Энергетический спектр радиационных дефектов в сплавах Pb1-xSnxSe, облученных электронами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М- В. ЛОМОНОСОВА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В СПЛАВАХ Рь^хЗПхЗе, ОБЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОН/ЛИ

01- 04-09 - Физика низких температур и криогенная техника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени каняилата Физико-математических наук

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

УДК 621- 315. 592

Москва, 1995 г.

Работа выполнена на кафедре Физики низких температур и сверхпроводимости Физического Факультета Московского Государственного университета им. М- В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор Физико-математических наук.

доцент Е. П. СКИПЕТРОВ

Официальные оппоненты: доктор Физико-математических наук,

профессор А. Н- КОВАЛЕВ

кандидат Физико-математических наук, старший научный сотрудник С- В.КУВШИННИКОВ

ведущая организация; Московский государственный институт

радиотехники, электроники и автоматики, г. Москва

на заседании Специализированного совета иг(К- 053.05- 20) отделения Физики твердого тела Физического Факультета МГУ им-М. в. Ломоносова по адресу: 119899. гсп, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Физический Факультет, криогенный корпус, ауд. 2-05-

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического Факультета МГУ.

Автореферат разослан ** ^ * ~г-Ч 1995 г.

Зашита состоится

и

. С ^ 1995 г. в * ** часов

Ученый секретарь Специализированного Совета N2 ОФТТ К. 053. 05- 20 в МГУ им- М- В. Ломоносова доктор Физико-математических наук

г. с. ПЛОТНИКОВ

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Исследование энергетического спектра и природы радиационных дефектов в полупроводниках является одной из важнейших задач современной Физики твердого тела, подобно собственным структурным дефектам и примесям, структурные дефекты, возникающие при облучении быстрыми частицами, в значительной степени модифицируют энергетический спектр полупроводника и позволяют эффективно управлять электрофизическими, оптическими и Фотоэлектрическими свойствами исходных кристаллов. Кроме того, эблучение быстрыми частицами может приводить к образованию новых типов дефектов (точечные дефекты, комплексы, кластеры) не типичных пля равновесного состояния кристалла и позволяет получать *атериалы с новыми Физическими свойствами, которых невозможно юстичь другими способами.

К проблеме энергетического спектра радиационных дефектов «посредственно примыкает другая важная для Физики полупроводников 1Роблема - проблема глубоких и резонансных уровней в юлупроводниках- Лело в том, что типичные радиационные дефекты в юлупроводниках характеризуются сильно локализованным потенциалом гзаимодеиствия. Поэтому метод эффективной массы оказывается «применимым и для расчета энергетического спектра дефектов, :трого говоря, необходимо знать законы дисперсии для электронов различных энергетических зон в пределах всей зоны Бриллюэна.

В настоящее время наиболее изученными с точки зрения эадиационных воздействия полупроводниками являются кремний и 'ерманий, а также ряд полупроводников групп а3В5 и а2В&. 'зкошелевые полупроводники и, в частности, полупроводники группы Ив6 исследованы гораздо хуже и природа радиационных дефектов в )тих материалах пока не ясна.

К началу выполнения настоящей работы из всех полупроводников "Руппы А4вб достаточно подробно и систематически исследовались 1ишь сплаЕЫ РЬ1-хЗпхЗе п-типа. облученные быстрыми электронами. ;ыло установлено, что электронное облучение приводит к ¡озникновению в энергетическом спектре сплавов зоны радиационных [еФектов положение которой относительно краев разрешенных зон > Ь зависит от состава сплава. В этих материалах были обнаружены 1ереходы типа металл-диэлектрик, индуцированные электронным >блучением и гидростатическим сжатием, и определены основные

- С. -

параметры зоны локализованных состояний, индуцированнор электронным облучением (скорость генерации радиационных деФектоЕ <аи1/йФ, энергетическое положение и ширина зоны о).

Однако эти результаты были получены лишь для двуг Фиксированных составов сплавов (х.=0- 125, О. 25) и не позволяла однозначно прогнозировать поведение зоны радиационных дефектов Е^ в широком диапазоне изменения содержания олова в сплавах. Кроме того, оставались неясными вопрос о зависимости параметров зонь радиационных дефектов от состава сплава и концентрации радиационных дефектов, механизмы проводимости в диэлектрической Фазе облученных электронами сплавов, кинетика накопления и природа (микроскопическая структура) радиационных дефектов в сплавах РЬ)-хЗпхЗе-

