Введение к работе
з з в
Актуальность темы. Слоистые полупроводники группы А В Сг
(где А - ТІ; В - Ga,In; С - S.Se) занимают особое место среди полупроводников с оильноанизатропной структурой' благодаря ряду уникальных свойств, делающих их перспективными, для практического применения в качестве приемников лазерного излучения, нелинейно-оптических преобразователей, реперов давления и т. д.
Интерес к исследованию физических свойств зтого класса соединений значительно, возрос в связи с обтругли^м в чих при ?" Moe;v]'!!f;'.! д-.и-.и-нии низкотемпературного фазоного перехода ('Тії) в сегнетоэлектричеекую фазу, которому предшествует ФП в несоизмеримую фазу (1983 ) и ФП при гидростатическом давлении и комнатной
температуре (1978 г). '
- Применение методов оптической спектроскопии при низких температурах и под давлением к анизотропным полупроводникам типа TllnS позволяет сделать выводы о симметрии кристалла в различных фазах и характере ФП; идентифицировать межслоевые колебания; обнаружить ФП; сделать вывод о характере трансформации сил связей в кристалле при ФП; получить информацию о процессах взаимодействия возбуждений с колебаниями решетки и их изменениях при ФП,
Исследования фононних и электронных спектров смешанных кристаллов позволяют: значительно расширить диапазон внешних воздействий.на кристаллическую структуру,, сделать выводы о влиянии изовалентного замещения на точку ФП и о влиянии разупорядочения на процессы взаимодействия колебаний решетки с электронным возбуждением. .
К началу наших исследований в литературе были недостаточно изучены низкотемпературные спектры КРС кристаллов TlInS2, особенно в их низкочастотной области. Интерпретация обнаруженных особен ностей трін^форг/лгли фононного спектра с температурой не согласо-
вывалось'с представлениями о характере сегнетоэлектрического ФП в
ТІInS , отсутствовали данные о влиянии одноосного давления на
спектр КРС этих кристаллов вблизи низкотемпературных ФІІ.
В литературе отсутствовали также данные о влиянии высокого
''давления до 6 ГРа на спектры КРС и спектры краевого поглоще
ния света кристаллов ТІInSг и смешанных кристаллов на их основе.
Цель работы. Цель настоящей диссертации состояла в установ
лении особенностей трансформации оптических свойств кристаллов
ТІInS вблизи низкотемпературных ФП, под действием высокого давле
ния до 6 ГЛа и изовалентного замещения атомов индия на атомы гал
лия. - .
Для достижения поставленной цели необходимо было решить сле
дующие основные задачи: '
-
Провести поляризационные' исследования спектров КРС в ин- тервале 4,2 - 300 К в том- числеи при одноосном давлении ;
-
Установить особенности трансформации спектра КРС кристал-
. лов ТІInS? в этом интервале температур и сделать вывод о, характере ФП в сегн«тофазу'в этих кристаллах и возможных .пространственных групп симметрии ;
3. Исследовать влияние, высокого давления и изоморфного 'заме
щения 1й - 6а на'спектр КРС кристаллов.ТІInS? . Установи
ть особенности в трансформации характер сил связей в этих
кристаллах под действием вышеуказанных воздействий.;
4., Изучить- температурное поведение- спектра .люминесценции .кристалла Т]InS 2 и выявить- особености ,' обусловленные
наличием в кристалле низкотемпературных <Ш; 5. исследовать влияние высокого давления и'изоморфного замещения In - ба на оптические свойства кристаллоз ТІInSz вблизи края их фундаментального поглощения.
a . . .
Научная новизна работы. В результате проведенных исследований
впервые получены следующие наиболее важкій результаты:
1. Показано, что обнаруженные особенности трансформации спектра; КРС кристаллов TllnS2 при низких темгературах возгорание большого числа новых мод. при Т < 216 К, некоторые из которых проявляют специфическую температурную зависимость, согласуются с представлениями о наличии в кристалле TllriSs несобственного сегнето-электрического ФП, которому предшествует Ш в несризмеримую ф?эу.
2. Исследованием влияния одноосного давления, в направлении
перпендикулярном слоям'на низкотемпературный спектр КРС .кристал
лов ТІInS, показано, что температура И в несоизмеримую фазу по-
выдается со скоростью dTl/uP - 0,4 К/ГЛа,
Определено значение комбинации некоторых параметров термоди
намического потенциала. ' . ._
3. Установлены отличительные особенности те'Лературного- по
ведении спектра ллжнисценцки 71 tr.S2 , сЗуо/.овленные наличием в
кристалл? низкотемпературна <1П- . .
Показано, что в окрестности -НІ кристалла в сегн,етоі<лектри-ческую фазу темперагуріш зависимость пикр люминесценции, обусловленного распадом свободных экситснов- определяется вкладом теплового ртоиирош'/: реа^тни резулітирую::;ее «вменение ширины оапрешеннои ."-сны.
