Исследование влияния добавок РЬ, Sn, TI, Bi на электрофизические свойства систем Ge-Se и Ga-Te тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

РГб од

Дьяков Сергей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК РЬ, 8п, Т1, Bi НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СИСТЕМ ве-Бе И Оа-Те

Специальность 01.04.10 — Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань-2000

Работа выполнена в Рязанской государственной радиотехнической академии

Научный руководитель: доктор физико-математических

наук, профессор С. П. Вихров

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Э. Н. Воронков

доктор технических наук, профессор, А. Е Чижиков.

Ведущая организация: ОАО Рязанский завод металло-

керамических приборов

Защита состоится "_2_?_" ыюи.^ 2000 г. в /3*° часов на заседании диссертационного совета Д 063.92.02 в Рязанской государственной радиотехнической академии по адресу: 391000, г. Рязань, ГСП, ул. Гагарина, 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанской государственной радиотехнической академии.

Автореферат разослан " 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Начало создания приборов на основе стеклообразных полупроводников было положено открытием Коломейцем Б.Т. и Лебедевым Э.А. в 1963 г эффекта переключения в халькогенидных стеклообразных полупроводниках (ХСП). Наличие эффекта переключения с "памятью" и без памяти, повышенная радиационная стойкость послужили предпосылкой для создания на основе ХСП активных элементов, которые обладают широкими функциональными возможностями. На базе эффекта переключения с "памятью" можно создавать коммутирующие пороговые приборы, логические схемы с "памятью" с высокой скоростью считывания, схемы многозадачной логики и так далее. Одним из наиболее перспективных направлений применения ХСП является создание репрограммируемых постоянно запоминающих устройств с электрической перезаписью информации, устойчиво работающих при повышенных уровнях радиации. Для создания таких устройств необходим не только элемент памяти, устойчиво работающий при повышенных уровнях радиации, но и устройства, управляющие его работой в этих же условиях.

В настоящее время для создания элементов памяти используется состав C1C15TCS1 As). Элемент памяти на основе этого состава обладает хорошими переключающими характеристиками и высокой стабильностью переключения. Недостатком является относительно высокое пороговое напряжение, в зависимости от конструкции оно составляет от 15 до 25 В. Длительное время для создания переключающих элементов использовали ХСП состава GeioSii2As3oTe48, предложенного С. Овшинским. Дальнейшие исследования показали, что при частичной замене Ge и Si на Ga в этом составе увеличивается ста-5ильность электрических параметров. В более поздних работах пока-¡ано, что добавление Pb, Sb, Cu в халькогенидные стеклообразные юлупроводники на основе системы Te-Ge приводит к уменьшению юрогового напряжения. Для данной системы обнаружена корреляция 1ежду средней энергией химической связи системы и пороговым на-[ряжением переключения. Следовательно, для создания стабильных [ереключающих элементов с небольшим пороговым напряжением

необходимо применять ХСП, в состав которых входят атомы ва и металлов с малой энергией связи. Наименьшей энергией металлической связи обладают элементы главной подгруппы, такие как ртуть, сурьма, таллий, свинец и олово, но введение ртути и сурьмы приводит к кристаллизации стекол. Исходя из перечисленных фактов, для исследования была выбрана система Оа- Те - X, где X - свинец, таллий, олово.

Для создания развязывающих элементов в ячейке памяти необходимо использовать транзисторы или диоды, а для этого необходимы полупроводники обоих типов проводимости (электронного и дырочного типов). В настоящее время существует несколько систем халькогенидных стеклообразных полупроводников, обладающих электронным типом проводимости, на основе системы ве-Бе. Условия инверсии типа проводимости сильно зависят от метода получения образцов. Одним из перспективных методов получения аморфных халькогенидных пленок является метод плазмохимического осаждения из газовой фазы (ПХОГФ), который широко используется для получения слоев а—БкН. Следовательно, очень важной и актуальной является задача установления взаимосвязи между методами получения и электрофизическими свойствами халькогенидных пленок.

Цель работы

Исследование влияния методов получения халькогенидных стеклообразных полупроводников системы Ое-Бе на электрофизические свойства и определение влияния добавок Т1, РЬ, Бп на переключающие характеристики приборов на основе системы ва-Те для создания ячейки памяти, устойчиво работающей при повышенных уровнях радиации.