Цель работы. Общая задача настоящей работы состояла в исследовании влияния облучения быстрыми электронами и последующего гидростатического сжатия на электрофизические свойства нелегированных сплавов РЬ[-хЗпхЗе с прямым (Е8>0) и инверсным (Ей<0) спектрами с целью получения дополнительной информации оС энергетическом положении и структуре зоны радиационных дефектов е этих сплавах и построения модели энергетического спектра облученных электронами сплавов во всей области существования кубической Фазы сплавов РЬ1-хЗпхЗе(0*х*0- 43)•

Конкретные задачи исследования включали в себя:

1. Исследование влияния облучения быстрыми электронами и последующего гидростатического сжатия на электрофизические свойства сплавов п- и р-РЬ1-хЗпхЗе (хШ-07) с целью обнаружения резонансных уровней радиационных дефектов и изучения структурь зоны резонансных состоянии, расположенной в зоне проводимости сплавов.

2- Исследование влияния облучения быстрыми электронами нг электрофизические свойства сплавов РЬ;-х3пх3е(х=0- 2. 0-34) п- и р-типа с инверсным спектром (Ее<0) с целью определения параметрОЕ уровня радиационных дефектов и построения диаграммы движения уровня относительно краев разрешенных зон в Ь при изменен™ состава сплавов.

3- Применение метода спектроскопии с помощью давления для исследования структуры резонансной зоны радиационных дефектов, расположенной в валентной зоне сплава РЬ1-х5пхЗе(х=0- 34),

- 3 -

Облученного электронами.

4. Исследование кинетики изменения концентрации электронов в облученных электронами сплавах Р1>1-хЗпхЗе(х=0.2, 0.25) в окрестности перехода металл-диэлектрик. индуцированного электронным облучением, и определение основных параметров зоны радиационных дефектов в этих сплавах.

научная новизна и положения, выносимые на защиту- В настоящей заботе впервые исследовано влияние облучения быстрыми электронами (Тобл«300 К, Е=6 МэВ, Ф17- 1•1017 см"2) и последующего 'идростатического сжатия (РМ8 кбар) на электрофизические свойства 1елегированных сплавов РЬ1_хЗпхЗе(0!х!0.07, к=0-2. 0.34) п- и р-?ипа.

В результате проведенных исследования в работе впервые:

1. Предложена модель энергетического спектра облученных ¡лектронами сплавов РЬ1-xSnj.se во всея области существования :убическоя Фазы (хЮ. 43). предполагающая возникновение при >блучении зоны радиационных дефектов Е^ положение которой >тносительно терма Ьб~ зависит от состава сплава и не зависит от [авления - (87-250-х) мэВ.

2. в рамках предложенной модели путем сравнения 1кспериментальных зависимостей концентрации носителей заряда от :отока облучения и давления с теоретическими определены основные :араметры зоны радиационных дефектов (скорость генерации |адиационных дефектов при облучении «И^/аФ, энергетическое оложение середины зоны Е*. и ширина зоны о) в сплавах РЬ1-хЗпхЗе х = 0. 07, 0. 2, 0. 34).

3- Обнаружено уменьшение скорости генерации радиационных еФектов при глубоком электронном облучении сплавов п-Р£>1-хЗпхЗе х=0.2, 0-25), предложена и обоснована модель, согласно которой сновным механизмом деФектообразования в исследованных сплавах вляется образование комплексов первичных радиационных дефектов со труктурными дефектами, характерными для исходных кристаллов.

4- В сплавах Р1>1-хЗпхЗе(х=0, 0-03), облученных электронами, бнаружен глубокий уровень радиационных дефектов 1« асположенный вблизи потолка валентной зоны 1*6 Построены нергетические диаграммы движения уровня относительно краев азрешенных зон в I. при изменении состава сплава (х!0-06) и под авлением и показано, что облучение электронами приводит к

возникновению в энергетическом спектре сплавов двух глубоких уровней Et и Et1. связанных, по-видимому, с различными типами радиационных дефектов в Pbi_xSnxSe.

практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что:

1. Полученные в настоящей работе экспериментальные данные по влиянию облучения быстрыми частицами на электрофизические свойства сплавов Pbj-xSnxSe, а также модели энергетического спектра облученных сплавов, предложенные в работе, могут быть использованы для эффективного управления параметрами исследованных материалов и приборных структур на их основе, а также могут позволить прогнозировать пределы работоспособности приборных структур на основе полупроводников А^В6 в условиях проникающей радиации-

2. В работе продемонстрированы возможности понижения концентрации свободных носителей заряда и перевода в диэлектрическое состояние сплавов Pbi_xSnxSe(OixiO. 03, х=0-2) с помощью облучения быстрыми частицами- эти результаты могут быть использованы при изготовлении согласованных по параметру решетки изолирующих подложек для эпитаксиальных пленок и приборных структур на их основе, при изготовлении Фотоприенников ИК диапазона с повышенной радиационной стойкостью.

