Электрофизические, тепловые и термоэлектрические свойства структурно совершенных кристаллов CdSb и приборы на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ЧЕРШВЕЦЬКИЙ ДЕРЖУНIВЕРСИТЕТ IM. ЮР1Я ФЕДЬКОВИЧА

Р Г Б О Л На 1ТРавах РУК01ШСУ

' п n:¡e б

РАРЕНКО ГАША 1ЛАРПВНА

ЕЛЕКТР0Ф13ИЧН1, ТЕПЛОВ1 ТА ТЕРМОЕЛЕКТРИЧН1 ВЛАСТ1©ОСТ1 СТРУКТУРНО ДОСКОНАЛКХ КРИСТАЛ1В CdSb I ПР1ШДК НА ГХ OCHOBI

Q1.04.10 - фтзкка HaniBrrpoBinnuKíB i Д1електрккпв

АВТОРЕФЕРАТ дисерта^1Т на здобуття наукавсго ступеня нгядидата ф!зико-мат5маткчних наук

ЧЕРН1ВЩ - 1994

Дисертац1ею е рукотас

Робота виконана в Гнстатут: Термоелектрики HAH УкраГни та Чершвецькому держун1верситет! 1м. Ю.Федьковича

Науковий KspiBHKK - доктор ф1зико-математичних наук, професор. акздем!к HAH Украгни АНАТИЧУК Лук'ян Гванович

0®!uiflHi опоненти: доктор ф1зико-математичних наук, професор, академ!к АНВШ Укра1ни САВЩЫШЙ Володимир Григорович

доктор ф1зико-йатематичних наук, професор МЕЯЬНИЧУК Степан Васильович

Пров1дна установа: 1нститут нап1впрсв1дник1в HAH Укра1ни (М.КИ1В)

Захист в!дбудеться " 2? " сЬ-ска. 1995 р. о год. н^

зас{данн1 епец1ал}зозано! вчено! ради Д068.16.01 ЧерШвецькогс) державного ун1верситету iM. Ю-Федьковича.

Адреса: 274012, м.Чершвц!, вул.Коцюбинського, 2.

3 дисертаШею можна ознайомитись в науковП <31бл1отец1 Чер-> н!вецького державного ушверситету (вул. Леси Укра*нки, 23).

Автореферат роз i сланяй "2G » 1994 р.

Вчений секретар

спец1ал1зовано! вчено! ради /.'-Г' ' " Курганецький М.В,

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АктуалънЮть теми. Ф!зика термоелектричних явщ у твердих т!лах, збкрема, нап1впров1дниках, е науковим фундаментом для створення к!лькох клас!в прилад!в 1 пристрогв енергетики та метрологи. Це - генератори безпосереднього перетворення тепло во I енергП в електричну, електричн! термоохолоджувач1, вим!рн! прилади. Останн! охоплюють калориметр!*), термометрп!рометр1ю, актинометр!*», електровим!рну техн!ку. На винезгадан} прилади спостер!гаеться топит у всьому св1т1, що пост1йно утримуе високий р1вень досл!джень у галуз! термоелектрон!ки твердого т!ла. Серед основних актуальних проблем ц!е! галуз» эалишаються:

- розроска технологи, вивчення загальних ф!зичних властивос-тей та термоЕРС недоел !двених кристал!чних 1 аморфних матер!ал1в та створення нових тип!в термоедектричних прилад1в 1 пристрогв;

- вивчення процес1в генерац!I термоЕРС у них та створення нових тип!в термезлектричних прилад!в та пристроив;

- розроска ф!зико-технолог!чних принцип¡в створення наШвпро-в1дник!в 1 прилад)в на !х основ! з покращеними та стаб!льними термоелектричнзш параметрами ! характеристиками.

- розробка технолог! I термоелектричних пристро!в з мт1маль-ними матер!алылши затратами ! в)дходами виробництвз.

Ступ!нь досл!дженост! тематики дисертацЦ.

Як термопарнь особливо компвраторн!, нап!впров!дников! датчики, так 1 сенсори на баз! ан!зотропних термоелемент!в (АТ.) на час постановки даного циклу досл!джень перебували у розвитку ! ствсреня! Гх ф!зичшх, технолоПчних та конструктивна основ. Для Гх виготовлення найб!льш широко застосовувались монокристалл сур-м'янистого кадм!ю, у якому зосередилась ц!ла гама потр!бних влас-тивостей: великий коеф!ц(ент термоЕРС, наявн!сть його ан!зотро-п!!, технолог!чн1сть. Але залишались щэ не вир!шеними ц!лий ряд

