Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Халькогениды свинца (РЬТе, PbSe, PbS) и твердые растворы на их основе в настоящее время широко используют в оптоэлектронике и термоэнергетике. Существенное расширение области их практического применения оказалось возможным благодаря обширным и разносторонним исследованиям их свойств. При этом были изучены не только основные особенности энергетического спектра этих соединений и механизмы рассеяния в них, но и обнаружены необычные проявления в этих материалах ряда примесей и собственных дефектов .(в частности, элементов III группы периодической таблицы и вакансий халькогена). Оказалось, что с их помощью можно не только управлять типом проводимости и в широких пределах изменить величину концентрации свободных носителей тока, но и вызывать более существенные изменения в энергетическом спектре халькогенидов свинца, сопровождающиеся появлением у этих материалов принципиально новых свойств.
Современная техника, однако, постоянно предъявляет новые, более жесткие требования к качеству и свойствам полупроводниковых материалов. Поэтому и сейчас актуален поиск новых возможностей для направленного изменения свойств халькогенидов свинца.
' Изучение энергетического спектра и свойств-легированных халькогенидов свинца представляет интерес и с научной точки зрения. Это обусловлено всей совокупностью необычных свойств легированных материалов, изучение которых имеет большое значение для физики узкозонных полупроводников.
Не составляют исключения в этом плане и халькогениды свинца, содержащие изоэлектронные примеси. Среди всего многообразия подобных соединений в технике наиболее . широко используют твердые растворы халькогенидов свинца и олова, а также поликристаллические пленки халькогенидов свинца, отожженные в кислородсодержащей атмосфере. На их основе уже созданы перестраиваемые в широком спектральном диапазоне (~2-г46 мкм) генераторы когерентного излучения и высокочувствительные ИК-фотоприемники, в том числе и многоэлементные.
Однако физика процессов, происходящих при изоэлектронном замещении в катионной и анионной подрешетках халькогенидов свинца, к настоящему времени изучена далеко не полностью. До сих пор не существует теоретической модели, позволяющей непротиворечиво истолковать необычные свойства поликристаллических
халькогенидов свинца, отожженных в атмосфере кислорода
или на воздухе. Новые необычные явления, существование
которых не предсказывалось ни одной из существующих
моделей, были выявлены недавно и в твердых растворах
Pbj-xSnxSe (XS0.02). К их числу следует отнести пиннинг
энергии Ферми и перезарядку олова 8пг+«-»Зп4* по мере
возрастания концентрации дырок. Эти и другие эффекты,
обнаруженные в разбавленных твердых растворах Pbi-xSnxSe,
также не получили однозначного 'теоретического
истолкования. ,
Очевидно, что построение теории, способной адекватно . отразить все многообразие необычных свойств халькогенидов свинца с изоэлектронными примесями замещения, требует существенного расширения экспериментальной базы, которая может быть положена в ее основу. Это обуславливает необходимость дальнейшего изучения свойств халькогенидов свинца с изоэлектронными примесями замещения. -
Задача диссертационной работы состояла в исследовании спектров оптического поглощения и отражения в PbSe, ионно-имплантированном примесью кислорода, а также в разбавленных твердых растворах Fbi-xSnxSe
Цель этих исследований состояла в том, чтобы:
1.Определить природу центра, ответственного за пиннинг энергии Ферми в разбавленных твердых растворах Pbi_xSnxSe (Х<0.02).
2.Установить роль олова в появлении этих центров.
3.Сформулировать модель, адекватно отражающую основные экспериментальные данные, полученные в разбавленных твердых растворах Pbi-xSnxSe.
4.Изучить особенности легирующего действия кислорода и энергетический спектр этой примеси в PbSe<0'>.
Научная новизна работы.
1.Установлено, что пиннинг энергии Ферми в разбавленных твердых растворах Pbi-xSnxSe (XS0.02) обусловлен перезарядкой вакансий халькогена, которые являются в PbSe центрами с отрицательной корреляционной энергией. Оценена величина электронной корреляционной энергии на вакансии халькогена в p-PbSe. Показано, что концентрация вакансий халькогена в Pbi-xSnxSe (XS0.06) зависит не только от количества введенного натрия, но и от концентрации олова в шихте.
2.В валентной зоне. ионно-имплантированного кислородом и отожженного ' в ьакууме селеаиде свинца
обнаружен новый квазилокальный уровень, который может быть связан с кислородом. Оценена энергия оптической перезарядки этого уровня. показано, что в ионно-имплантированном и отожженном PbSe кислород является акцептором. Его акцепторное действие компенсируется вакансиями халькогена.
Практическая значимость.
Полученные в диссертации сведения о механизме влияния изоэлектронных примесей на энергетический спектр PbSe представляют интерес для разработки технологии получения селенида свинца с заданными свойствами.
Основные положения, выносимые на защиту. 1.В спектрах оптического поглощения Pbi-xSnxSe (XS0.02) присутствуют полосы оптического поглощения, связанные с вакансиями халькогена, находящимися в различном зарядовом состоянии.
2,Анионные вакансии в p-PbSe являются СКО центрами. Величина электронной корреляционной энергии на вакансии халькогена может быть оценена значением 150±70 мэВ.
3.Концентрация вакансий халькогена в Pbi-xSnxSe зависит от количества олова в твердом растворе.
4.Пиннинг энергии Ферми в разбавленных твердых растворах Pbi.xSnxSe обусловлен перезарядкой вакансий халькогена.
5.Вводимый в PbSe ионной имплантацией кислород создает квазилокальный уровень, проявляющийся после отжига в вакууме.. Действие кислорода может быть компенсировано вакансиями халькогена.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на IV Межгосударственном семинаре "Материалы для термоэлектрических преобразователей" (Санкт-Петербург, 1994г.); на II Российской конференции по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 1996г.); на XIII и XIV Международных конференциях по термоэлектрикам (Kansas City,USA, 1994г.; Санкт-Петербург, 1995г.); на научных семинарах на кафедре физики полупроводников и наноэлектроники СПбГТУ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 научных трудах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 150страниц, в том числе: 5 таблиц, 32 рисунка и список литературы из 139 наименований.