Апробация работы- Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались"на II Всесоюзном семинаре "Примеси и дефекты в уэкозонных полупроводниках" (Павлодар, 1989 г- ), IV Международной конференции "Высокие давления в Физике полупроводников" (Порто Каррас, Греция, 1990 г-), VIII Международной конференции по тройным и многокомпонентным соединениям (Кишинев, 1990 г. ), Семинаре "Примеси, дефекты и деградационные явления в полупроводниковых материалах и приборах" (Ленинград, 1991 г.), XIV научном семинаре "Влияние высоких давлений на вещество" (Бердянск, 1991 г.). Ill всесоюзной научно-технической конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников" (Черновцы, 1991 г.), I международной конференции по материаловедению халькогенидных и алмаэоподобных полупроводников (Черновцы, Украина, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ- Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из

введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Первая глава содержит литературный обзор по теме исследования, вторая глава -описание экспериментальных методик, применяемых в работе, а каждая из последующих трех глав содержит оригинальные результаты, полученные автором. Объем диссертации - И2 страниц, включая 45 рисунков, 4 таблицы, оглавление и список литературы из 82 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной заботы, формулируются цели работы и конкретные задачи «следования, отмечается научная новизна и практическая ценность шссертапионной работы, а также положения, выносимые на зашиту.

В первой главе представлен обзор литературы. В нем усматривается зонная структура и закон дисперсии носителей |аряда в окрестности ь-точки зоны Бриллюэна для сплавов >Ь1-хЗпхЗе. Представлены результаты теоретических работ по расчету >нергетического спектра собственных точечных дефектов в :алькогенилах свинца и сплавах на их основе- Приведены результаты «спериментальных работ по изучению влияния облучения быстрыми |Лектронами на электрофизические свойства сплавов РЬ]_х5пх5е(Те). тмечается, что на основании полученных экспериментальных данных ыла предложена модель энергетического спектра сплавов Р£>1-хЗпхЗе. блученных электронами- Согласно этой модели электронное облучение оздает в энергетическом спектре сплавов незаполненную электронами ону локализованных состояний, имеющую конечную ширину. Положение ередины этой зоны относительно дна зоны проводимости и потолка алентной зоны зависит от состава сплава и давления.

во второй главе дано описание используемых в работе кспериментальных установок, методики подготовки образцов к змерениям и облучения кристаллов РЬ1-хЗпхЗе быстрыми электронами, писана установка для измерения температурных зависимостей цельного сопротивления и коэффициента Холла в слабых магнитных элях (В<0- 05 Тл) низкоомных и высокоомных образцов в диапазоне ;мператур 4-2 К*Т*300 К, а также осцилляции магнитосопротивления зФФект шубникова-де гааза) при гелиевых температурах в диапазоне 1гнитных полей В!7 Тл. Описана методика получения и измерения простатических давлений до 20 кбар. Указаны основные параметры

исследованных образцов, описаны процедуры подготовки их к измерениям. Приведены параметры режима облучения исследуемых образцов быстрыми электронами-

в третьей главе исследовалось влияние облучения быстрыми электронами и последующего гидростатического сжатия на электрофизические параметры сплава Pbi-xSnxSe(х=0-07) п-типа.

Установлено, что при облучении электронами удельное сопротивление исследованных образцов при Т=4-2 К увеличивается примерно в 2 раза, коэффициент Холла при Т=4- 2 К сначала не изменяется, а затем увеличивается не более, чем на Ю'/. Температурные зависимости удельного сопротивления и коэффициента Холла имеют металлический характер во всем исследованном диапазоне потоков облучения, такое поведение электрофизических параметров свидетельствует об уменьшении подвижности электронов и медленном уменьшении концентрации электронов в образцах при облучении.

Под действием давления как в необлученном образце, так и в образце, облученном электронами, происходит монотонное увеличение удельного сопротивления при Т=4-2 К, причем с ростом потока облучения зависимость р(Р) становится более сильной- С ростом потока облучения меняется характер зависимости коэффициента Холла от давления. В необлученном образце величина Ец при Т=4.2 К практически не зависит от давления, что свидетельствует о неизменности концентрации электронов. в образце, облученном электронами, абсолютная величина Rh при т=4.2 К увеличивается в несколько раз, указывая на уменьшение концентрации электронов под давлением.

