Электрофизические, фотоэлектрические и оптические свойства монокристаллов (GeS)1-x (Ln2S3)х (Ln-La, Се, Рг) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

РГ6 од

~ 4 АПР 1994 министерство образования азербайджанской республики

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. ТУСИ

На правах рукописи УДК 621.315.592.

ГУСЕЙНОВ ДЖАНГИР ИСЛАМ оглы

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ, ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ (Ое8)1-х (Ьп^з)* (Ьп-Ьа, Се, Рг)

01.04.18.—Кристаллография и кристаллофизика

АВТО РЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

БАКУ - 1дй

А

г

заключается}

1. В получение швокристаяяов 0е5 активированных сес-йвисульфидами лантаноидов и проведение в этих кристаллах комплексных исследований ВАХ, в'(Т),ТСП, фотопроводимости, спектры . коэффициента поглощения и инфракрасного отражения.

2. Выяснение механизмов прохождения тока в нелинейной области ВАХ.

3. Обнаружении управляемых электрическим полем, температурой и светом электрической и фотоэлектрической памяти в широкой области температур.

Практическая ценность: проведенные комплексные исследования электрических, фотоэлектрических, оптических явлений и выяснение механизмов этих явлений позволяют разработать на основе монокристаллов (&е5)|нс(!п25з)х следующие преобпа-зователи:

- управляемые и стабильные переключающие структуры с электрической и оптической памятью;

- управляемые фот резисторы и анализаторы линейно-поля-ризоганного излучения, работающие при комнатной температуре в спектральном.диапазоне О,6-1,2 мхм. ...

На защиту выносятся следующие основные положения:

1, Механизм прохождения тока в нелинейной области ВАХ

в монокристаллах Эе5, активированных 41 - элементами, обусловлен моиопояярной инжекцией. , .

2. Установлено, что эффект переключения с памятью 5 тип а в структурах М~(&е5)1^х(Шг53)х-М обусловлен заполнен- . нием яовушечных уровней с последующей электрон.но-термичес-кой ионизацией, этих уровней сильным электрическим полем и образованием металлического шнура между.эжектродамв.

г- ? -

семинарах кафедры "Электричество и оптика" АГПУ им. Н.Туси.

Публикаций : По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ. -

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной ли. тературы. Работа содержит 136 страниц, включая 39 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ, Во введение обоснован выбор тема диссертации и ее акту?-альяость, сформулированы цель и основные задачи исследований, выявлена научная новизна и практическая ценность, представлены основные положения выносимые на защиту. Даны рекомендации к практическому применению изучаемых монокристаллов, приведено краткое описание содержания диссертационной работы.

В первой главе приводится збзэр работ па исследованию электрических, переключающих, фотоэлектрических и оптических свойств моносульфида германия, представлены экспериментальные и теоретические результаты пз GeS, известные к началу данной работы. Усмотрены условия синтеза, пояученаемоно-кристаллов, кристаллические структуры и параметры решетки, результаты исследований неравновесных процессов, обсуждают» сд кинетические, оптические свойства и характер зонного спектра, а также перспективу развитая элементарной базы современной оптоэлектрониКи %Лазе'

тем, отмечено отсутствие ка^-адб* вдйиы* .

нокристаллов GeS активированных редковемеяьными элементами. Проанадазировано соотодаяе исеяедуемо# проблемы.

На основе литературного обзора конкретизированы основные задачи разработки технологии сиятезаи вырашвзжя сл:>-

В области низких температур (60*250 К) электропроводность монокристаллов (бе5)1_х(1п?5^)х слабо зависит от температуры, Причем в этой области увеличение процентного содержания цо 0,25 мол % приводит к уменьшению электропроводности, а от 0,25 цо I мот % ~н увеличению. Этот факт объясняется тем, что в нелегированных монокристаллах бе5 имеются структурные вакансии с концентрацией ГО18 см"3, создающие акцепторные центры, определяющие тип проводимости материала. Увеличение ■ концентрации сеснвисульфидов лантонэицов до 0,25 мол % приводит и замещению этих: вакансий лантаноидами, что ведет к уменьшению электропроводности. Когда процентное содержание , 1п35э е &<?$ больше 0,25мол % происходит искажение кристаллической решетки и создаются деффекты акцепторного типа* которые увеличивают электропроводность материала. Добавление 1пгЬ5 в 6е5 приводит к неоднородному легированию изразце; и создает потенциальные барьеры, способствующие появлений отрицательной Проводимости (уменьшение темиового ■ тока) о ростом температуры (280+420 К),