\

задач. Ш - технологи високодосконалих лвгованих монокристал!в та чнстих 1 лвгованих проф!льованих кристал1в, як! необх!дн! буля для створення прилад)Е э екстремальнида 1 Ыдтворюваними'параметрами при м!н1мальних втратах матер!алу у вигляд! в!дход!в. Не однозначно трактувались енерг1я активац1 г, к Iльк1сть р 1 зновидно-стей, причини генерэцП при терм!чн!й ! механ!чн!й обробц! зраз-к!в влвсних електроактивних ючкових дефект1в. як! лежали в основ! деградацН ("стар!ння") ряду кристал!в чи прилад!в з СйЗй. Сенсорн! елеменги з СсШЬ можугь мати перер!з, р!внкй, 15*50 мкм, До сп(врозм(рно з товщиною порушеного шару, який утворюеться при звичайнШ обробц! цих кристалв, зв1дки 1 виникла' иеобхIдн1сть у методах "бездефектно!" обробки. Не суло прямих даних про фононний спектр взагвл! та про величину ! температурну залекшсть таких фундцментальних параметр1в саБЬ, як теплоемн1сть, теплопров1д-нють в област1 4+80 К, без яких як вивчення ф!зичних властивос-тей цих кристал1в, так 1 оптим)эац)я прилад1в на IX основ} не мо~ .гли бути завершен!; не використовувались в АТ для розширення 1х метро лог 1чних можливостей в 1Ч-технЩ1 ц!нн! оптичн! властивост! Сй5Ь. ВрахоБувчн вс1 ц! аспекти, сформульована мета роботи !-основн! -завдання дисертацп.

Мета роботи. Розробка технолог1I вирощування проф!льованих 1 легованих дом1шками високодосконалих монокристал!в Сс15Ь, вивчення Гх фундаментальних ф!зичних параметр{в та загальних властивостей з метою покращення 1снутих 1 створення нових термоелектричних та оптичних 14 прилад!в на !х основ!.

Зв1дси основн! завдання наукового досл!дження: - розробити чи покрашити ряд вакливих. елемент1в синтезу, вирощування чистих та легованих доМ!шками монокрястал!в .СйЗЬ високо! досконалост! поряд з дослШенням у них структурнш дефект!в ■ найб!льш !вформативними методами; досл1дкти вплив

способ1в обробки цих кристал!в на структурн!, композигЦйн) та електроф!зичн} параметри Их поверхневоГ облает};

- сгворити вШворювану технолог!» вирощування проф(льованих монокриоталИних зразк!в СсйЬ задано! " кристалограф!чно1 ор1ентагШ э метою скорочення к:лькост1 опера^й та вШод!в при виготовленн! з них прилад1в;

- визначити чи уточнит» енерНю активат1 акцепторних та донорних центров, пов'язагах з' власними дефектами, та причини "старения" монокристал!чних зразК1В СсВЬ } прилад!в на !х основ 1;

- провести розрахунок з перопривдшПв повно! та в1льно1 енергЯ, элемент {в фотонного спектру, температ^рног залежност! граткових теплоемност! сугр 1 теплопров!дност1 %гр Для кристаЛ1в СсБЬ та експериментальне гх визначення у межах 4,2 < Т < 100 К;

- провести досл!дження з метою створення прилад1в, де О одночасно використовувались оптичнь термоелектричн1 та' теплов1 властивост! кристал!в СсКЬ;

- довести розроСки до ДКР та сер!йного виробництва.

На захист виносяться:

1. Методика, елементи апаратури, технолог(чн( режими синтезу { вирощування чистих 1 легованих монскристал!в СсКЬ з заданими геометричними розм!рами для оптичних, термоелектричних та оптико-термоелектричних деталей 1' прилад1в ¡нфрачервоног техн{ки та результата доелгдженкя структурно! досконалост1 легованих монокристалле у залекност! в(д умов !х одержання.

2- Метода "бездефектно!" обробки повврхн! монокристал!в СОБЪ та дослШсення гI, досконалост; та елементного складу.

3. Розрахован* у гармон!чному наближенн! ! егсспериментально визначен! величина * температуря1 залежност1 теплоемност! та теплопров!дностг кристал1в С<КЪ в ¡нтервэл! Т=4,2+100 К.

4. Визначен) по магШтопольових ( температурних залежностях

гальваномагн 1 тккх властивостей та по 1нверс1 1 л!нН циклотронного резонансу при гел!евих температурах в р-СйБЬ вида акцептор1в, 1х енергЛ 1он1зац1Г та механ!зми розсПовання д!рок.

5. Поперечна термоЕРС, що виникав при опроМШеня! термо-електрично-ан^этропного нап1впров1днюса, у залеююст! в!д його оптичного пропускания.

в. Будова 1 технологи оптичних, термоелектричних та оптико-термоелектричних деталей 1 пршгад!в {нфрачервоно! техШки з оптим1зоЕаних 1 проф!льованих монокристал1в саэь, створених на основ! науково-техн 1чного доробку дисертац11.