Аналогичные изменения электрофизических параметров при электронном облучении и последующем гидростатическом сжатии наблюдались ранее в образцах n-Pbj_xSnxSe(х=0-125), в которых исходная концентрация электронов по превышала полную емкость резонансной зоны Nt. Поэтому было предположено, что изменение концентрации электронов в исследованных образцах при облучении и под давлением также вызвано возникновением при облучении незаполненной зоны резонансных состояний, расположенной выше уровня Ферми в образцах, положение которой относительно терна Lg~ не зависит от давления, в этом случае электронное облучение почти не изменяет концентрацию электронов в зоне проводимости, но при гидростатическом сжатии облученного образца происходит уменьшение

концентрации свободных электронов в результате перетекания электронов из зоны проводимости в резонансную зону.

зависимости концентрации электронов в исследованных образцах от потока облучения и давления были использованы для определения параметров резонансной зоны радиационных дефектов в сплаве 3Ь1-хЗпхЗе(х^О. 07). Теоретические зависимости п(Ф)> п(Р) насчитывались в предположении, что Функция плотности состояний в >езонансной зоне в1(Е) описывается кривой гауссовского типа, а ;корость генерации резонансных состояний при облучении аЖ/<1Ф не (ависит от потока облучения:

ЕГ

П - П (Р) (Р), П (Р)' О г

1

& (Е) =-•—'-•Ф-ехр

ь а^гтт йФ

В (Е)ОЕ. (1)

ь

(Е-Е )2 __1_

(2)

2<?й

де пь(Р)-концентрация электронов в резонансной зоне. Ер-энергия ерми. которая рассчитывалась в рамках модели Диммока, Е1 и о-ередина и ширина резонансной зоны.

Наилучшее согласие теории и эксперимента было достигнуто при ледуюшх значениях параметров модели:

Л^/йФ: Ь ом-2 см"1, Еь*Ес + 70 мэб, о- 18-20 МЭВ (3)

Лля оценки точности определения параметров модели проведена ариация каждого из параметров. Установлено, что наибольшей стойчивостью обладает величина сй^/аФ, а наименьшей - ширина езонансной зоны о.

Полученные экспериментальные результаты совместно с данными ругих авторов позволяют построить энергетическую диаграмму зижения резонансной зоны радиационных дефектов относительно краев азрешенных зон в Ь при изменении содержания олова в сплавах 31-хЗпхЗе. Сопоставление экспериментальных данных показывает, что сложение середины резонансной зоны относительно терма 1.5" зменяется с ростом концентрации олова в сплаве по линейному неону - (87-250-х) мэв. Поэтому в сплавах с нормальным

¡ектром (Е§>0) резонансная зона должна находиться в зоне зоводимости, приближаясь к дну зоны при увеличении содержания юва. После инверсии зон в I середина резонансной зоны должна ¡ресекать дно зоны проводимости при х«0- 19, потолок валентной

- 3 -

зоны - пси хко.35 и попадать в пределы валентной зоны-

В четвертой главе исследовались электрофизические свойства облученных электронами сплавов РЬ1-хЭпхЗе с инверсным спектром (х=0- 20. 0-34)-

Установлено, что при облучении быстрыми электронами электрофизические параметры образна р-РЬ[-хЗпхБе(х=0.2) практически не изменяются- В образцах п-РЬ}-х3пх3е(х = 0- 2) при облучении происходят монотонное увеличение удельного сопротивления и увеличение коэффициента Холла, указывающие на уменьшение концентрации электронов в зоне проводимости сплава. При всех потоках облучения в исследованных образцах наблюдались отчетливые осцилляции поперечного магнитосопротивления- Концентрации электронов, рачитанные по величине коэффициента Холла и периоду осцилляции Шубникова-де Гааза при т=4- 2 К совпадали с точностью до ¡5 х.

С учетом энергетической диаграммы, описанной выше, предполагалось, что в сплаве РЬ[-х3пх3е(х=0-2) зона радиационных дефектов расположена в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости 1.6 Поэтому при увеличении потока облучения емкость зоны радиационных дефектов растет, электроны из зоны проводимости перетекают на свободные состояния в зоне радиационных дефектов и концентрация свободных электронов уменьшается-

В сплаве Р-Р&1-хЗпхБе(х=0- 34) при облучении, электронами концентрация дырок практически не менялась- Однако, под действием давления в облученных образцах происходило медленное увеличение концентрации дырок, которое не превышало 30'/-, так как при давлении Ря8 кбар происходило скачкообразное изменение электрофизических параметров, связанное со структурным Фазовым переходом в решетку типа ЭпЗе-