Постановка задачи 1. Провести анализ моделей инверсии типа проводимости в халькогенидных стеклообразных полупроводниках с собственной проводимостью на основе кванто . -химического подхода.

2. Определить влияние методов получения образцов халькогенид-ной системы йе-Бе на электрофизические параметры.

3. Установить влияние олова, таллия и свинца на оптические и транспортные свойства стеклообразных объемных образцов и аморфных пленок на основе системы ва-Те.

4. Разработать ячейку памяти на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников.

Научная новизна работы.

1. Установлена закономерность изменения электрофизических свойств в системах ва-Те-Х (X = РЬ, Бп, Т1) от доли химической связи Х-Те. Показано, что с увеличением количества связи Х-Те для пленочных и объемных образцов происходит уменьшение энергии активации электропроводности, оптической ширины запрещенной зоны, термоэдс и увеличение удельной электропроводности. Для объемных образцов эти зависимости более близки к линейному закону.

2. Экспериментально установлено, что пленки, полученные методом плазмохимичсского осаждения из газовой фазы (ПХОГФ), имеют те же структурные единицы, что и монолитные образцы. Оптическая ширина запрещенной зоны и удельная электропроводность для пленок ве-Бе, полученных методом ПХОГФ, больше на 2,1 - 9,2 % (в зависимости от химического состава), чем для пленок, полученных термическим напылением в вакууме, и на 2,3- 4,8 % для монолитных образцов, полученных методом сплавления.

3. Теоретически показано, что введение висмута (свинца) в систему ОеБез^ приводит к образованию молекулярных орбиталей за счет образования связей Вь-Бе (РЬ-Бе). При этом по энергии связывающие орбитали химической связи В1'(РЬ)-8е попадают в область потолка валентной зоны, которая образована в халькогенидных полупроводниках одиночными парами атомов Бе. Это приводит к нарушениям в валентной зоне, что в свою очередь связывается с уменьшением подвижности дырок. При некоторой концентрации атомов В1 (РЬ) подвижность дырок становится меньше, чем для электронов, что свидетельствует о переходе от дырочного типа проводимости к электронному.

4. Экспериментально показано, что запоминающий элемент на основе состава Оа]бТе7б8пв, обладает на 60 % меньшим пороговым напряжением (5 В) и большим температурным диапазоном (до + 90 °С) по сравнению с раннее используемым составом Ое15Те81Аз4 при одинаковых конструкциях элемента.

Практическая ценность работы

1. Исследовано влияние режимов получения аморфных пленок йе-Бе методом плазмо-химического осаждения из газовой фазы на их химический состав. Варьируя соотношением газов веНл и Н^е, общим давлением в реакторе можно получать пленки в широком диапазоне химического состава от вегБе до ОеБез.

2. Рассчитана топология ячейки памяти на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников с учетом плотности состояний в щели подвижности. Ячейка памяти обладает следующими электрическими параметрами: пороговое напряжение 5 В, ток записи низ-коомного состояния 1,6 мА, ток стирания низкоомного напряжения 80 мА.

Реализация результатов работы Методика измерения переключающих характеристик элементов памяти на основе ХСП внедрена в лабораторный практикум для студентов специальности 200200.

Положения, выносимые на защиту 1. Для халькогенидных стеклообразных полупроводников системы ве-Бе с собственным типом проводимости инверсия типа проводимости объясняется тем, что введение В! приводит к образованию связывающих орбиталей, которые попадают в область потолка валентной зоны, образованной одиночными парами халькогена. Это приводит к нарушениям в валентной зоне, что в свою очередь связывается с уменьшением подвижности дырок. При некоторой концентрации добавок подвижность дырок становится меньше подвижности электронов, а это является условием перехода от р- к п-типу проводимости.

2. Для пленок СехЗсюо-х, полученных методом ПХОГФ, ширина запрещенной зоны увеличивается с ростом х и достигает максимального значения 2,26 эВ при х = 33, а затем уменьшается до 1,82 эВ при х = 40.