Теоретична 1 практична ц!нн1сть досшдження. У . гармон1чному наблияенн! розрахован! фундаментальн; параметра кристал!в СййЬ - внутр}шня та в!льна енерг!я, гратков1 теплоемнЮть Су&р(Т) 1 тешюпров!дн1сть

По тешературних 1 магн)топольових ззлежностях гальваномагн I ттах властивостей р-СйБЬ 1 за данями циклотронного резонансу при низьких температурах показано, цо влектропров1 да 1 сть при 2+16 К зд!йснюеться двома типами д!рок.

Розроблен! ф!зичн$ основи одеркання високодоскокалих, задано! гоометрично! форми, чистих 1 легованих монокристал!в СйЗЬ з густиною дислокац1й ЛГд ~ 10 см-2 та способи "бездефектно!" обробки IX поверхн!, як! застосован! при виготовленн! термоелектричних 1 оптичних прилад!в.

Досл1даена поперечна термоЕРС в оптичнопрозорих термо- ■ електрично-ан1зотропних середовищэх. Запропонован! нов! ан1зо-тропн! термоелементи для детектування 1нфрачервоного виттро-мЮТвання в широких межах енергП 10~б « V < Ю2 Вт-см"г. Наукова новизна робота. При виконанн! дисертацИ: - встаковлен! ф!зико-технолог1чн1 законом¡рностI синтезу, легуваиня та вирощування структурно досконэлих чистих I 3

домшкйми монокристал!в СйБЬзадано! кристалограф!чно! ор!ентац!I та геометрично! Форш;

- встановлен! склад 1 структурна досконал!сть поверхнево! облает! кристал!в СйЗЬ у залежкост! в!д способу п обробки та умови утворення М1Н Шального порушеного поверхневого шару; '

- визначен! величина I температурив залежнЮть теплоемност! та теплопров1дност! кристал!в СсВЬ в облает! температур 4,2+ЮОК;

- визначена енерггя активэ'цП власних акцепторши р!вн!в у нелегованому СйЭЬ та мехзн!гми розс!ювавдя д!рок при низьких температурах;

- встановлена залежнють м!ж поперечною термоЕРС, яка вшш-кае в оптичво-проэорих тёрмоелектрично-анззотропних серэдовищах при IX опром!ненн!, 1 коеф!ц1ентом поглинання втором!нювання в них.

Р!вень реал!зацП, впровадкеггня науковше розробок.

Розроблена тэхнолог!я досконалих 1 ггроф!льованих монокриста-л!в СЛЗЬ дозволила усп1шно зэстосувати 1х у виготовленн! термо-електричних компаратор!в для вим!рювання параметр!в пост!йного ! зм!нного електричного струму, а також використати ГГ для трощу вання досконалих монокристал!в !нших нап1впров!дник1в групи ЛгВ5 1 АгВб та досЛ1дати хх властивост!.

Пластинчат! кристалл СОБЬ*застосоваШ для витотовлення висо-копрозорих, ст!йких проти деградацН !нфрачервоних довгохвильових тз ШтерференцШшх двокол!рних 1Ч-ф1.пьтр!в в ВДР-ДКР ЧДУ "Десант", "Тмпульс" та у виробах на ВО ! ЦКБ "Арсенал".

Розроблен! оптико-термоелектричн! АТ прох!дного ! в!дбиваю-чого типу, включаючи координатно-чутлив!, завдяки широким межам коптрольовано! ними променево! снергП Ю-6 ^ И ^ 10%*см~2 мають перспективу застосувагпш !х як» 1Ч-детектор!в для лазерного 1 пол гхромэтичного випром1нювання.

Розробленi метода "бездефектно!" обробки поверхонь зразк!в CdSb знизклк двградацИо оптичних та термоелектричних щшад!в 1 були застосоваш у технолог1ях деталей 1Ч-техн1ки на ВО "Арсенал"

Апроорц!я робота. Матер!али дасертацП допов1дались i обго-ворювались на окремих CTSfliax п виконання на 12 конференц!ях та симпоз!умах. Основнi з них: 6, 7 та 8 Всесоюзн! координац!йн! на-радк з матер!алознавствз наШвпрозгдникових сполук АгВ5 (Кам'я-нець-Под1Льсью1'Л - 1S84, Воронеж - 1987,. Черн!вЦ1 -.1990); Всесоюзна парада "Рентген", Черн!вц!, 1987; Twelfth European Crystallographlc Meeting, 1989; Всесоюзна конфоренц!я "Моделирование роста кристаллов", Рига, 1990; Укракнська конференц!я "Ф!зика ! технолог!я тонких пл!вок", Увгород, 1992; XV Пекарська нарада з теорН нап!впров!дник!в, Льв!в, Донецьк, 1992; First International Conlerence on Material Science, c.';ernivtsy, 1994.

Публ!кац!Г. Основн! аатер!али дисертацП онубл!кован! у 18 роботах i эгжрШлен! одним св1доцтвом на винах!д. Список основних степей приведений.в к1нц! автореферату.

