Введение к работе
Актуальность темы
Легирование представляет собой метод модифицирования свойств полупроводниковых соединений. Использование легированного теллурида свинца и сплавов на его основе открывает новые интересные возможности, возникающие в связи с появлением качественно новых физических свойств. Введение в теллурид свинца индия и галлия приводит к стабилизации уровня Ферми, возникает задержанная фотопроводимость, долговременные релаксационные процессы электронных распределений, обуславливающие высокую фоточувствительность; наблюдается переход в полуизолирующее состояние.
Халькогениды свинца используются в инфракрасной оптоэлектронике, для изготовления лазеров и фотоприемников, работающих в среднем и дальнем ИК-диапазонах, а также фотодиодных матриц. Специфические особенности легированного теллурида свинца могут обеспечить улучшение параметров соответствующих фотоприемных устройств по сравнению с параметрами имеющихся аналогов.
Число примесей, приводящих к стабилизации уровня Ферми в теллуриде свинца, постоянно пополняется, однако ни одна из теорий, объясняющих необычное поведение примесей в соединениях А4В6, не позволяет предсказать, введение какого химического элемента вызовет этот эффект. Стабилизацию уровня Ферми связывают с проявление атомами легирующей примеси различных зарядовых состояний.
В этой связи представляет интерес разработка условий синтеза и исследование теллурида свинца, легированного ванадием, способным проявлять различные зарядовые состояния и являющимся магнитоактивной примесью. Ранее легирование теллурида свинца ванадием не проводилось.
Для выбора условий синтеза легированного ванадием теллурида свинца необходимы сведения о фазовой диаграмме системы Pb-V-Te, данные о которой в литературе практически отсутствуют. В связи с этим исследование фазовой диаграммы и свойств фаз в тройной системе Pb-V-Te представляет несомненный научный интерес.
Таким образом, объектами исследования являются теллуриды ванадия и легированный ими теллурид свинца. Нахождение условий синтеза и изучение свойств теллурида свинца, легированного ванадием, представляет собой актуальную задачу химии твердого тела и материаловедения.
Цель работы - определение условий синтеза и их влияния на структуру и электрофизические свойства кристаллов теллурида свинца, легированного ванадием, а
также построение модели вхождения ванадия в решетку теллурида свинца и его влияния на свойства полученного материала.
Исходя из этого, основными задачами работы являлись:
Уточнение фазовой диаграммы и определение термодинамических свойств фаз в системе V-Te.
Исследование тройной системы Pb-V-Te для нахождения условий синтеза кристаллов теллурида свинца, легированного ванадием.
Выбор условий синтеза и выращивание из расплава кристаллов PbTe(V) с различным содержанием ванадия.
Нахождение зависимости состава кристаллов от условий синтеза.
Исследование зависимости микроструктуры полученных кристаллов, их механических, электрофизических и магнитных свойств, а также дефектной структуры от содержания примеси ванадия с целью нахождения неприсущих нелегированному теллуриду свинца свойств, таких как полуизолирующее состояние, задержанная фотопроводимость.
Выявление механизма легирующего влияния ванадия на гальваномагнитные и электрофизические свойства теллурида свинца, легированного ванадием.
Научная новизна
Уточнена фазовая диаграмма V-Te. Исследована температурная зависимость теплоемкости и определены термодинамические параметры теллуридов VTe2 и V3Te4.
Получены неизвестные ранее данные по фазовой диаграмме системы Pb-V-Te:
а) Проведена триангуляция тройной системы Pb-V-Te.
б) Изучены фазовые диаграммы разрезов PbTe-VTe2 и PbTe-V3Te4 и определены
поля первичной кристаллизации твердого раствора на основе теллурида свинца.
в) Определена растворимость теллуридов V3Te4 и VTe2 в теллуриде свинца и
зависимость параметра элементарной ячейки твердого раствора PbTe(V) от состава.
Определены условия синтеза кристаллов легированного теллурида свинца с содержанием ванадия в пределах 0.01-0.45 ат.%.
Найдена зависимость распределения примеси в кристалле от содержания ванадия в ростовой шихте. Показано, что распределения примеси в кристаллах определяются наличием диффузионного слоя в расплаве.
Показано, что ванадий в теллуриде свинца проявляет донорные свойства. В легированных кристаллах наблюдается стабилизация уровня Ферми. Полученный материал характеризуется наличием полуизолирующего состояния, а также высокими
подвижностями электронов при низких температурах. Ванадий образует примесный уровень, расположенный в запрещенной зоне на 10 мэВ ниже дна зоны проводимости. 6. Ванадий в теллуриде свинца замещает свинец и присутствует в двух зарядовых состояниях +2 и +3. В легированном материале присутствуют дивакансии свинца, которые, по-видимому, ассоциированы с атомами ванадия. Практическая значимость
Полученные данные по термодинамическим свойствам фаз в системе V-Te и фазовой диаграмме тройной системы Pb-V-Te вносят фундаментальный вклад в химию теллуридов металлов и могут быть использованы не только для синтеза кристаллов теллурида свинца, легированного ванадием, но и в качестве справочных данных.
Полуизолирующее состояние, высокая подвижность электронов при низких температурах и высокая электрическая однородность синтезированных кристаллов позволяет использовать их для создания перспективных ИК-фотодетекторов в условиях слабого сигнала, а также лазеров среднего и дальнего ИК-диапазонов. Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы доложены на российских и международных конференциях, в том числе конференциях студентов и аспирантов «Ломоносов» в 2005-2008 гг (Москва); конференциях молодых ученых "Актуальные * проблемы современной неорганической химии и материаловедения" в 2005 и 2007 гг (Звенигород); III Национальной конференции "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах" - ФАГРАН-2006 (Воронеж); XII Национальной конференции по росту кристаллов, 2006 (Москва); XIII конференции "Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение", 2007 (Нижний Новгород); VI национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов -РСНЭ-2007 (Москва); 9-ом международном совещании "Фундаментальные проблемы ионики твердого тела", 2008 (Черноголовка), Moscow International Symposium on Magnetism - MISM, 2008 (Moscow); International conference on materials science and condensed matter physics, 2008 (Chisinau). Публикации
По теме диссертации опубликовано 2 статьи в российских журналах, а также тезисы 13 докладов на российских и международных конференциях.
Структура и объем диссертации