Полученные экспериментальные результаты позволили заключить, что в сплаве Pbi-xSnj.Se(х-0- 34) зона радиационных дефектов расположена вблизи потолка валентной зоны на Фоне разрешенных состояний валентной зоны. Увеличение потока облучения приводит к росту емкости зоны Et и захвату электронов из валентной зоны на незаполненные состояния в пределах хвоста плотности состояний зоны радиационных дефектов. Увеличение емкости зоны не приводит к заметному изменению концентрации дырок из-за высоких исходных концентраций дырок в образцах. Под давлением зона Еь движется

параллельно потолку валентной зоны. поэтому увеличение концентрации дырок происходит лишь за счет увеличения плотности состояний в валентной зоне, которое приводит к приближению уровня Ферми к потолку валентной зоны, увеличению степени перекрытия зоны радиационных дефектов с заполненными состояниями в валентной зоне и перетеканию электронов из валентной зоны в зону радиационных дефектов.

Независимое определение численных значений всех параметров зоны радиационных дефектов в сплаве Рь>1-х3пх3е (х=0. 34) оказалось существенно затруднено, в связи с низкой чувствительностью зависимостей концентрации дырок от потока облучения и давления к параметрам зоны Поэтому, при сравнении результатов расчетов и экспериментальных данных считалось, что положение середины зоны совпадает с потолком валентной зоны и использовались значения параметров зоны радиационных дефектов (ширина резонансной зоны о и скорость генерации состояний при облучении й^/аФ), характерные для подробно исследованных сплавов РЬ;.х3пх3е(О- 07*х*0- 25): <«13 мэв и см"1- Расчеты, проведенные в соответствии с моделью

аналогичной описанной выше, подтвердили, что в исследованном сплаве середина зоны Е^ практически совпадает с потолком валентной зоны- это позволило использовать предложенную диаграмму движения зоны радиационных дефектов относительно краев разрешенных в I зон практически до границы сутествоЕания кубической Фазы (х<0-43).

Для определения параметров зоны радиационных дефектов в сплаЕах РЪ1-хЗпхЗе(х-0. 20, 0.25)), а также скорости генерации дефектов при облучении рассчитывались зависимости концентрации электронов при Т=4-2 к от потока облучения для сплавов п-рь[-х3пх3е(х=0. 2, 0-25). Расчеты проводились на основании модели аналогичной представленной в предыдущей главе.

Предварительные расчеты показали, что вариация параметров модели не позволяет достичь удовлетворительного согласия теоретических и экспериментальных зависимостей п(Ф). Кроме того, независимое определение численных значений всех параметров зоны радиационных дефектов в сплавах Рг>1-х3пх3е(х=о.2, 0.25) оказалось существенно затруднено, в связи с низкой чувствительностью зависимостей концентрации электронов от потока облучения к параметрам и о. поэтому, при сравнении результатов расчетов и экспериментальных данных положение середины зоны радиационных

- ю -

дефектов Е^ относительно дна зоны проводимости сплавов рассчитывалось в соответствии с полученным выше выражением: (07-250'х) мэВ, для ширины резонансной зоны о принималось характерное для облученных электронами сплавов Pbi-j.Snj.3e Ю- 07!х$0- 34) значение ои18 мэВ, а варьировались только скорость генерации дефектов <Шг/с1Ф и исходная концентрация электронов по-

Анализ теоретических зависимостей п(Ф) при вариации параметров модели показал, что возможность согласования теоретических и экспериментальных данных появляется лишь при введении дополнительного предположения об уменьшении скорости генерации радиационных дефектов с ростом потока облучения.

Явление уменьшения скорости дефектообразования при электронном и у-облучении хорошо известно в классических полупроводниках бе, и связывается в них с образованием

комплексов первичных радиационных дефектов (вакансий) с атомами примеси- Поэтому, предполагалось, что и в сплавах РЬ}-xSnj.se основным механизмом дефектообразования является образование комплексов первичных радиационных дефектов со структурными дефектами, характерными для исходных кристаллов. Это обстоятельство позволило при вычислениях зависимостей п(Ф) использовать зависимости концентрации радиационных дефектов и скорости их образования от потока облучения в виде:

Ы1(Ф)=Ы0(1-ехр(-К-Ф/Ыв)) (4)

<Ш,/йФ=К'ехр(-К'Ф/Ып) (5)

где Ид-концентрация структурных дефектов, характерных для исходных кристаллов, к-начальная скорость дефектообразования-

Вариация параметров к и Ыд позволила получить удовлетворительное согласие теории и эксперимента для всех исследованных образцов.

