кремния и другие материалы с тетраэдрической связью используются в качестве фотоприемников, преобразователей солнечной энергии, мишеней для безвакуумных кинескопов и т. п. Халькогеннднне стеклообразные полупроводники нашли применение в флуоресцентных лампах тлеющего разряда, термоэлектриках, варисторах, оптических элементах инф-ракрасной техники, поляризационных переключателях, оптических запоминающих устройствах, процессорах при фотолитографии и др. Широкое практическое использование, простота и дешевизна получения послужила важным стимулом к изучению и выявлению новых стеклооб-ррзных полупроводников. Особо следует подчеркнуть, что некристаллические полупроводники следует рассматривать не только (и не столько) как заменители существующих материалов, сколько как материалы для нового поколения различных устройств, приборов и систем.

Значительно расширился класс стеклообразных материалов с развитием и применением новых методов скоростной закалки из жидкого состояния. Наиболее доступным и технологически перспективным методом закалки, обеспечивающим скорости охлаждения порядка 10^ - 10%/с, является метод спиннингования расплава, широко применяемый для получения металлических стекол. Большинство же халькогенидных стеклообразных полупроводников получено при скоростях охлаждения не превышающих 10 К/с. Использование метода спиннингования расплава позволяет не только расширять интервалы стеклообразования, но и выявить новые классы аморфных полупроводников с химическим упорядочением. Разработка получения аморфных материалов невозможна в отрыве от анализа их структурного состояния, термической устойчивости, последующих фазовых и структурных превращений и т.п. В этой связи закономерности образования структурно-фазового состояния аморфных сплавов на основе теллура в Широком интервале концентраций, включапдем. и область химического упорядочения является актуальной задачей исследования.

С учетом изложенного сформулированы цель работы и основные задачи исследования при ее выполнении.

Ц2ЬЛ521Н« Получение ячорфпых сплавов на основе теллура

- 4 -методом спиннинговпния расплава, исследование формирования и: структуры, термической стабильности и кинетику кристаллизации.

В соответствии с поставленной целью в работе ставились и решались следующие задачи:

Совершенствование экспериментальной методики получениі аморфных сплавов теллура с германием, галлием, алюминием, медьп, таллием, индием и мышьяком методом сгашнингования расплав*

Изучение особенностей химического упорядочения в исследуемых объемных аморфных сплавах.

Установление концентрационной зависимости температурь кристаллизации (Тх) исследуемых аморфных сплавов.

Изучение особенностей превращения теллурида германия в неравновесных сплавах Те - Се.

Исследование кинетики кристаллизации аморфных сплавов системы Те - Се в широком интервале концентраций.

Научная новизна. Используя метод сгашнингования расплавг расширены интервалы аморфизации сплавов систем: Те - Са (5+30 ат. % Са); Те - Се (6*30 ат.% Се); Те - АІ ( 5*30 а\.% АІ).

Впервые получены методом спиннингования расплава объемные стекла в системах: Те - AS; Те - Си; Те - ТІ.

Методами рентгенофазового, дифференциально-термического и за калочно-микроструктурного анализов, а также электронографии изучены особенности кристаллизации и формирования структуры аморфных сплавов в условиях их непрерывного нагрева и изотермической выдержки. Показано, что процесс превращения аморфной фазы в кристаллическую протекает в две стадии с двумя пиками на термограммах нагрева, характеризуясь температурами кристаллизации Txj и Txg. Установлено,что температура Txj соответствует выделению из аморфной фазы теллура и линейно зависит от содержания второго компонента. Превращение при температуре Txg связано с кристаллизацией химически упорядоченной аморфной фазы.

Впервые предложена методика определения температуры кристаллизации Txj для сплавов,перевод которых в аморфное состояние требует Солее высоких скоростей охлаждения, чем те, которые реализуются в методе спиннингования расплава.

Выявлены химически упорядоченные соединения составов: а-СеТе^; а-СеТе^; а-Сп^ег,; а-Л?₂Те₃; e-TIgTeij. Предложена методика выявления химического упорядочения в аморфных сплавах на основе теллура.

_ 5 -

Показало, что ji-*i. превращение в неравновесных сплавах беТе оспт мартенситный характер.

Получено экспериментальное подтверждение различных механиз-ов кристаллизации аморфных сплавов системи Те— Ge в зависимости т скорости нагрева.

Впервие идучена морфология обраэуюдейся структуры в сплавах иотеми Те - Ge при кристаллизации из аморфной фазы.

Основное положения, шііоспі.іцє на защиту.

1. Закономерности химического упорядочения в амор4шх спяа-&х теллура с германием, ме.цьи, мишьяком и таллием.

2. Метод определении температури кристаллизации Тх теллура и плавов на его основе с- низким содержание!) второго компонента, ьревод которых в аморфное состояние требует скоростей охладдения jae, чел Writ/с.

3. Метод виявлення химического упорядочения в аморфних спла-эх на основе теллура.

4. Закономерности иреьрьщения в неравновесных сплавах еисте-j Те - Се, включая область гомогенности соединения 5еТе.

Научная и практическая значимость работы. Установленные за-зноыерности формирования и кристаллизации аморфных сплавов на знове теллура позволяют расширить существующие представления об ;ловиях образования аыорфного состояния в процессе закалки из »сплава и могут быть использованы для разработки технологических ї.чимов получения халькогеницних стеклообразных полупроводников, той числе и аморфных лент халькогенидов теллура.

Виявленими характер концентрационной зависимости теыпера-фы кристаллизации Txj нсследуешх аморфных сплавов дает возмоя-ість определять температуру кристаллизации аморфного теллура и їлавов низких концентраций на его основе, которые методом спин-щгования расплава перевести ь аморфнее состояние не удается.

Предложен способ определения химического упорядочения.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и об-'ждалнсь на следующих конференциях и совещаниях:

5. II Всесоюзное совещание по программе "Рентген". Черновцы, 67г.

6. III Всесоюзная конференция "Проблем исследования струк-ры аморфних металлических сплавов", Москва, 1959г.

7. У Всесоюзное совещание "Диаграшш сосіоіінкя недалличєских

_ ь -

систем", Ііосква, 198Э г.

4. Всесовзная конференция по мартенситным превращениям в твердом теле "Мартенсит - 91", Киев, 1991 г.

5. III Всесоюзная конференция "Материаловедение халькогенид-иых полупроводников", Черновцы, 1991 г.

6. ІУ Всесовзная конференция "Проблемы исследовепия структури аморфных материалов", Ікевск, IS92 г.

7. Симпозиум "Физико-механические свойства металлических и неметаллических стекол", Ижевск, 1992 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, оформлены две ааяьки на авторское свидетельство. Список прилагается в конце автореферата.

Структура работы и ее объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общего обсуждения полученных результатов, выводов и приложений, изложенных на 193 страницах, включая 101 страницу машинописного текста, 71 рисунок и 10 таблиц. Список литературы содержит 150 ссылок, напечатанных на 13 страницах.