Конкретней особистий внесок дасертанта у розробку наукових результат1в, що виносяться на захист.

Дисертанткою розроблен! ваюшв! елементи апаратури, техно-логин! режиш синтезу та вирощування чистих ! легованих проф!-льованих монокристал!в CdSb та !нших сполук групп АгВ5, А2Вб (закр1плено св!доцтвом на винах!д). Вс! досл!дження ф!зичних властивостей та створэння прилад!в проведен! на кристалах, вирощених 1 п1дготовлених автором. Розроблен! методи ix "безт, дефектно!" обробкп. Приймала участь у досл!дженн! структурних де-£ект!Е i у внесеннГ в1ддов1даих коректив у технологи. Провела розрахунок внутр!шньо1 ! в1льно! енерг!!, теплопроводность теплоемност! CdSb. Була 1н1ц1атором ' експеримент!в ' ! опрацювала

результата вим!рювань С7гр(Т), Xgp(T)- 1н1ц!атор досл!дкень гальваномагн!тних властивостей p-CäSb та циклотронного резонансу при низьких. температурах, приймала участь у п!дготовц1 експери-менту, oöroBopeHHf результата, нашсанн! наукових статей. Брала — участь в обрахунках результат!в AT прохЛдаого t внутр!шнього в!д-биваючого типу, у зам1рах ix параметр!в - детектуючо! здатност!, вольтватно! чутливост! тощо. Приймала участь у НДР, ДКР по проми-слово-придатних технолог!ях ! конструкциях оптичшх 1 термоелект-ричних прилад!в та доведение fx до виробництва.

Характеристика методологи, методу досл1даення предмету_i

об'екта. Вирощування кристал!в проводилось методами спрямовано! кристал!зац!1 i зонно!' плавки. Синтез сполук зд!йснювався на основ! Т-Х д1аграми cfäHy системи Cd-Sb. Для досл!дження струк-турних дефектiв та елементного складу кристален застосовян! добре вилробуван! метода рентгентопограф!f Берг-Баррета, Лапга, ЛКС, электронно! м!кроскоп!!' та електронного 0же-анал!зу. Для теоре-тичних досл!джень ф!зичних' параметр!в CdSb застосован! способи сучасно! теоретично! ф!зики, зокрема, метод псевдопотенЩалу. Для досл!дження гальваномагн!тних властивостей та циклотронного резонансу вккористана кр^остатна техл!к8 i методика XIPE HAH. В основу розрахунк!в AT прох!дного 1 внутр!шнього в!дОиваючого типу 1 ix конструктй покладен! ф!зичн! поняття. з теор!! ! практики звичайних AT та ф1зика оптичних середовшц. Досл!дження параметр!в оптичних деталей з OtiSb проведено на мётролог!чн!й апаратур! кафедри м!кро8лектрон!ки W та ЦКБ ВО "Арсенал".

Структура ! об'вм дисэртацП.

Дисертап!я складаеться з вступу, де подан! актуальн!сть,

мета, обгрунтування та постановка задач, наукова 1 практична

ц!нн!сть, положения, що захищагаться, апробац!я; чоткрьсх

ч

роздшв, за'гального обговорення, основних результатов 1 висновк1 в, додатку та списку л!тератури. Загальний об'ем роботи 155 стор1нок, включаючи 44 рисунки, 6 таблиць. Список л!тератури складаеться з 235 нагыенуванъ.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У встут обгрунтована актуальн!сть вибрано! теш, сформу-льован! мета ! основн! завдання робота, И наукова новизна, практична ц!нн!сть досл1даення, представлен! положения, що-виносяться на захист, короткий зм!ст розд!л!в та в!домост! про апробац!ю.

В паршому роздм зроблений огляд л1тературяих даних про д1аграку стану системи Сй-БЪ 1 метода; синтезу та вирощування чистюс 1 легованих кристал!в С(ЗЗЬ; розглянут! !х основн! нап!в-пров'1дников! властивост!, зокрема - електричн!, гальваномагн!тн1, оптичн!, термоелектркчн!, структура зонного спектру. Приведен! ф1зичшй! принцип функц!онування 1 використання ав!зотропних термоелемент!в (АТ) та нап!впров!дникових термопарних пере-творювач1в для вим!рювання параметр!в електричного струму.

В другому роздШ описан 1 розроблен! автором метода синтезу, легування дом Пиками 1 вирощування р1зних монокристал!в Сс13Ъ та метода обробки 1х поверхн!. Дано ■ обгрунтування 1 приведен! результата використання рентгентопограф!чних метод1в контролю досконалост! кристал!в в об'ем! } облает 1 поверхн! та ризначення електронним Оже-анал!зом складу приповерхневих шар1в. Розроблен! технолоПчн! способи о держания кристал'в, суть основного з яких виражазться у сл!дуючому (по формул 1 предмету винаходу) - спосЮ одэряання монокристал1в антимон1ду кадм1ю, який включае його синтез при нагр!в! компонент!в до 460-470°С, посл!дуючу спрямовану кристал!зац1ю розплаву на затравку при п!дтримц!