Конкретная микроскопическая структура комплексов, образующихся при электронном облучении исследованных сплавов РЪ}-хЗпх5е, пока не ясна. Однако, можно предположить, что комплексы имеют акцепторную природу и в состав комплексов входят вакансии селена (в свободном состоянии вакансия селена является источником двух электронов).

В пятой главе исследовалось влияние электронного облучения и последующего гидростатического сжатия на электрофизические свойства нонокристаллических образцов п- и р-РЬ1-кЗпхЗе(0!х*0-06).

Установлено, что пол действием электронного облучения электрофизические параметры исследованных образцов сплава с х=0.06 изменялись незначительно. Гидростатическое сжатие облученного кристалла не привело к изменению концентрации свободных дырок, а зависимости электрофизических параметров облученного образца от давления имели вил аналогичный зависимостям в необлученных кристаллах.

в образцах с х^о, 0- 03 уже при атмосферном давлении были получены неожиданные результаты. Оказалось, что вне зависимости от исходного типа проводимости в достигнутом диапазоне потоков облучения во всех облученных образцах коэффициент холла при Т-4.2 к имеет отрицательный знак, а величина холлобской подвижности при гелиевых температурах составляет

ин=<0- 4-1- 1)•104 см2/в-с, что более чем на порядок меньше, чем в необлученных кристаллах РЬ[-хЗпхЗе(х<0. 15) п-типа.

Температурные зависимости удельного сопротивления и коэффициента Холла облученных образцов также носят аномальный характер, при увеличении температуры в узком интервале температур т=60^120 к абсолютная величина коэффициента Холла быстро уменьшается и происходит смена знака В этом же температурном интервале на температурных зависимостях удельного сопротивления наблюдаются активапионные участки, соответствующие возникновению глубокого уровня Е^) в запрещенной зоне исследованных образцов.

Под действием давления удельное сопротивление облученных образцов (х=0. 0.03) при Т=4-2 К уменьшается примерно на два порядка. Такое значительное изменение удельного сопротивления не может быть обусловлено только увеличением подвижности носителей заряда при переходе сплавов в бесшелевое состояние и указывает на изменение концентрации носителей заряда под давлением.

В сплаве с х-о. 06 величина йц при низких температурах практически не зависит от давления, что указывает на неизменность концентрации носителей заряда в образце- В то же время в образцах с х=о, о. 03 абсолютная величина коэффициента холла резко уменьшается под давлением, а затем происходит инверсия знака Иц при некотором значении Р-Р*. В области максимальных давлении коэффициент Холла выходит на насыщение и имеет положительный знак. На температурных зависимостях коэффициента Холла под действием давления точка инверсии знака Бд сдвигается в сторону низких

температур. а наклон активационных участков на зависимостях 1пР(1/Т) монотонно уменьшается. При давлении Рк энергия активации уровня обращается в нуль и происходит инверсия знака % при 7-4-2 К- И. наконец, в области давлений Р>РК зависимости р(Т), ен <Т) приобретают металлический характер, типичный для нелегированных сплавов РЬ1-хЗпхЗе-

В области низких давлений (Р<РК) подвижности электронов в образцах имеют довольно низкие для сплавов РЬ1-кЗпхЗе значения (10^104 см2/в-с). однако, после инверсии типа проводимости при Р-Рк (в "металлической" Фазе) подвижность носителей заряда резко увеличивается более чем на порядок и достигает значений, типичных для нелегированных сплавов рь5_хзпхзе. При этом у всех исследованных образцов появляются отчетливые осцилляции поперечного магнитосопротивления в квантующих магнитных полях- В узком интервале давлений амплитуда и частота шубниковских осцилляции резко возрастают, а концентрации свободных дырок, рассчитанные по периодам осцилляции д^оМ/В), с точностью МО '/■ совпадают со значениями, рассчитанными по величинам коэффициента Холла и с ростом давления выходят на насыщение-

Анализ полученных экспериментальных данных позволил предположить, что электронное облучение приводит к возникновению глубокого уровня (зоны локализованных состояний) е^, расположенного над потолком валентной зоны сплавов Ьбг- Уровень е11 частично заполнен электронами и обладает донорно-акцепторными свойствами- с ростом потока облучения достигается диэлектрическое состояние, в котором при низких температурах валентная зона целиком заполнена электронами, зона проводимости свободна от электронов, а уровень ЕЬ1 частично заполнен электронами. Под действием давления середина локальной зоны Е^ приближается к валентной зоне и пересекает потолок валентной зоны при РкРк-При этом энергия активации де^ обращается в нуль и происходит п-р-конЕерсия при Т=4. 2 К, связанная с переходом диэлектрик-металл и увеличением концентрации свободных дырок в результате перераспределения носителей заряда между валентной зоной и зоной локализованных состояний. в области максимальных давлений локальная зона оказывается целиком заполненной электронами и находится в валентной зоне ниже уровня Ферми в исследованных образцах, а концентрация свободных дырок, определяющая период