При температурах Т>500 К прововдмйсть носи собствен-' ный характер, с увеличением кояцёнтрадйи Д-Пг^ температура перехода от примесной к собственной проводшсом смеша- . ется в сторону высоких температур./

•Проведенные исследования показал», что электропровод- ' ность для (Себ) 1_х(1п25з)х;' является анизотропной величиной.. Измерения, осуществляете для. РЛС п'ро£Одимсти, постоянно свидетельствовали о проводимости по меньшей мере. двух лор- " я иное величин "йиже г^х;'которые наблюдались для П1о и РЛ Ь . при ВО К. С увеличением температуры анизотропия,.в. В .уменьшается. Этот факт объясняется наличием,разлячныХ механизмов

ни, ограниченные объемными зарядами, Выполнение закономерное--

(где 1-*рае»эявие Между эяектропами, дЧОтйост1|. таца £ кйаяратичкзй обкрасти ВАХ, 2/пзл-напряжение, соответствующее прецеяьноыог заполнению ловушек) показывает, что механизм прохождения тока при малых уровнях инфекции об-улаэвлед мэнадодярноИ иадекодей.

Результаты исяедованяй БАХ в монокристаллах

5^) х проанализированы на основе существующих теорий индада^дану токвв 2 тЕерадх *ёлах, определены основные параметры лшргек,

В монокристаллах наблюдается эффет пе-

реключения. Эффе*г. здда^з^едря *»* ?

еыоокоомном, так и в низкзомнэм сэс* янии образцы находятся длительное время, Добавление примесей 1%$з в 0в5 до определенных концентраций (0,25 тц %) увеличивают пороговое поле переключения, а дальнейшее повышение концентрации примесей приводит к уменьшение порогового вояя,. уменьшает так выключения и увеличивает стабильность переключающих элементов. В структурах &-<бе5>х(1 %Зп экспериментальные значения пороговых напряжений (Мц) для различных температур хорошо укладываются на прямую в координатах /Ц^Т. Это сЕ^дедетеяьствует о там» что переключение из еысокоом-нйго состояния в низкоомнОе происходит яри совместном дейо-г теии электрического поля и температура.

Приводится результаты исследований локальных уровней методами ТОП в монокристаллах беб. активированных сесми-суяьфидами лантаноидов, КШ кристаллов (^еб^^СЬг^З^х . оадаздвает температурную область 100+270 Кв Приложение еяяь-йогаапектрического поля к при измерении ТОП

при 80 К максимум фототока находится ори 1,77 эВ и с ростом температуры пик ФП смещается в длинноволновую область оо скоростью ¿Е$Т^,5«1СГ*4 эВ/К.

При освещений кристаллов линейно-поля-

ризованным еветэм фоточувствительность обнаружи-

вает периодическую зависимость фзтоответа от угла между электрическим вектором световой волны £ й осями кристалла а и Ь , Азимутальные зависимости фотоотВета хорошо описываются обобщённым законом Малюса.

В спектре §П монокристаллов §5)х при темпе- '

ратурах Т>200 К в области длинных волн появляется примесный максимум при Я=970 нм. С ростом температуры интенсивность примесной фотопроводимости резко увеличивается, а его максимум не меняет место расположения. Увеличение примесной ФП с ростом температуры обусловлено термооптическим заполнением акцепторных уровней электронами и дальнейшим переходом их в зону проводимости под действием освещения»

В монокристаллах ((7е5)1_х(1пг53)х а' интервале температур 80+230 К наблюдаемая остаточная фотопроводимость (ОП), Кратность изменения проводимости яри различных температурах составляет 10-102, С увеличением напряженности электрического поля кратность ОЙ растет й проходит через максимум. При дальнейшем увеличении электрического 'поля (£Я О4 В/см) наблюдается спад ОП но темнового значения. Состояние ОП-проявляется при совместном действии света и электрического поля, после прекращения света ОП поддерживается электрическим полем. С ростом температуры кратность ОП уменьшается и полное-тю гасится при нагревании кристаллов вщце температуры 250 К.