температура крнсталу в межах 380-480°С 1 йога оюлодонн!, що в!др1вняв,гься в!д в!домих тим, що з метою п!двищення продуктивном! прац! шляхом одаочасного одержання двох 1 С1лыпе кристал1в наперед задано1 конф!гурац!1, кристалограф!чног ор!ен-таци 1 розм!р!в кристал!зац1ю проводять у зб1рному контейнер!, виготовленому з нейтрального матер1алу, який не змочуеться розплавом, з пороанинами, що мають форму необх!дних кристал!чних заготовок, який розташовують посл!довно з затравкою таким чином, що Шсля утворення розплаву СсЗБЬ у вакуум! в!н закривае вс1 виходн з порожнин контейнеру, куди його вводить уже п!д тиском 1-50 атмосфер 1нертного газу (до повного 1х заповнення). Описан! р!зновидаост! способу з використанням зонно! плавки для одержання легованих дом!шками кристал!в. Тут для створення сприятливих кристал1заЩйних умов при зонному вир!виованн! вюсористовувались дв! затравки по краях контейнера.

Для внесения корекцН у процеси вирощування чистих 1 легованих кристал!в, а такоя з метою визначення якост! зразк!н для ви-користання, ус! гх технолог!чн! реккми супроводжувались досл!дае-нням структурно! досконалост! р!зними рештентопограф!чннми методами, 'як Берг-Баррета, Ланга. Зв!дси визначен! меж! концентрац!! вводимих дом!шок, коли 'ще монна одеряати досконал! монокристали, як! для ^,1п,Те,ве,0а не повинн! перевищувати 0,05+0,005 % ат.

3 метою визначення причин зм!ни пераметр!в тонких зразк!в СсЕЬ з часом було застосовано к!лькэ р!знйх метод)в обробки ?х поверхн!. В результат! контролю степей! поруиеного шару шляхом е-сканування з використанням ДКС показано, що найменша глибина поруиеного кару Н ^ 1 мкм досягаеться при х!м1ко-мвхан1чн1й гол!ровц: з використанням комПозиц!й.з аМШоетокЫаеросглом. Тут наИвпшрина кризих гойдання для р!знях кристалограф!чма плодил знаходилась у мекэх ю,5" + 24", що п!дтверджувало мэлу сумарну

густину дефект!в. Оже-спектральний анал1з показав, що приповерх-нева область кристал!в СбБЬ зб!днюеться найб1льше кадм!ен ! Частково сурмою, зОагечуеться киснем. Глибина, чього шару "залежить в!д спосоОу обробки поверхн1 I лежить в мехах в1д 50 до сотень ангстрем. Таким чином, стало зрозум(ло, що зм1на властивостей зразк!в найб!льше пов'язана з! зм1Ною стеххометр!? в облает! поверхн1, де ¡нтенсивно можуть утворюватись вакансП кадм!ю, як! слухать акцепторами.

В третьому розд1л} дослгджуються динам!чн!, термодинам!чн1 ' та теплое! властивост! СсКЬ. в робот! використаний метод емгприч-ного псевдопотенщалу. На його основ! була розрахована повна енерг!я кристалу в другому порядку теорН збурень. В повн!й екер-г1I були врахован! електростатична енерг1я взаемод!! точкоьих !о-н!в в газ! валентних електрон1в ! кореляц!йна енерхм я електро-Н!в в форм! Нбз'ера-Пайнса. ПсевдопотенШал виоирався у форм! Хейне-АСаренкова, опробуваний при розрахунках електронно! зонда I структура СдБЬ. В ад!абатичному наближенн!, обмежуючись гармон!ч-ним розкладом ефективного потенц!алу по малих змИценнях, проведено розрахунок силових пост!йних та динам!чно1 матриц! (розм!рчос-т1 48«48). Власн! значения останньо! 1 дають шуканий коливний спектр. В данам!чн!й матриц! (<?), де а,0 = 1т,у,г), .8,5' -номери атом!в в елементарн!й ком!рц!, 3 - хвильовий вектор; ' • сумування проводилось до найближчих ком!рках, що вшовше ковалентному вкладу. 1онний вклад оц!нювався за методом Бвальда.

Завдання пошуку власних фононних частот ыСц) зводилось до розв'язку секулярного.р1вняння:

Отриманий фононний спектр ш^(^) був використаний для розракунк!в температурних залекностей тегоюемност! Су{Т) та гратковог тепло-

пров1дност1 х(Т) CdSb в рамках ан1зотропно! моделi Каллуея для облает! низьких температур. В наслиженн! часу релаксац!! враховано процеси фононного розс!ювання на точкових дефектах, гранщях кристалу, дислокац1ях, U- та ff-процеси.

