Направление синтез кристаллов твердых растворов РЬ,1-х Мnx Те и Gе, Мnx Те Малеваная, Ольга Николаевна

Введение к работе

Актуальность темы.

Узкозонные полупроводниковые соединения группы a^ivb^vi являются важными материалами ИК-оптоэлектроники и могут применяться для изготовления фотодиодов и фоторезисторов_, лазеров в диапазоне длин волн 3-40 мкм, в термоэлектрических устройствах

Введение в соединения a^ivb^vi магнитной примеси, например, марганца в рьтє, позволяет получить полумагнитный полупроводниковый материал рь₁__хмп_хте, ширина запрещенной зоны которого увеличивается с ростом содержания мпте.

Твердый раствор Ge₁__xMn_xTe представляет интерес с точки зрения множества фазовых переходов(ФП) при различных температурах. Чувствительность структуры вещества к внешним воздействиям (тепловым, электрическим, магнитным и т.д.) в окрестности фазового перехода можно использовать в различных сенсорах (электрических, оптических, магнитных). Для создания различных приборов на основе этих материалов необходима разработка условий получения материала с заданным составом и набором свойств, т.е. направленного синтеза материала.

Основа направленного синтеза - фазовые диаграммы систем рь -яп - те и Ge - мп - те, с помощью которых выбираются условия синтеза материала: состав, температура, давление и т.д.

Сведения о синтезе кристаллов рь₁__хмп_хте по всей области зуществования твердого раствора, взаимосвязи электрических, лагнитных свойств, микротвердости и реальной структуры с условиями синтеза кристаллов практически отсутствуют.

Для модифицирования свойств твердого раствора рь₁__хмп_хте іспользовано легирование кристаллов индием.

Настоящая работа состоит из двух частей. Первая часть юсвящена направленному синтезу кристаллов твердого раствора ^,ь₁__хмп_хте и исследованию их свойств (электрических, магнитных, :труктурного совершенства и др.). Б этой же части работы жспериментально определены условия легирования рь, мп те индием : целью получения фоточувствительного материала.

Во второй части работы основное внимание уделено синтезу :ристаллов различных модификаций теллурида германия, а также [сследованы магнитные свойства твердого раствора Ge мп те.

Цель, работы - разработка физико-химических основ синтеза

кристаллов твердых растворов рь₁__хмп_хте и Ge₁__xMn_xTe с заданным составом и свойствами, а также определение оптимальных условий легирования рі^^мп те индием. В связи с этим в работе поставлены следующие задачи:

1. Изучение части фазовой диаграммы системы рь-мп-те:
определение границ области гомогенности твердого раствора
рь₁__хмп_хте при высокой температуре.

1. Синтез кристаллов твердого раствора рь₁__хмп_хте (0^x^0.25).

2. Исследование реальной структуры полученных кристаллов.

4. Изучение электрических, магнитных свойств твердого
раствора яъ^^нп^тв, микротвердости.

5. Выяснение механизма вхождения атомов марганца в решетку теллурида свинца.

6. Определение оптимальных условий легирования рь_д___хмп_хте индием.

7. Синтез и изучение свойств кристаллов легированного
твердого раствора рь_х__хмп_хтє(іп).

8. Исследование условий выращивания кристаллов
низкотемпературных модификаций теллурида германия из пара.

9. Изучение влияния состава (^Ge₁__x^Mn_x)i-y^Tey ^на магнитные
свойства твердого раствора.

Научная новизна работа.

1. Исследован разрез рьте - мпте тройной системы рь - мп -
те. Определена граница области гомогенности твердого раствора
Pbj мп те при температуре п5о к, соответствующая содержанию мпте
25 мол%. Установлено, что с увеличением содержания теллурида
марганца Оолее 25 мол% наблюдается переход в область
сосуществования двух твердых растворов на основе теллурида свинца
и высокотемпературной кубической модификации теллурида марганца.

2. На основе исследования фазовых равновесий в системе

РЬ-Мп-Те определены УСЛОВИЯ СИНТеза КрИСТаЛЛОВ Pbj^Mn^Te с

максимально возможным содержанием теллурида марганца (xso.25).

3. Исследована реальная структура полученных кристаллов,
установлена немонотонная зависимость плотности . дислокаций от
состава, улучшение реальной структуры, снижение количества
малоугловых границ.

4. Изучено равновесие "кристалл рь₁__хмп_хте - пар". Определена
зависимость типа и концентрации основных носителей заряда от

парциального давления пара теллура при температуре 970 К.

7. Определены оптимальные условия получения Pb₁__xMn_xTe(In), обладающие задержанной фотопроводимостью при температуре ниже гок.

8. Определены условия синтеза различных низкотемпературных модификаций теллуридз германия из пара сублимацией и по механизму пар - жидкость - кристалл.

7. На основании результатов исследования магнитной проницаемости сплавов (^Gei-_x^MrV і-у^Теу ^сДОлан вывод, что наблюдаемый при низкой температуре ферромагнитный ФП является переходом второго рода.

8. В твердом растворе (^Gei-_x^Mn_x>i-y^Tey (х>о.з) при температуре ниже ферромагнитного ФП обнаружен переход ферромагнитной фазы в состояние возвратного спинового стекла.

Практическая значимость. Полученные в работе сведения о части Р-Т-х-у диаграммы системы рь-мп-те являются основой для выбора условий направленного синтеза кристаллов твердого раствора ^pbi-x^Mnx^{Te с за}Д^аннои молярностью и отклонением от стехиометрии. Результаты изучения равновесия "кристалл pt^ мп те - пар" позволяют прогнозировать условия получения материала с различной концентрацией носителей заряда. Полученная зависимость реальной структуры от состава позволяет получать кристаллы, обладающие высоким структурным совершенством кристаллы. Выявленные оптимальные условия легирования кристаллов рь мп те индием дают возможность синтезировать материал, обладающий задержанной фотопроводимостью при Т < 20 К. Изучение магнитных свойств твердого раствора Ge₁__xMn_xTe показало возможность получать материал с упорядоченной магнитной структурой.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования Р-Т-х-у диаграммы системы

РЬ-Мп-Те.

2. Условия синтеза кристаллов твердого раствора рь₁__хмп_хте
методом направленной кристаллизации расплава.

3. Результаты исследования реальной структуры и
электрических, механических, магнитных свойств кристаллов

^Pbl-x^Mnx^Te-

4. Условия легирования кристаллов ^Fb т те индием.

5. Исследование условий синтеза кристаллов низкотемпературных модификаций теллурида германия.

6. Результаты магнитных исследований твердого раствора

^Gel-x^Mnx^K'

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. Конференции молодых ученых МГУ (1992, 1993).

2. ш Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных
полупроводников", Черновцы, 1991г.

3. и Украинской конференции "Материаловедение и физика
полупроводниковых фаз переменного состава", Нежин, 1993г.

Дубликации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух частей, включающих четыре главы, список литературы из \02 наименований и приложение. Полный объем работы, включая 40 рисунков и 20 таблиц, составляет Ц2 страниц машинописного текста. Каждая глава заканчивается выводами.