Получение и физические свойства новых полупроводниковых соединений Cu3Ga5S9 и Ag3Ga5S9

Актуальность темы

Возникновение и бурное развитие многих современных отраслей техники постоянно стимулирует поиск и исследование новых перспективных материалов, обладающих более широким спектром свойств по сравнению с уже используемыми или по крайней мере хотя бы частично апробированными материалами. В последние годы в нелинейной оптике, акустооптике, электрооптике и других областях оптоэлектроники материалы на основе элементарных или бинарных соединений благодаря достижениям полупроводникового материаловедения успешно заменяются сложными композициями, содержащими три и больше химических элементов. Одним из наиболее перспективных сложных полупроводниковых материалов признаны тройные соединения на основе элементов I, Ш и У1 групп таблицы Менделеева. Изучение физических и физико-химических свойств этих соединений показало, что в них наблюдаются хорошие сочетания основных физических свойств, отвечающих требованиям практики.

На основе выполнения условий реализации нормальной валентности и равенства определенному числу концентрации электронов на атом теоретически предсказано существование лишь тройных соединений с общими формулами аЗДз" а1^, аЩ¹.

1.827* которое впоследствии получило подтверждение на практике. Однако, экспериментально установлено, что существует также группа соединений с общей формулой А1В§ С^ /837, попадающая на линию нормальной валентности на концентрационном треугольнике системы А1 — # - С". Анализ опубликованных работ показывает, что системы на этой линии изучены недостаточно полно, особенно область до 30 мол.# Е^Сд1. В частности, проведенные нами исследования показали существование нового класса попадающих именно в указанный интервал концентраций.

Цель работы и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является синтезирование и получение монокристаллов соединений Си. з ffas Sg и? fi^Gas S9, являющихся представителями нового класса тройных полупроводниковых соединений типа А3В5С9*. изучение их №ски* свойств, определение основных фундаментальных параметров и установление возможных областей их практического применения. Основными задачами диссертационной работы, вытекающими из сформулированной выше цели, являются:

— разработка технологии синтеза новых тройных соединений Сиэ Gas Sg И tHfjaGusSg ;

— проведение термографических, рентгеноструктурных и микроструктурных анализов синтезированных соединений, подтверждающих получение новых соединений, и экспериментальное установление технологического режима выращивания крупных монокристаллов;

— изучение в широком диапазоне температур электрических, фотоэлектрических и оптических свойств кристаллов Сиз Gas Sg и сУ^з Gas Sg i.

— выяснение перспективных возможностей практического применения получаемых новых полупроводниковых соединений.

Научная ценность. Проведен детальный фазовый анализ систем Си 6й S* - &Q2. Ss и? ft?. Ga Sz — Ga* S3 в области от нуля до 30 мол.% (GciiSa)• Установлено, что при 25 мол.$ ческой формулой CuaGasSg и ЩъGas Sg .

Выяснены механизмы электропроводности, фотопроводимости, тройных полупроводниковых соединений образуется новое химическое соединение со стехиометриа также характер электронных переходов вблизи края фундаментального поглощения в монокристаллах Сиз Sas Sg и cAqз Bas S9 • Обнаружены изменения электросопротивления монокристаллов JtysGas Sg в зависимости от влажности окружающей среда и увеличение фоточувствительности образцов &a (ra$Sg с ростом температуры;

Практическая ценность. Получены два новых тройных полупроводниковых соединения, обладающих интересными физическими свойствами, Подобраны режимы синтеза и выращивания крупных монокристаллов Cu39qs S 9 и JigsSas Sg.

Установлено, что монокристаллы CusQasSg могут быть использованы для изготовления фотодиов (фотосопротивления), работающих при высоких температурах (в интервале температуры 270 + 600 К), солнечных батарей на основе гетеропереходов.

Г) — Шзба* S9/ P-Gaiis ¦. I) — Олз Gas Sg/ PSi и термоэлектрических генераторов.

Монокристаллы ?f^sGusSg можно рекомендовать в качестве материала для изготовления датчиков влажности;

Апробация работыМатериалы диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры физики полупроводников Азгосуни-верситета им. С. М. Кирова.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 4 научных статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и содержит 141 страниц машинописного текста, в том числе 35 рисунков, 4 таблица и библиографический список, включающий 102 наименований литературных источников.

Основные результаты и краткие выводы сформулированы в следующих пунктах:

I" — В системах Сива S* - S3 и AqGqS* при составах 25 мол.$ бал Sa получены новые тройные полупроводниковые соединения Сиг Gas Sg и A?3 Sas Sg .

Кристаллическая структура обладает симметрии «Р—mm» периоды гексагональной ячейки: для Сиэ (rQs S9 а = 4,100 А, с = 7,380 для Afc? asSe, а 88 М* А, с = 7,92 А,.

2. Электропроводность во всех выращенных монокристаллах соединений Сиз (rQs $ 9 и Ад3 (¡-а5 5д при комнатной температуре обусловлена электронамиУдельная электропроводность при 300 К равна ДГ5 Ом^см" «1 для Cui9qsS9 и 5 ЖГ10 Ом^см» 1 для Щг Gas S9 •.

3. Электропроводность кристаллов Лд3 6% Sg ' резко увеличивается с повышением влажности окружающей средах Это свойство позволило изготовить высокочувствительные датчики влажности на базе AfrGasSi.

4- В кристаллах Cu3(rasS9 в интервале частот 0,2*20 МГц обнаружено понижение статической диэлектрической проницаемости за счет диэлектрической потери от 500 до 40;

5- Эффективная масса плотности состояний CusGasSg при 300 К равна 0,03 ТГ) о, а уровень Ферми находится на глубине 0,43 эВ от минимума зоны проводимости.

6. Спектр фотопроводимости кристаллов Cu3Sqs S9 охватывает интервал 0,5 * 0,8 мкм длины электромагнитных волнС ростом температуры фоточувствительность кристаллов резко увеличивается. Показано возможности изготовления фотоприемников на основе монокристаллов Си3 баз 89, работающих при высоких температурах;

7, Рекомбинация неравновесных носителей тока в монокристаллах Сыз&аэ $ 9 характеризуется межзонными переходами'.

8-' Край полосы собственного поглощения монокристаллов Сиз 6*05 Зд и ЛузБд формируется прямыми межзонными переходами! Энергия прямого оптического перехода при 300 К равна 1,88 эВ для йз (г0 $& и 1,99 эВ для с/^э60 589″ Термический коэффициент ширины запрещенной зоны в обоих кристаллах имеет отрицательный знак.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.