Теоретично розрахован! термодинам!чн1 властивост! CdSb добре узгоджугаться з наявними експериментальними даними, одрежаними при визначенн! CV2p(T) та %2р(Т) динэм!чним методом.

Окремо розглядалось питания природнього стар!ння CdSb по 3MiHi температурних та магн!топольових залежностей коеф!ц!енту Хола (Л) i npoBiflHocTí (а) при низьких температурах. Показано, що в результат "стар!ння" в нэлегованих зразках антимон!ду кадм!ю в!дбуваеться зб!льшення концентратí м!лних акцептор!в, зумовлених структурними дефектами кристал!чно! гратки. Внасл1док цього- з'являеться дом!шкова зона, i пров!дн!сть при гел!евих температурах здШснюеться д!рками валентно! та дом!шково! зон. Магн!топольов! залежност! R та о у вих!дному зразку виявляють ефект магн!тного вжорожування д!рок на акцептори.

Проводилось вивчення двох р!зяих тип1в 1нверсН л!н!Г ЦР, що спостер1гаеться в CdSb. 1нверс1я при малих густинах струму 7 св!дчйть про те, що пров!дн!сть в сурм'янистому кадмП при гелтевих температурах здШснюеться по крайн!й Mipt двомз типами Д7рэк i лоЕ'язана !з гм!ною В1ДН0шешя !х пров!дностей, чи концентрац!й. 1нверсЛя при великих 7 обумовлена зм!ною механ!зм!в розсЛованкя.

' У четвертому розд!л! розглядаються особливост! термоелекг-ричних явщ у оптичяо прозорих термоелвктрично-ан{зотропшх кркс-талах та ан!зотропн1 термоелементи з врахуванням коеф!ц!ент!в вгдбивання, поглинання та пропускания кристал!в,(} з тих. вони створюються.

Специфичн! властивост! CdSb, на якому можливе високв огггичне

г<г

пропускания Т аа краем власного поглинання (А.=2,6+30 мкм), яке на проев!тленик зразках досягае до 95-96$, при значим!« ан!зотро-п!1 термоЕРС ! мал1й теплопров!дност!, дозволили запропонувати, розробити ! досл!дити ряд АТ 1з використанням оптичнюс власти-востей цих кристал!в. Принцип роботи даних АТ полягав в тому, що променевий пот!к може в основному проходати через АТ наскр!зь, чи виходити з нього при в!дбиванн1 в!д протилекно! ст!нки АТ при частковому поглинанн! в!льними нос1ями, Це дозволяв використо-вувати АТ для вим!рввання параметр!в променевих поток!в не т!льки по потужност! ! енерг!I, а ! по розпод!лу чи локал!зацп енерг!I.

Приводяться розрахунки ЕРС ! ККЛ АТ з врахуванням оптичних характеристик його матер!алу. Розглянуто будову АТ, що д!е в реким! внутр!шнього оптичного в1дбивання. В залежност! в!д конкретного випадку в!дбиваюч!й гран! АТ надають потрюну форму -в1д випукло-ув!гнуто! до пилкопод!бноI. При цьому в!дпадае потреба в оптнчно прозорих теплов!дводах ! клеях, що приводить до значного-зб!льшення густини енерг!!, яка проходить через АТ, а такок до спрощення конструкц!! термоперетворювача.

Як один з можливих вар1ант!в приводиться АТ, внхонаний у вигляд1 трикутно! р!внобедрено! прямокутно! призми з довжиною а ! сторонами Ь=с з оптично прозорого термовлектрично ашзотропного матер1алу. Нижня д!агональна грань призми через д!електричний тешюпров!дний шар знаходаться у теплоконтакт! з теплов1дводом з температурою Г=То, а на торцевих гранях (в ад!абатичн!й *!золяц!Г) розташован! електровиводи. р1вном1рний пот1к випром!нювання гу-стиною проникаючи через (а«с)-грань, в1дбиваеться дал1 в!д дзеркального шару ! виходить через (а*Ь)-грань АТ. Максимальна значения ЕРС рпостер!гав,Лся, коли кристалограф!чн! ос! наврав-лей! до вх!дно! поверхн! призми п!д кутом <р=45°. Приводяться парамвтри АТ як приймач!в променевих потоков в режимах оптичнош

пропускания 1 в!дбивання, вольтватна чутлив!сть Я, потужн!сть екв!валентного шуму РиЕР, пост!йна часу т, максимально значения густини променево! енергп д, що рееструеться.

Приводиться теоретичне досл!дження розпод!лу ан!зотрогшого термоелектричного поля для вшгадку, коли перер!з падаючого випро-м!нювання менший за площу робочо! гран! АТ, яке показуе, що величина 1 знак його поперечно! складово? характеризуемся як м!сцем знаходкення тепловоГ плями, викликано! випромШюзанням, так ! координатами розташувзшя струмовнх контакт 1в. Такий АТ може служите основою для створення координатно-чутливого датчика неселективного I селективного вилром!тшвання.