3. Установлена корреляция между электрофизическими свойствами системы ва-Те-Х (где Х-8п, РЬ, Т1) и концентрацией структурной единицы Те-Х. При этом для состава ОаггТетоХ^ при замене 8п на РЬ и на Т1 происходит уменьшение оптической ширины запрещенной зоны (от 0,91 до 0,81 эВ), энергии активации электропроводности (от 0,62 до 0,45 эВ) и энергии активации термоэдс (от 0,56 до 0,41 эВ), и

—7 5

увеличение удельной электропроводности (1,1610 до 2,5310" Ом" '•см"1). В переключающих элементах на основе этой системы происходит уменьшение порогового напряжения (от 72 до 48 В). Эти изменения связаны с уменьшением средней энергии связи в веществе.

4. Экспериментально установлено, что переключающий элемент на основе состава Оа^Теу^пх обладает меньшим пороговым напряжением (5 В) и большим температурным диапазоном (до + 90 °С) по сравнению раннее используемым составом Ое]5Тс8]Ай4 при одинаковом конструкционном исполнении элемента.

Апробация работы Основные результаты работы, полученные в данной диссертации, докладывались на научном семинаре, посвященном памяти профессора Василия Васильевича Тарасова "Новые идеи в физике стекла" (Москва, 1997 г.), на научном семинаре "Решетки Тарасова и новые проблемы стеклообразного состояния" (Москва, 1999 г.) и всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов (Рязань, 1997 г.). Результаты,положенные в основу диссертации опубликованы в 6 работах.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка цитируемой литературы, включающего 96 наименований. Общий объем работы составляет 116 страниц печатного текста, 45 страниц рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описана актуальность работы, обоснована цель работы и приведены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор литературы. Проанализированы различные подходы для описания и классификации неупорядоченного состояния. Представлены существующие модели энергетических зон в неупорядоченных полупроводниках. Показано, что наиболее развитой моделью является модель Мотта-Девиса-Стрита. На основе этой модели рассмотрены различные механизмы токопереноса в некристаллических веществах. Проведен анализ методов получения халькогенидных стеклообразных полупроводников. Показано, что метод плазмо-химического осаждения из газовой фазы является перспективным методом получения аморфных пленок. Этот метод возможно получать слои с широким диапазоном химического состава пленки, однородные как по толщине, так и по площади пластины.

Во второй главе приведены методики и установки для измерения электрофизических параметров халькогенидных стеклообразных полупроводников. Описана установка измерения температурной зависимости электропроводности для образцов с относительной погрешностью измерения 1 %. Разработана методика и создана установка для измерения термоэдс в объемных и пленочных образцах обладающая высокой точностью измерения (погрешность измерения составляет не более 3 %). Это достигается за счет использования в качестве измерительных электродов двух термопар, с помощью которых измеряется температура и эдс исследуемого образца. Разработана установка для измерения переключающих характеристик приборов на основе ХСП в режиме генератора тока. Максимальная температура измерения переключающих характеристик установки составляет 150 °С. Точность поддержания температуры в

указанном диапазоне составляет ±1 °С а погрешность измерения составляет не более 3 %.

В третьей главе представлены результаты исследования электрофизических свойств пленок системы ве—Бе, полученных методом ПХОГФ, образцов системы ва-Те с добавками РЬ, Бп, Т1, а также представлена квантово-химическая модель инверсии типа проводимости в ХСП с собственной проводимостью.

Одним из перспективных методов получения ХСП является метод плазмо-химического осаждения из газовой фазы (ПХОГФ), который широко используется для получения слоев а-Бг.Н. По сравнения с термическим напылением в вакууме этот метод имеет следующие преимущества: низкая температура процесса получения пленок; хорошая воспроизводимость данного химического состава после оптимизации параметров осаждения; пленки полученные этим методом, обладают высокой однородностью, как по толщине пленки, так и по ее площади; процесс может быть легко применен в промышленности.

Рассмотрено влияние технологических параметров метода ПХОГФ на химический состав пленок системы ве-Бе. Установлено, что наиболее сильно на химический состав пленок влияет соотношение газов СеЩ/НгБе в реакторе. При изменении соотношения газов, выраженного в объемах, от 1/2 до 1/24 химический состав пленки изменяется от Ое2з$е-п до Показано также, что при изменении мощно-

сти высокочастотного напряжения, подаваемого на электроды, и общего давления в реакторе химический состав пленки изменяется незначительно. Увеличение общего давления в реакторе более 100 Па приводит к образованию твердых частиц в газовом потоке и осаждению их на поверхности подложки.