шубниковских оспилляиий в металлической Фазе, выхолит на насыщение и-практически не зависит от давления-

В рамках этой модели при атмосферном давлении и давлениях Р<РК положительный знак й^ на температурных зависимостях коэффициента Холла связан, очевидно, с термической генерацией электронов из валентной зоны на уровень Е^. Отрицательный знак % в диэлектрической Фазе при низких температурах, по-ешшмому, связан с поверхностной проводимостью электронного типа или проводимостью по зоне локализованных состояний, расположенной в запрещенной зоне сплавов-

Инверсия знака коэффициента Холла, соответствующая точке пересечения уровня е^ с потолком валентной зоны ьз', для образцов с х=о и х^О-ОЗ происходит при одном и том же значении ширины запрещенной зоны Её- Это обстоятельство указывает на уменьшение энергии актиЕаиии уровня де^ при увеличении концентрации олова в сплаве. Можно предположить, что при увеличении содержания олова в сплаве середина локальной зоны Е^ медленно опускается вниз по энергии относительно середины запрещенной зоны, изменяя свое положение относительно терма 1.6+ примерно по линейному закону: (40-700-х) нэв, затем пересекает потолок валентной зоны и при х>0. 06 попадает в пределы валентной зоны.

Таким образом, полученные экспериментальные результаты позволяют заключить, что электронное облучение приводит к генерации двух различных типов дефектов и появлению двух зон радиационных дефектов в энергетическом спектре сплавов РЬ1-хЗпхЗе-

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Исследовано влияние облучения электронами и последующего гидростатического сжатия на электрофизические свойства сплавов п-Рь5_х5пх3е(х=0. 07) и р-РЬ}-х3пх3е(х=0. 34)• Установлено, что в исследованных сплавах электронное облучение вызывает появление широкой зоны резонансных состояний Е1, расположенной в зоне проводимости и валентной зоне соответственно. Показано, что положение резонансной зоны относительно терма зависит от

содержания олова в сплаве и практически не зависит от давления.

На основании полученных результатов предложена модель энергетического спектра облученных электронами сплавов рь1-х3пх3е во всей области существования кубической Фазы (хЮ.43).

2. В ранках модели энергетического спектра сплаЕов РЬ1-х5пх5е, облученных электронами, проведены расчеты теоретических зависимостей концентрации носителей заряда в облученных сплавах РЬ1-хЗпхЗе(х=0- 07, 0-34) от потока облучения и давления и их сравнение с экспериментальными зависимостями. На основе проведенных расчетов с привлечением ранее известных экспериментальных данных определены основные параметры зоны радиационных дефектов (скорость генерации радиационных дефектов при облучении «и^/аФ и ширина зоны о) и ее положение относительно краев энергетических зон • в ь в сплавах РЪ1-х3пх3е(х<43) -Еьи1б"+(87-250-х) мэв.

3. исследованы гальваномагнитные эФФекты в слабых и квантующих магнитных полях в облученных электронами сплавах Р&1 -хЗпхЗе.(х-0. 2) п- и р-типа- Обнаружено появление незаполненной электронами зоны радиационных дефектов вблизи дна зоны проеодимости сплавов. Путем сравнения экспериментальных и теоретических зависимостей концентрации носителей заряда от потока облучения определены основные параметры энергетического спектра облученных сплавов.

4. исследована кинетика изменения концентрации электронов в облученных электронами сплавах п-РЬ1-хЗпхЗе(х=0-2, 0-25) в окрестности перехода металл-диэлектрик, индуцированного электронным облучением- Показано, что согласование теоретических и экспериментальных данных возможно лишь при введении предположения об уменьшении скорости генерации радиационных дефектов с ростом потока облучения и предложена модель, согласно которой основным механизмом деФектообразования в исследованных сплавах является образование комплексов первичных радиационных дефектов со структурными дефектами, характерными для исходных кристаллов-

5- в сплавах Р&1-х3пх3е¡х<0-03), облученных электронами, обнаружены переходы типа металл-диэлектрик и диэлектрик-металл, индуцированные электронным облучением и гидростатическим сжатием облученных кристаллов соответственно, связанные с возникновением глубокого уровня радиационных дефектов Е^ вблизи потолка валентной зоны Ьб*. Определено энергетическое положение уровня Ец и построены энергетические диаграммы движения уровня относительно краев разрешенных зон в ь при изменении состава сплава (Е11 «^б*(40-700-х) МЭВ) и пол давлением-