Явление ОП в монокристаллах Х&б5)^(¿щЗ^к ■ хорошо

поглощения монокристаллов (GeS)j_xdLn2Sj)x исследованы при температурах 300 К и 7? К. Для уточнения характера переходов были проведены поляризационные исследования спектра коэффициента поглощения. Монокристалла (GeS)(Ln2 S5)x имеют два края поглооения: длинноволновой, соответствующий поляризации Ella и коротковолновой край; соответствующий поляризации Dlb.

Для Ella поляризации резкий рост коэффициента поглощения свидетельствовал о том, что край-полосы поглощения формируется прямым переходом. Это предположение подверждено тем, . что экспериментальные точки, построенное в координатах oi?'(U), соответствующих прямим межзонным переходом, хорошо яежатся на прямую. Определена- ширина запрещенной зоны и вычислен его температурной коэффициент с/Е/сГГ= -4*10"^ эВ/К. Эти значения хорошо совпадают со значением, определенными из других измерений.

С ростом энергии Фотоное коэффициент поглощения при -■ ЕНЬ увеличивается гораздо слабее, что свидетельствует о непрямом характере переходов. В непрямых переходах принимают участие фононы с энергией мэВ при 300 К. Следует от-

метить, что фононы о энергией 21 мэВ С?то=200 см""1) наблюдаются и в спектре инфракрасного 'отражения в монокристаллах GeS при Ellb поляризации. Термический коэффициент ширины запрещенной зоны при Eflfc орентации составляет

dE/dT» -з,§.ю~4 эв/к.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

I. Впервые синтезированы и получены монокристаллы (Ge5)j-_x(LilgЗ3)х, где ¿1?.- Се, Рг. Установлено, что эти кристаллы однофазны и кристаллизованы, как исходная матрица

фотопроводимости охватывает интервал 1,4+2,0 эВ. Установлено, что в спектре фотопроводимости наблюдается максимума соответствующие как прямым, гак и непрямым переходами. Введение примесей 53 приводит к возникновению эчувствлйюг»* г-центров, что увеличивают фоточувствительнэсть монокристаллов 6е5 , В монокристаллах (Се£)1_х(6'^65)х при высоких температурах (1x2001). имеет место примесная фотопроводимость.

6, В монокристаллах в широком интервале

температур (80*250 К) обнаружен« остаточная проводимость сэ значительной кратностью (100 ври 80 К). Показано, что ОН в этих кристаллах связана с существованием р. них неоднородностей и образованием рекомбинационногобарьера, Гашение ОП в сильных электрических волях и высоких температурах связано е уменьшением величины рекэмбинациэнного барьера,

?. Исследованы инфракрасвое спектры ртракения кристаллов # шнейш>~по.аяр»зованйом оВ&те/Днадиа впадгдев, проведен-'1 ный рря яомовд! метода Крм^йор^Йродаэ даавояий. вычислить • свектраяьные ммсмтм^^рМЦМ^. ярашн'

циаемости я Функции энергетических потерь, по .положениям максимумов с которых были найдены Частоты втъ$щт* и продольных оптических мод при пояяризации Е№ % соответ-. отвенно. Определены силы осцилляторов, высокочастотная и нвэ~ кочастотная диэлектрическая проницзаемости, ^>, •

8. Из анализа спектров поглощения при различных темпера-. / .■ турах уотаяовлеи форма пояэон пзгяавевия.ехсма вяактрокых переходов. Уотановлен.чтр край поласы пэрлвщент мовокриотвляэй (бе©&5>х Формируется прямыми - разрешенными переходами при £11 а и непрямыми разрешенными переходам пр« Оф .'В прямых разрешенных переходах приадюют участие фэнэн^ о анер-*

монокристаллах C(Je3) 1_}С(L)к, - В сборнике "Новые неорганические материалы", Баку, 1992,,с. 388-392, -

7. Murgusov M.I., Alekperov A.S., Ouseino"» В,I. The БЕЕ effect, on structural peculiarities an<5 optical properties of GeS single crystal, - ihe 14-th European Conf. on Crystal Physios ECIi-14, Hollona, 1902, p. 127.