Для установления структуры пленок, полученных методом ПХОГФ, рассмотрены спектры инфракрасного пропускания и комбинационного рассеяния. Для стехиометрического состава и состава, обогащенного атомами ве, на спектре пропускания хорошо видна

широкая полоса поглощения при 260 см-1, которая соответствует колебательной моде для тетраэдрической ячейки веБе^ Исходя из спектров комбинационного рассеяния, пленка ОеззБеб7 содержит структурные единицы ОеБе^, вегБеб, БеБе^- При увеличении содержания германия в пленке происходит исчезновение структурной единицы БеБе2/2 и увеличение вегБеб, содержащей химическую связь ве — ве. Уменьшение содержания германия в пленке по сравнению со стехиометрическим составом приводит к увеличению структурной единицы БеБег/г (увеличению химической связи Бе-Бе). В работе также представлены спектры комбинационного рассеивания для объемных образцов и аморфных пленок, полученных методом термического осаждения в вакууме. Сравнивая представленные спектры для образцов одинакового состава, но полученных различными методами, видно, что положение пиков одинаково. Это указывает, что образцы, полученные методом ПХОГФ, имеют те же структурные единицы в своем составе, что и образцы, полученные другими методами.

Для изучения электрофизических свойств образцов ве-Бе были определены зависимости удельной электропроводности от температуры и коэффициента поглощения от энергии падающего света. Пс этим зависимостям определены значения энергии активации электропроводности, удельной электропроводности и ширины оптиче ской запрещенной зоны. Эти значения хорошо согласуются с дан ными, полученными другими авторами. Исходя из этих измеренш показано, что оптическая ширина запрещенной зоны плено] бехБеюо-х, полученных методом ПХОГФ, увеличивается с ростом) и достигает максимального значения 2,26 эВ при х = 33, а зател уменьшается до 1,83 эВ при х = 44.

Образцы системы ОехБеюо-х относятся к высокоомным составам Поэтому измерение температурной зависимости электропроводно сти происходило при повышенных температурах. Значение 0293 .

определялось линейной аппроксимацией до комнатной температуры. Максимальное значение энергии активации электропроводности Еа = 1,12 эВ наблюдается для образца Ое3з8сб7. Для всех образцов системы выполняется условие 2Еа<Е0, кроме образца Ое448в5б. Измерить температурную зависимость электропроводности не удалось. Для сравнения электрофизических свойств образцов, полученных различными методами, в работе приведены данные для объемных образцов и аморфных пленок, полученных термическим напылением в вакууме. Оптическая ширина запрещенной зоны для пленок, полученных методом ПХОГФ, больше, чем для пленок, полученных методом вакуумного напыления, на 2,1 - 9,2 %. Наибольшее отклонение наблюдается для стехиометрического состава. Похожая закономерность наблюдается при сравнении оптической запрещенной зоны для пленочных образцов, полученных методом ПХОГФ, и объемных образцов. Значение удельной электропроводности для образцов, полученных методом ПХОГФ, немного больше, чем для пленок, полученных вакуумным напылением, и на порядок больше, чем для объемных образцов.

Таким образом, пленки, получаемые методом ПХОГФ, обладаю однородным химическим составом, как по толщине пленки, так и по площади пластины, имеют те же структурные единицы в своей структуре, что и объемные образцы, в отличие от пленок, полученных методом термического осаждения в вакууме. Значения оптической ширины запрещенной зоны и энергии активации электропроводности для образцов, полученных различными методами, отличаются по величины.

Введение в систему Ое-Бе добавок, таких как В1, при определенной концентрации приводит к инверсии типа проводимости. В работе приведены электрофизические параметры для системы (СеБез^юо-хВ1х- Из этих значений видно, что увеличение содержания висмута приводит к росту электропроводности (ст29з к), уменьшению энергии

активации электропроводности ( Еа) и оптической ширины запрещенной зоны (Е от)- Для этой системы наблюдается инверсия типа проводимости при содержании В! 8 ат. %.