Приведен! конструкцП р!зних вгэр1внт1в прох!дного в1дбиваю-чого та координатно-чутливого АТ, результата досл!дження IX характеристик 1 параметр1в.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ I ВЙСНОВКИ 1. В результат! технолог!чного пошуку 1 застосування рент-гентопогрэ<р(чиих метоД1В контролю систеии дэфект!в встановлено, що найО!лъга структурно досконал! чистт 1 легован! дом!шкаш монокристали СсЗБЬ задано! кристалограф1Чно! ор!ентац!1,-геометричноГ форми, розм!р!в 1 одночасно в Потр!бн!й к!лькост! можна вирощувати в!д затравок у формуючих порошшнах тонкостгпних зб!рних контейнер1в спрямованою кристал!зац!ею ! зонною плавкою. При зонному вирШгованШ для одаор!дност! кристал!зац!1 застосовуються дв! затравки по краях Контейнера, одна з яких сплавляеться при останньому зонному проход!, швидк!сть якого не повинна перевищувати 0,5 см/год. Максимальна допустима концентра-ц!я вводамих дом!кок Ag, Те, 1п, йе, Оа, при як!й ще Ебер1гасться монокристал!чн!сть зразк!в СйВЬ, повинна не виходити за меж! 0,05-0.005 % ат. Дом1ики, тетраедричний рад!ус атом!Е яких мегшгай

теза такого у са 1 БЬ, сприяють росту малодислокаШйних монокристалл СйБЬ з .Уа«10 см"2, цо п!дтвердаено I чисельними "маят-никовими" смугами на рееттенограмах. Розроблен! техшлог!чн! метода були застосовал1 ! дали позитивний результат при одерканн! 1нших мйнокристал!в групп АгВ5 та АгЬв.

2. На основ! досл!дження структурно)' досконалост1 рентгено-дифракц1йними методам;! з використанням ДКС по Шкових значениях криви гойдання та елементного склада еле.ктронним 0же-анал!зом поверхневого шару кристал!в СбЭЪ П1сля р!зних способ!в 1 режим!в обробки встановлено: в залекностг й!д методу обробки товщина Л мэхан!чно порушеного шару зм1иметься в межах 2 « Л ^ 25 мкм, а м1н!мальна його тоыдина Н < 1 мкм досягаеться при Х1М1Ко-механ!чн1й обробц! композит ями колошюго кремнезему; при цьому пов;-рхнева область з01днюеться кадм!ем 1 сурмою, 1 збагачуеться в

о

основному киснем на глибину до 30+100 А.

3. По магн}топольових та температурних залежностях гальваяо-магн!тних властивостей та циклотронного резонансу при низьких температурах зразк!в р-савь, як! пройшли р!зну обробку або вигримзн! довгий час на пов!тр1, встановлено, що "деградация" гх властивостей, яка виражаеться у зб1льшенн! з часом електропров!д-ност!, пов'язана з наросуанням концентратI власних точкових де-фект!в. При гел!евих температурах електропровгда!сть здШснюеться д!рками валентно! 1 дом!шково1 зон. Визначено енергИ 1он1зацН акцептор1в та вида розс!ювання дхрок в межах 2+16+200 к!

4. Поск!льки елементарна ком!рка кристалу СсйЬ нараховуе 16 атом!в, то розрахунок його ф!зико-механ!чних 1 термодинам!чних параметров зд!йсюовався першопринцюшим методом псевдопотенШалу. 3 використанням наближення Борна-Оппенгеймера та гармонПгного наближення розрахован1 елементи коливного спектру у головних напрямках'зони Бр1люена,-внутр{шня 1 в1льна,енерг11, теплоемн1сть

та а'еплопров1дн1сть, як функцП температуря. Експериментально визначен! залежност! Суар(Т) 1 в межах 4,2 ^ Т ^ 100 К.

Одержано узгодкення теоретичних даних з експериментом.

5. Проведен! досл!д:кення -антзотрошг термоЕРС на кристалах СсйЬ з р2зним коефкизктом псглинання а випром!готвання за краем власного поглинання показують, то, використовуючи р!зну величину а, вдаеться значно роЕШирктк мезк! енергп випром!нювання, яка коже детектуватись АТ г СйЭЬ: (1£Гб$ V/ < юг Д;к/смг). Проведен! розрахункк ан!зотропно* термоЕРС та !кших параметр!в таких АТ, як! здатн! функцЮнувати як при значному нзскрхзному пропускают! променевкх яоток!в, так ! з Бнутр(п:н/м Гх в!дбипзнням. Створен! в!дпов!дн! зразки АТ для детехтування 1Ч-5ипром!нювання. Розглянуто лринщот будови координатно-чутливого АТ.