4. Ус. . ;. ::>.; -отличительны? особенности перестройки спектра
KPU кр:!с:'.-!.:.-.. : Т:,:: - -,.г-~л '»'" даваниях гплтгь до 6 ГГп, сви-
дєт»-льстг.;.'і'.:і:є о ч^ичин :-Л кристаллов 711пЗг в скреспюсти дав-
ЛУ-НИ'.1.' O.'Tj riti. 1,0 і'Гіл, 1.7 Піл, 2,7 ГЛ">. И 4,7 ГПа.
ftipt д.--.10.4. хчракічр ні'рес;рз''!ки сил се/і.:-.-:1 nj'i! этих '2'П.
l>. Показано, что длинноволновое крыло оптического поглощения в смешанных кристаллах ТПп^іЗа S во всем исследованном интервале давлений подчиняется правилу Урбаха, параметры ' которого испытывают аномалии, обусловленные Ш .
Расчитаны вклады аномалий параметров правила Урбаха в результирующие скачки "урбаховского" края поглощения при 'Ж
Установлено, что увеличение замещения In - Ga в кристаллах ТПп^Еа Зг приводит к росту критических давлений ФП.
б. Установлено, что при замещении In - Ga в кристаллах TllnSj? изменение константы Оо, характерезующей величину экситон-фононного взаимсдействия, связано с дополнительной локализацией экси-трна, обусловленной разупорядочением решетки.
Практическая значимость. Полученные в работе результаты о влиянии температуры и давления на частоты КР активных фононов. и электронные спектры слоистых полупроводников типа TllnSj, «алии для понимания физических процессов, .происходящих в низкоразмерных полупрэьодниках и могут Оыть использованы для создания на их осно- ве оптоэлектронных устройств и выяснения возможности работы этих устройств в условиях высокого давления.
, На защиту выносятся следующие основные положение
1. Характер трансформации фононного спектра кристаллов TlInS3 с температурой: возгорание с понижением температуры ни>.е 216 К большого числа новых фононных мод, квадрат частоты некоторых иг которых линейно изменяется с температурой в определенном интервале температур Т '. Ті - описывается в рамках термодинамической теории тч-'оОетг.еиннх си'нетозлектрк-іееких Ш, которым предшестьуе; 1>11 в несоизмеримую фазу.
Ц. Под дойоттіом одпооотпого даплопия, приложенного л пап-
равлении. перпендикулярном слоям кристалла ТІInS2 температура ФП в несоизмеримую фазу повышается со скоростью - О,4 К/ГПа.
3. Температурное поведение максимума спектра люминесценции кристаллов ТПпЗ^ , обусловленного распадом свободных зкситонов, проявляет аномалии вблизи температур ФП кристалла в несоизмеримую и сегнетоэлектрические фазы, причем в окрестности ФП в сегнетофа-зу оно определяется превалирующим вкладом теплового расширения в результирующее изменение ширины запрещенной зоны.
4. Характер перестройки спектра КРС кристаллов ТПпЗг под действием давления до 6 ГПа, свидетельствует о наличии ФП в этих кристаллах в окрестности давлений 0,75 ГПа; 1,0 ГПа; 1,7 ГПа; 2,7 ГПа и 4,7 ГПа. «
5. Длинноволновой хвост оптического поглощения в смешанных
кристаллах ТІ Inя &а.,.лЗг в интервале давлений 0-6 ГПа подчиняется правилу Урбаха, аномальное поведение параметров которф-о свидетельствует о- наличии ФП в этих кристаллах.
-
Замещению в кристаллах ТІ Ігй^индия галлием приводит к росту давлений ФП.
-
Изменение в , Tlin^Ga^Sj с ростом замепения jn - Ga
КСЧ'С*"""11"! v} ^4^11^901^^^.^^4 РЄ,їїч';у;!7 .''KCHT'J1! "" 'ИОННОГО L'o'UlMO"
,Vrt!'.M'i-iiw связано с дополнительной локализацией экоитонэ, которая. обусловлена .разупорядочением решетки.
Лгр^чнмя ваботм.
i\':-vi).mho результаты рчооты докладывались и обсуадались на vXVIll - XXX'і'-кегоднь'х совещаниях Европейской Группы Исследований ;:;>и Высоких Даіі.іен.'^іх і'!-ранцин, Бордо, 1990 г; Греция, Солоники, і'.'М-. .'-."рОапджчч, !>!!,/, !9'?2); IV мстдународчоГ. кон і "-ренции
.-8-
''Ьысокие давления ь физике полупроводников (Греция, Порто Каррае, 139ІГ), 9-ой Международной Конференции "Тройные и Многокомпонентные Соединения'1 ( Япония, Иокозама, 1993г), на научных семинарах Института Физики и Институте йотоэлектроники АН Азербайджана.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация постоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы.