В настоящее время можно выделить два подхода для объяснения инверсии типа проводимости в халькогенидных стеклообразных полупроводниках: структурный и электронный.

Структурный подход объясняет переход от р-типа к и-типу проводимости за счет накопления кристаллической фазы (типа В1г8ез), обладающей электронным типом проводимости. Для системы (Ое8ез>5)юо-хВ1х этот подход исключается, поскольку в стеклах не обнаружено кристаллических включений. Исходя из электронного подхода, переход от р- к «-типу проводимости в ХСП можно объяснить за счет следующих факторов: за счет смещения Е? к дну зоны проводимости; за счет прыжковой проводимости вблизи Ер при увеличении плотности состояний; за счет изменения соотношения подвижности дырок и электронов при сохранении собственной проводимости (Е? — закреплена вблизи щели подвижности).

Первый подход исключается, так как уровень Ферми закреплен вблизи середины щели подвижности. Второй подход также противоречит экспериментальным результатам, так как для прыжковой проводимости вблизи уровня Ферми теория предсказывает Еа ~ 0,1 эВ, а эксперимент указывает, что Еа, Е$ изменяются от 1,18 до 0,66 эВ.

Для собственной проводимости ХСП не совсем ясен механизм изменения соотношения подвижностей для дырок и электронов. Для пояснения этого эффекта нами был использован квантово— химический подход.

Доминирующая дырочная проводимость может быть объяснена следующим образом. Зона проводимости в ХСП определяется только антисвязывающими состояниями, а валентная зона - связывающими состояниями и состояниями электронных одиночных пар

халькогена. При этом предполагается, что орбитали связывающих и анпнсвязывающих состояний деформируются больше, чем орбитали одиночных пар. Поскольку состояния "одиночных электронных пар" располагаются выше связывающих состояний, то они образуют потолок валентной зоны, и следовательно, определяют подвижность дырок. Так как орбитали этих электронов меньше деформируются, то подвижность дырок в ХСП больше, чем электронов. Введение различных добавок в ХСП приводит к появлению новых связывающих и разрыхляющих орбиталей. Для некоторых элементов связывающие орбитали попадают в область одиночных пар. Это приводит к нарушениям в валентной зоне, следовательно, подвижность дырок будет уменьшаться. При некоторой концентрации добавок подвижность дырок станет меньше подвижности электронов, а это является условием перехода от р- к п-типу проводимости.

Для подтверждения этой модели нами был использован метод линейных комбинаций атомных орбиталей (ЛКАО), который позволяет рассчитать энергетическое положение всех молекулярных уровней данной системы. Из расчетов следует, что связывающие орбитали атома В1 по энергии попадают в область потолка валентной зоны, которая образована не поделенными парами атомов халькогена. Это приводит к нарушениям в валентной зоне, а это связывается с уменьшением подвижности дырок. При некоторой концентрации добавок подвижность дырок станет меньше подвижности электронов, что является условием перехода от р- к п-типу проводимости.

Для проверки работоспособности предложенной квантово-химической модели инверсии типа проводимости был проведен анализ для системы РЬхСе42-х5е58 (Х=5 ~ 22,5), в которой также обнаружен электронный тип проводимости при содержании атомов свинца более 9 ат. %. В результате расчета для этой системы методом ЛКАО были получены похожие результаты.

В завершении третей главы проведены исследования влияния олова, таллия и свинца на электрофизические свойства системы ваТе. Для этого были определены основные электрофизические параметры: оптическая ширина запрещенной зоны, энергия активации электропроводности и термоэдс, удельная электропроводность и значение термоэдс при комнатной температуре. Для объемных образцов системы йа-Те-РЬ значение электропроводности при комнатной температуре изменяется от 9,8110"8 (для Оа22Те74РЬ4) до 6.2 И О"6 Ом" см" (для Оа1гТе7бРЬ12), а значение энергии активации - от 0,72 до 0,37 эВ. Коэффициент термоэдс для объемных образцов положителен, что свидетельствует о дырочном типе проводимости, и изменяется от 1,94 для состава Оа22Те74РЬ4 до 1,30 мВК"1 - для Оа12Те7бРЬ12, а значение изменяется в пределах 0,65 - 0,35 эВ. Для всех образцов Еа- Е$ составляет 0,02 — 0,08 эВ. Для всех образцов системы выполняется условие 2Еа<Е0, кроме образца Оа22Те74РЬ4-

Для установления корреляции между электрофизическими параметрами и структурой стекла была определена доля связи того или иного вида. Для данной системы обнаружена корреляция между количеством химической связи РЬ-Те и электрофизическими величинами и установлено, что с ростом количества связи происходит уменьшение энергии активации электропроводности и термоэдс и возрастание удельной электропроводности.