6. Результата технологЧчних розробок 1 ф!зичних досл!джень, зд^йснених при виконанн! дисертацН, дозволили створити високо прозорг 1 недегродуюч! детал! лнфрачерЕоно! оптики як граничн! довгохвильов! >- 2,6 йкм), та ШтерференщЯн! ф!льтри з смугами пропускашя в межах 2,6 ^ X $ 30 мкм та Шдвищеног над!йност! компаратори з використанням проф!льованих кристал!в, детекторн! АТ прох!дного ! в!дбиваючого типу. Розробки дисертапИ використо-

•вувались при виконанн! ряду НДР-ДКР як "Десант", 'Чмпульс", "БРС", знайцли застосування в экспериментальному досл!дному ! сер!йному виробництвт ггристроГв !нфрачервоно! технШь

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТ!* ДИСЕРТАЦ1I ВИКЛАДЕН1 У РОБОТАХ

1. А.А.Ашоулов, И.В.Гуцул, А.И.Раренко. Анизотропный элемент внутреннего оптического отражения //Укр.физ.ж. - 1993. - Т.35, вып.6.- С.923-928.

2. А.И.Раренко, А.В.Сирота, Д.Д.Халамейда. Инверсия линии циклотронного резонанса дырок в ССЗЬ, наблюдаемая по изменении' ста- .

тической проводимости //Физ.и техн.полупровод. - 1993. - Т.27, вып.6. - С.851-853.

3. А.А.Ащеулов, А.Б.Беликов, А.И.Раренко. Поперечная термо-вдс, обусловленная анизотропией теплопроводности //Укр.физ.ж. 1993. - Т.38, ВЫП.8. - С.1226-1231.

4. Б.Н.Грыцюк, А.И.Раренко, А.В.Сирота, Д.Д.Халамейда'. Изменение гальваномагнитных свойств нелегированного антимонида кадмия при естественном старении //Физ.и техн.полупровод. - 1993. -Т.27.ЕЫП.9. - С.I541-1544.

5. А.А.Ащеулов, В.В.Беспалыга, А.И.Раренко. Коордаагно-чувстви-тельный анизотропный термоэлектрический приемник излучения // Оптический журн. - 1994. - вып.2. - С.53-54.

6. Б.Н.Грыцюк, О.Н.Крылюк, С.А.Попова, А.И.Раренко, В.П.Шафраник. Обработка поверхности антимонида кадмия для приборов ИК-оптики и электроники //Вопр.оборонной техн. - 1989. - Сер.17, вып. 2(24). - С.26-28.

7. А.А.Ащеулов, И.В.Гуцул, А.И.Раренко. Анизотропный радиационный термоэлемент, действующий в реясимо внутреннего отражения // Оптический »урн. - 1993. - вып.4. - С.78-79.

8. В.И.Бодаарук, А.И.Раренко, В.Ф.Бердега. Способ получения монокристаллов антимонида кадмия. А.С. N311056, зарегистрировано е Госреестре изобретений СССР 02.04.1990. (

9. В.Г.Дейбук, А.И.Раренко, А.А.Ащеулов, В.А.Шендеровский. Динамика решетки и тепловые свойства CdSb //Препринт ИФ АН УССР. -1991. - 15.' - 18 с.

г

Rarenko A.I. The. electrophysical, heal and thermoelectric

properties oi perfect structure crystals or CclSb and devices on

their baoe.

Thesis lor a Candidate of Physics and Mathematics In 01.04.10 -

Semiconductor and Insulator Physics, Chernlvtsi State University, Chernlvtsl, 1994. ' .

The dissertation submitted 18 research works, which contain the results of: a) the elaboration of the obtaining of pure and doped profiled perfective monocrystalg of CdSb; b) the investigation of Btructure defects by X-ray topography; c) the phonon-spectrum calculations, theoretical and experimental determination of temperature dependence of thermal conductivity and heat capacity; d) the investigation of galavanomagnetlc properties and thermoiMF - anisotropy accounting the optical pararr.aters of CdSb. There were described created optical and thermoelectric devices for infra-red technique.

■ Раренко А.И. Электрофизические, тепловые и термоэлектрические свойства структурно совершенных кристаллов CdSb и приборы на их основе.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков, Черновицкий госуниверситет, Черновцы, 1994. Защищается 1 в научных работ, которые содержат результаты: а) разработки технологии получения чистых и легированных профилированных совершениях монокристаллов CdSb; б) исследования в них структуркга дефектов рентгенотопографией; в) .расчета фононного спектра, теоретического и экспериментального определения температурной зависимости теплопроводности и теплоемкости; г) исследований гальваномагкитннх свойств и анизотропии термоЭДС с учетом ошггческих параметров CdSb. Описаны созданные оптические и термоэлектрические приборы для техники.

Нлючов! слова: монокристалл, рзнтгентопографхя, теплоемн!сть, т9плопров1ДН1сть, ан!зотропна термоЕРС, 1нфрачервона г-""