Показано, что облучение электронами приводит к возникновению в энергетическом спектре сплавов двух глубоких уровней Et и Eti> связанных, по-видимому, с разными типами радиационных дефектов в рь j-xSnxSe-

Результаты диссертации опубликованы в работах: 1. Skipetrov Е. Р. , Dubkov V. Р. , Kovalev В-В- Localized defect states in electron-irradiated Pbj-x5nxSe alloys.//Abstracts Intern. Conf. on Narrow Gap Semiconductors and Belated Materials. Gaithersburg, USA, 1989, p. F5-

2- Ковалев Б. Б- , Ладыгин Е. А. , Скипетров Е- П. Параметры зоны резонансных состояний в сплаве n-Pbj-xSnxSe(х=0-07), облученном электронами. //Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках. Материалы II Всесоюзного семинара. Павлодар, 1989, ч. II, с-66-69-

3- Skipetrov Е-Р. , Dubkov V-Р- , Kovalev В-В. Localised defect states in electron-irradiated Pbj-xSnxSe allovs-//Semicond- Sci. Techno 1. , 1939, v. 4, N9, p. 831-8324. Brandt N. B- , Skipetrov Е- P- , Kovalev В-B- Pressure studies

of the energy spectrum of irradiation-induced defects in Pbi-x3nxSe-//Abstracts IV Intern. Conf- on "High Pressure in Semiconductor Physics". Porto Carras, Greece, 1990, p- 545- Ковалев Б.Б. , Скипетров Е.п. Резонансная зона в сплаве Pbi-xSnxSe!x=0-07), облученном электронами.//ФТП, 1990, т. 24, в. 8, с. 1379-13836- Skipetrov Е-Р- , Kovalev В-В- Irradiation-induced defects in Pbj-xSnx3e(xSO. 07) • //Abstracts VI I I Intern. Conf- on Ternary and Multinary Compounds. Kishinev, USSR, 1990, P- 301-

?■ Brandt N-B-, Kovalev В-B-, Skipetrov E. P- Pressure studies of the energy spectrum of irradiation-induced defects in Pbi-xSnxSe- //Proc- IV Intern- Conf- on "High Pressure in Semiconductor Physics". Thessaloniki, Greece, 1990, p. 170-1738- Brandt N- B- , Kovalev В. B-, Skipetrov Е-P- Irradiation-induced deep level in Pbi-xSnxSe(xiO-06)•//Abstracts Materials Research Society 1990 Fall Meeting. Boston, USA, 1990, p. T8. 7.

9- Ковалев Б. Б., Скипетров Е. п. Глубокий локальный уровень в сплавах Pbj_xSnxSe(х<0- 03), облученных электронами.//Материалы VIII Всесоюзного симпозиума по полупроводникам с узкой запрещенной зоной и полуметаллам- Львов, 1991, ч-II, с. 181-183-

10. Brandt N-в. , Kovalev В-В-, SKipetrov Е- P- Pressure studies of the energy spectrum of irradiation-induced defects In Pbl-xSnxSe. //Semicond- Sci. Technol. , 1991, v. 6, N6, p. 487-490.

11. скипетров E. П., Ковалев Б. Б. Зона радиационных дефектов в сплавах Pbi-xSnxSe с инверсным спектром.//Тезисы докладов III всесоюзной научно-технической конференции "материаловедение халькогенидных полупроводников". Черновцы, 1991, ч. 1, с. 45.

12. Брандт Н-Б.. Ковалев Б. Б., скипетров Е-П. Зона радиационных дефектов в сплаве Pbj.xSnxSe(х=0- 34)• //Физика и техника высоких давлений, 1992, в. 12, с. 5-9.

13- Brandt N. в. , Kovalev В. В-. SKipetrov Е-Р- Pressure studies of defect states in electron-irradiated Pbj-xSnxSe. //Abstracts XXX Annual Meeting of the European High Pressure Research Group- BaKu, Azerbaijan Republic, 1992, p. 3814- Скипетров е.П., Ковалев Б.Б. зона радиационных дефектов в сплавах Pbi-xSnxSe с инверсным спектром-//Неорг. Матер., 1992, т. 28, N12, с. 2322-2326.

15- Скипетров Е-п., Ковалев Б-Б- энергетический спектр радиационных дефектов в сплавах Рь!-х3пх3е(х<0.06), облученных электронами. //Abstracts I Intern. Conf. on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors- Chernlvtsi, UKralne, 1994, v. II, p. 116.