В соответствии с моделью Мотта - Девиса - Стрита в некристаллических полупроводниках можно выделить три канала токоперено-са: 1) по разрешенным состояниям выше Ее (ниже Еу); 2) по локализованным состояниям в области хвостов (Ев-Еуп Ее-Еа); 3) по локализованным состояниям вблизи уровня Ферми.

Для исследуемой системы ХСП третий канал исключается большими значениями термоэдс и энергией активации электропроводности и термоэдс, тогда как теория предсказывает для прыжковой про-

водимости вблизи Ей величину энергии активации порядка ОД- 0,2 эВ.

Для создания переключающих элементов на основе ХСП используются аморфные пленки, поэтому были произведены измерения электрофизические параметров пленочных образцов системы Оа-Те-РЬ. Значение электропроводности для пленочных образцов на порядок выше, чем для объемных, а энергия активации электропроводности пленочных и объемных образцов одного и того же состава одинакова. Для пленочных образцов обнаружена такая же корреляция между электрофизическими свойствами и концентрацией доли связи РЪ~ Те.

Аналогичные исследования были проведены для систем Оа-Те-Т1 и Оа-Те-Бп и были получены похожие результаты.

В четвертой главе исследованы переключающие характеристики

приборов на основе системы ва-Те с добавками РЬ, 8п, Т1 и разработана ячейка памяти на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников.

Измерение переключающих характеристик производилось на монолитных структурах с точечными контактами. Для всех образцов обнаружено бистабильное переключение. Для системы Оа-Те-Би ипор изменяется почти в 2,5 раза от 50 В (для Оа2оТеб8ЙП12) до 120 В (для Оа22Те7б8п2), Г^ак - от 4,5 до 51,4 МОм, а пороговый ток 1пор -изменяется в пределах 0,10 - 0,32 мА. Для данной системы установлена корреляция между электрофизическими параметрами и переключающими характеристиками приборов на основе этой системы. Показано, что пороговое напряжение уменьшается с уменьшением энергии активации электропроводности, а значение удельной электропроводности возрастает. Аналогичные результаты получены и для систем Оа-Те-РЬ и Оа-Те-Т1.

Сравнение параметров переключения при замене Т1 на РЬ и Бп проведено на образцах состава ОаггТеуоХ». Установлено, что ипор из-

меняется от 48 В (для Оа2гТе7оТ18) до 55 В (для ОаггТеуоРЬв) и до 72 В (для ОаггТеуоБпв). Сопротивление в высокоомной части увеличивается на порядок от 2,1 МОм (для Оа22Те7оТ1«) до 10,2 МОм (для Оа22Те7о8па). Сопротивление в низкоомной части возрастает от 1,4 кОм (для Оа2гТе7оТ18) до 4,1 кОм (для ОаггТеуоРЬв). При замене Бп на РЬ и Т1 происходит уменьшение рабочего температурного диапазона.

Из проведенных измерений переключающих параметров приборов на основе системы ва-Те-Х (где Х-РЬ, Бп, Т1) выбран состав Оа1бТе7бБп8, Пленочный элемент памяти на основе этого состава обладает меньшим на 60 % пороговым напряжением (5 В) и большим температурным диапазоном (до + 90 °С) по сравнению с раннее используемым составом ОеиТелАэ^

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Развита модель инверсии типа проводимости на основе кванто--химического подхода для ХСП с собственной проводимостью на

примере стекол системы Ое-8е с добавками В1 (РЬ). На основании метода линейной комбинации атомных орбиталей показано, что связывающие орбитали для атомов В! (РЬ) попадают в область потолка валентной зоны, которая образована в халькогенидных полупроводниках одиночными парами атомов Бе. Это в свою очередь приводит к уменьшению подвижности дырок, и при некоторой концентрации атомов В1 (РЬ) подвижность дырок становится меньше, чем электронов, что свидетельствует о переходе от дырочного типа проводимости к электронному.