8. Мургузов ШЛ. ', Гусейнов Д.И, Алекперов А.С. Температурная зависимость электропроводности -монокристаллов (Ge5)j_x(Lh^S3)x. - Тезисы докладов У республиканской научной -конференции по физике. Бзку, 1992, с.53.

9. MamedoV I.I»I*# Guseinov B.I,, Murguaov M»I,, Gesymov G.B. Phase analysis en<3 optical properties of (Gc3)

solid solutions. - Booklet of the .Abstracts XXX Annual Meeting of the European High-Pressure Research Group, Baku, 1992, p.83.-

Ю, Мургузов M.И.i Гусейнов-Д.И., Алекперов А.С. Фотоэлектрические свойства монокристаллов (Се5)|_х(1.пг55)х. - Известия Азгоспецуниверситета им. Н.Туси. Сер. "Естественные науки", 1992, I I, с. 92-101.

11,'MurCuzov H.I., Guseinov Б.I., Alekperov A.S. The switching effect in In-GcS:X,n-In structures»-The Inter:'., Conf. on J'icroelcctronies ICIJ-92, Turdsia, 1992, ¡p.98-101, . ■

12. З^усейноЕ Д.И.,' ВДургузов М.И., Хй лилов М.М. Остаточная фотопроводимость в монокристаллах GeS, - Тезисы докладов республиканской научной конференции "Физика -.93", Баку, 1993, ч, I., с. 18,

3 U U 1.1 A8I

Guaeynov Jangir Islara oglu

iij.B3a'ao?>iY3io-a, ;>i№OKWi<AiaAi. AHD O^I'JOAI aiOieiwpiES OF (SeS).jLrigSjJx SllfCUi' 3aY3iAJ.S

The present Theoia ia dcvatod to' obtaining the GeS single crystals activated by ceoquiBuifides of rare-earth elaments

,i>?) and carrying out tho, oompXec studies of current- • Voltage (I-U) chnracterintic, }, thorsiofiti-'iulnted con-

ductivity, photoconductivity, e.bnorption coefficient and IR reflection spectra of the above crystal's.

!fhe. following roeul'ta have beon obtainedt

•J. Sho (GeS).jjjn^Sj)^. single crystals have been ryjitho-sized and investigated for the first time, It has Wea found that the addition of iiigS^ GeS slightly increases the pax*a-maters of crya+al lattice, dec re aact- the welting temperature -of- GeS,-the «olubility limit atretohes tip to t<5 raol^o ,

2. 'i'ho niGChq,niem of current poaeage in.a nonlinear region of 1-0 characteristics in the 'obtained oiijgle crystals is at.tri- . buted to a monopolar injection. . , • '

3. It hab b6en found that ¡witching; onaffSet with the' S-typo otorage in fi-COeSii^C^a^S^J^W otructurea is due to filling up the trapping levels by iitjjoiitioa followed by electroa-theraal ionization'of these levels by a styoiig electric field, ;l

4'. She doping of GaS single erysrtals by lanthano^de impurity lead a to incraaae of pi10t0aensit4.Ti.ty and to, a residual photoconductivity with a considerable multiplicityi

5. I'hb XPi re fie ct iori, ppeatra! of. GeS o ryist ale haV© been- " studied and high-frequency and low-frequenoy dielectric con- . Ptants have been deberininsd. 'i'he mechanieat* of,-optiisal transitions,at the aboorption edge has baen establisiied from^ the ab-' corpfioa Bjwetiwm V- • ;

6» fi'hB pooeibilitiea '«f 4C'X-O&iV^^a8^* .«la^i»':-;

crystals afl an active element tics' jafb^Mo&'W^di*»^ vertaro have been revealed. '■■;••, ';.■'•■'. ]'" ■'} ^

®h® Sfeesia data have feeoi} published.]4ii A2/-pa'pers-. •'

^ у ... . , ..__- - ...... ■ - — —

Заказ 100. Тираж 100. Бесплатно.

Тип. АГПУ им. Н. Туей. Ул. У. Гаджибекова. 34;