Введение к работе
Актуальность темы. Развитие полупроводниковой электроники и микроэлектроники непосредственно связано с поиском и исследованием новых материалов, позволяющих расширить и дополнить спектр свойств yss освоенных материалов. В последнеэ время, все возрастающее внимание привлекают сложные полупроводниковые соединения с тетраэдрическим расположением атомов. К таким материалам относятся тройные соединения A*BIIIC2VI/ где А1- Си, Ад; В111 - Al, Ga, In; Cvl - S, Sa, Те. Оки яз-ляются электронно-химическими аналогами двойных соединений
Соединения AIBIIIC2V:* являются оптически активными нелинейными прямозонными материалами с большим коэффициентом поглощения и имеют широкий диапазон ширины запрещенной зоны. Они могут быть получены как р - , так an- типа проводимости. Это перспективные материалы для оптоэлектронпки, нелинейной оптики, светоизлучающей .техники и солнечной энергетики. На основа соединений AIBI^^C2VI могут быть реализованы свето-излучающие инжекционные приборы, лазеры, фотодетекторы видимого и ИК диапазона, солнечные элементы, светодиоды, полупроводниковые переключатели , термочувствительные элементы термометров сопротивления я другие устройства.
Кристаллизующиеся в структуре халькопирита соединения СиА1Бв2 и CuInSe^ язляются представителями группы тройных соединений AIB^^^C2VI. Они нашли применение при изготовлении фотопреобразователей с высоким коэффициентом полезного действия, для устройств нелинейной оптики и других.
Интерес представляют и твердые растворы на основе этих соединений, позволяющие плавно изменять различные фпзихо-хп-мические параметры. Но их использование в полупроводниковых устройствах осложнено трудностями синтеза и выращпзанпя качественных кристаллов, что в свою очередь не позволяет получить надезные характеристики даго по основным физико-химическим параметрам.--- Поэтому-—"получение" " твердых ,-раст-^_ воров CuAlxIni_xSe2 и исследование их езойстз является перспективным для разработки приборов оптоэлектронпки, нелпи-йней оптики, светоизлучающей техники и солнечной энергетики.
Работа выполнялась з БГУНР в,рамках госбюджетной НИР "Синтезировать кристаллические и аморфные неорганические материалы и исследовать п:: физико-химические свойства" (Гос.
регистр К 01910055307),входящей в республиканскую комплексную программу в области естественных наук "Кристалл-2".
Целью диссертационной работы является разработка технологии синтеза и выращивания кристаллов твердых . растворов CuAlxIni-xSe2t проведение структурных и фазовых исследований, а также комплексное исследование физико-химических, оптических и теплофизических свойств полученных кристаллов с целью создания новых перспективных материалов для полупроводниковой электроники и микроэлектроники.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование методами физико-химического анализа твердых растворов
Разработаны методы синтеза и выращивания качественных кристаллов твердых растворов CuAlx^nl-XSe2 однотемпературным методом и методом химических транспортных реакций,позволяющие получать монокристаллы со средними размерами 10x4x1 мм.
Проведено исследование фазовых равновесий и построена фазовая Т-х диаграмма состояния система CulnSe2 - CuAlSez, которая характеризуется небольшим интервалом кристаллизации. Установпенно, что для твердых растворов OsX 50,5- характерно наличие твердофазных превращений, соответствующих катион-катионному разупорядочонкю.
Изучена морфология и микротвердость твердых растворов CuAlxIni^xSe2, выращенных методом химических транспортных реакций. Концентрационная зависимость микротвердости, измеренная на плоскости (112), подчиняется закону Курнакова с максимумом при Х=0,75.
Исследована анизотропия теплового расширения соединений CuAZSe^/ СйХпБв2 и твердых растворов на их основе, темпера-;урные и концентрационные зависимости коэффициентов теплового расширения. По экспериментальным значениям коэффициента теплового расширения и температурам плавления рассчитаны температуры Дебая.На монокристаллах твердых растворов CuAlxIni-xSe2 исследованы спектра оптического пропускания и определена ширина запрещенной зоны, при 77 и 2.93 К, которая с составом изменяется нелинейно.
Практическая ценность. Разработанные методы синтеза и выращивания кристаллов твердых растворов CuAlxIni-xSe2 позволяют получать однородные слитки(однотемпературный синтез) и оптически однородные монокристаллы со средними размерами 10x4x1 мм (метод химических транспортных реакций) и могут
быть использованы для получения кристаллов других твердых растворов на основа соединений группы AIBI*IC2VI' Практическое значение имеет фазовая Т-и диаграмма состояния, знание которой необходимо при разработке технологии выращивания монокристаллов из расплава.
Проведенные исследования физико-химических свойств я анализ их концентрационных и температурных зависимостей показали, что полученные материалы яаляэтся перспективными для использования их s качестве фотопресбразоваталей солнечного излучения в особенности, твердый'раствор с Х=0,30, имеющий ширину запрещенной зона 1,36 Эв,соответстзующуа максимальному значению идеального КПД и как нелинейные оптические материал!!.
Основное положения выносимые на защиту:
1.Методы получения твердых растворов CuAlxInj^xSo2: однотемпературный синтез, позволяющий получать однородные :: гомогенные слатки и метод химических транспортных реакций, позволяющий получать совершенные монокристаллы, со средними размерами 10x4x1 км.
-
Фазовая Т-х диаграмма состояния системы Си1пВв2 -CuAlSe2i представляющая собой непрерывный ряд твердых растворов.
-
Результаты исследований концентрационных зависимостей (0<Х1(параметров элементарной ячейки и микротвердостп, оптической пнраны запрещенной зоны, та2>:пературных я . концентрационных зависимостей параі-гетроз теплового расширения, в интервалах температур 80-650 К.
4. Создание и свойства днодоз Шоттки Іп-р-СиА1огіІпдгдЄ02.
Апрооапия работы и публикации. - Основные результаты
диссертационной работа докладывались и обсулдались на следующих конференциях:
S Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Харькон, 1992); XI конференции по термическому анализу (Самара, 1S93); научно-технической конференции "Нозыа материалы н технологии" (Минск, 19 94); научно-технической конференции Белорусского
государственного университета информатики п радиоэлектроника
(Минск, 1994); VIII научной-технической конференции "Хпмпя, физика а технология халькогенидов н халькогалогенядоз" (Уаго-род, 1994).
Результаты щыпоякекипх псследоваккй опубликована з 4 статьях; 6 тезисах и материалах дохладоз.
Структура и объем лисссртапЕН. Работа сосгопт пз вэепо-
ния, четырех глав, общих выводов по работе,списка литературы. Текст работы изложен на 12 5 страницах, с 33 иллюстрациями, 4 таблицами, списка литературы из 141 наименования.