2. Пленки, получаемые методом ПХОГФ, имеют те же структурные единицы, что и объемные образцы.

3. Процесс переноса носителей заряда в образцах системы Ое-Те-РЬ и Ое-Те-Бп осуществляется по биполярному механизму (электронами и дырками) по распространенным и локализованным состояниям, а для ве-Те-Т! — только по распространенным состоя-

ниям. Все исследуемые образцы систем Се-Те-Х (X = РЬ, Бп, Т1) обладают р-типом, проводимости исходя из измерений термоэдс. Для объемных и пленочных образцов системы ве-Те-Х, где Х-свинец, таллий и олово, установлена корреляция между электрофизическими свойствами (Е„ и СТ293 к) и долей связи Х-Те.

4. При замене таллия на свинец и олово происходит сильное изменение значения удельной электропроводности. Так для системы Оа22Те7оТ18 удельная электропроводность при 293 К составляет 2,53-Ю"5 Ом"1 см"1, для Оа22Те7оРЬ8 - 1,2510"6 Ом"1-см"1, а для Оа22Те7о8п8 - 7,1610"7 Ом'1 •см" . Большая величина энергии активации электропроводности 0,62 соответствует составу с содержанием олова, а меньшая -0,45 соответствует ХСП с содержанием таллия.

5. При замене Т1 на РЬ и Бп в системе ОаггТеуоХв происходит увеличение порогового напряжения от 48 В (для ОаггТеуоТ^) до 55 В (для ваггТеуоРЬв) и до 72 В (для СазгТеуоБпв). Сопротивление в высокоом-ной части увеличивается на порядок от 2,1 МОм (для Оа22Те7оТ1я) до ] 0,2 МОм (для ОаггТеуоЗпз). Сопротивление в низкоомной части возрастает от 1,4 кОм (для Оа22Те7оТ18) до 4,1 кОм (для Оа22Те7оРЬ8).

6. Экспериментально показано, что переключающий элемент на основе состава Оа^ТеубБпз обладает меньшим пороговым напряжением (5 В) и большим температурным диапазоном (до + 90 °С) по сравнению с раннее используемым составом Ое^Те^Аз.} при одинаковых конструкциях элемента.

Публикации по теме диссертации

1. Вихров С. П., Дьяков С. Н. Квантово-химический подход к объяснению инверсии типа проводимости в ХСП // Межвуз. сб. науч. тр. "Физика полупроводников и микроэлектроника". — Рязань, 1997. С. 21—26.

2. Дьяков С. Н. Электрофизические свойства системы Ga-Pb-Te // Межвуз. сб. науч. тр. "Физика полупроводников. Микроэлектроника. Радиоэлектронные устройства". — Рязань, 1999. — С. 3-7.

3. Дьяков С. Н. Расчет электронного спектра некристаллического селена вариационным методом ЛКАО // Межвуз. сб. науч. тр. "Физика полупроводников. Микроэлектроника. Радиоэлектронные устройства". — Рязань, 1999. — С. 7—12.

4. Вихров С. П., Дьяков С. Н. К природе инверсии типа проводимости в ХСП систем Ge-Se-Bi и Ge-Se-Pb. // Тезисы докладов научного семинара, посвященного памяти профессора Василия Васильевича ТАРАСОВА "Новые идеи в физике стекла" — Москва, 1997. —С. 12.

5. Вихров С. П., Дьяков С. Н. Влияние добавок Pb, Sn, TI на электрофизические свойства системы Ga -Те // Доклады научного семинара "Решетка Тарасова и новые проблемы стеклообразного состояния" — Москва, 1999. — С. 20 — 23.

6. Дьяков С. Н. Переключающие элементы на основе системы Ga-Те-Х (X-Pb, Sn, TI)// Межвуз. сб. науч. тр. "Физика полупроводников. Микроэлектроника. Радиоэлектронные устройства ". — Рязань, 2000. — С. 4—9.