Кинетические свойства слаболегированных редкоземельными элементами монотеллуридов олова и германия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

и МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

АЗЙРБАЙДЖАНСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. ТУСИ

На правах рукописи УДК 621.315.592

КАМАРЛИ ФА И К МАХМУД оглы

КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛАБОЛЕГИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ МОНОТЕЛЛУРИДОВ ОЛОВА И ГЕРМАНИЯ

01.04.18—кристаллография и кристаллофизика

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

БАКУ - 1993

Актуальность темы. Получение, исследование кинетических и магнитных свойств полупроводниковых соединений и твердых растворов сложного ооогавз и выявлений роли структурных и ивах дефектов в их формировании представляют практический и научный интерес. С одной стороны, эти исследования даюг ценную информацию о зонной структуре, механизма проводимости и рассеяния.носителей заряда и тепла, природе кристаллохимичеоких дефекгов в сложных полупроводниковых системах, а о другой стороны - расширяй? класс полупроводни-новых материалов, удовлетворяющих потребности современной техники. Вместе о, тем, благодаря лишь всестороннему исследованию электрофизических, физико-химических, тепловых и магнитных свойств большого класса полупроводниковых веществ удалось открыть ряд явлений и закономерностей, нз основе которых создано большое количество различных, не существовавших ранее преобразователей, примером которых иргут служит^ трзн-зиоторы, квантовые и термоэлектрические генераюры и другие преобразователи«

Исследованиям» установлейо, что элекгрофизиче ские и магнитные свойства материала во многом определяются строением энергетических зон, концентрацией носителей тока» специфичностью кристаллической структуры материала, а гакке по* ведением и природой дефекте? при ояклояейии от стехиометрии к ирм малых ^а»ё«енйях фдан'внвд рйИОТИИНЯ

аяемевжаии, , . ■.-■•''•■•''

Важной йоЩтШЩ щЩщж рве?воро9 явяяюия возмон-нооеь уцраадения и^; и.тепловымй. <ию«<*~--

вами ау»ем вариации прмэмови яябор

мшршта'щаш«»« .и«р«ке?йй!в.' '

, кретные задачи:

I. Получение и рентгеноструктурный анализ объектов исследования. ...

2t Исследование элеитро- и теплопроводность объектов.

Îi Выявление роли -электронов РЗЭ в кинетических явлениях.

Научная новизна;

1. Впервые произведены исследования физических свойств твердых растворов «алого замещения в системе Snïe - (рзэ )Те и gete-(pэ* )ïe установлено, что растворимость з (Рзэ в snTe й GeTe не менее 10 мол%.

2» Исследование« электропроводности, теплопроводности, а также термо-э.д.с. в зависимости от состава и температуры разработаны физические основы практического применения систем SaTe-(P3 3 )Тв и GeTe-(Pd3

3. Показано, что поведение теплопроводности, электропроводности и термо-э.д.с. систем <SaSe)1ixV(P33 )WS и (GeTe)1-x-/(P33 )Те/х мокно объяснить в райках Двухэон-ной модели с учетом дефектности бтруктуры. Установлено» что » кинетических явлениях -электроны РЗЭ в системе непосредственно ке проявляют себя.

Практическая ценность: . I. Исследование» физичебких свойств в зависимости «состава устэновле» предеж paOïBOpiwodïk (1>33 jïe в Snïé и GeTe . Показано, что рэстзоршость(РЗЭ)ïe BSnTe и GeTe не менее, чем ,10 ырй%." ..

2. Результат исследования глекгрофизичесвдхи тепловых «Mo» (SaSe^-/^? )»4-

позволила выбрать %ооствв и првкгачвйкйв ttapiuetpa ùiiotè* мм для их прймеяейий » те&ййкё » Уедачо^йй, ч«о в овлэог

-54 рисунков и 12 таблиц. Библиография содержи? 116 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность. гены диосергэг , ции, сформулирована цель работы, отражена научная новизна и прэгаическая значимость полученных: результатов, перечислены основные положения, выносимые на защиту и приводится краткое содержание работы. . ,

В первой главе приводился краткий оозор эксперимент езльных: исследований физических свойств л1УФе и (РЗЭУГе ' (A—Sa,Ge,Fb,Si5 Рээ = La,Nd, Sin, Ей, Gü) . Показано, что халькогениды А^ групйы достаточно детально и всесторонне изучены. Они морут быть перспективный и материалами для раз-' личных1 преобразователей. Из анализа литературных: денных следует, что физические свойства AIVSa существенно .зависят от стехиометрии и, следовательно, измерения физических параметров могу* служить мерой определения «очного состава сис-

7v

san А- те \ почти не исследовано влияние мзлого замещения РЗЭ на физические свойства Sptfe и Geíe .

Во второй главе, опиоанэ методика синтеза, и анализ исследованных объектов» Установлено, что рзбгзрриыосшь (Р39)3?в i saTe и йв'Лв не более-10 мол$. Здеоь приведены, диграмма оостояний, дебаеграьщы и концентрационные микротвердости некоторых образцов из систем А17Твг.<1> э ? )Ге.

Описана методике измерений электропроводности, терыо-э.д.с., теплопроводности и магнитяой зосприимчивости. Дан алаяиз экспериментальных: оввСок к os.резвости кагнитных и -йлектр9-тепло$ваяч*ларам*«;. w зззьсимеоги от температурных. МНЕерЛЗЛОБ,.

та, причем чем ббйыпе эта разнйсть^ тем больше уменьшается теплопроводность* Например при температуре 800 К и * =0,02 для еисгем (айв^-р^аШв)^ «^= -3,2 В!г/м-К и для сиотем (8пТе)1-х- (вйТе^ «Г 1,6 Вг/М'К ,

Температурные Зависимости гермо-э^.о., теплопроводности и электропроводности объясняются в рамках предположения 6 сохранении характера зонной структуры системы, при»' сущей вп^е до х =0,1 . Зонная структура ЭпТо Состоит из двух подзон, разделенных Друг от друга энергетическим "зазором" де V

.Измерения показали, что для всех ооставоз от 300 до ~ 550 К терко-э,д.с* монотонно растем, а затем (при Г > 550 К) увеличивается сильнее 4 Такое поведение термо-э.д.с. объяснено слеДукшдам образом: сначала (Т 4 600 К) ос- ... новйую роль играет первая подзона с меньшей эффективной, массой (легкие дырки).: При высоких температурах (Т >' 600 К), где тепловая энергия носителей тока стзнбвйт¿я. Сравнимой большие дг проявляв!» бвбя-й .Дыр1Ш>« ; Поэтому в этой Облабтй |е«пера!сур (Ф ? бОО К) т>ёрмо»-э«^*с» ' изменяется сильнее. \.

Сложность зояйой отрукту£ы йбдлейоваяных систем также вытекает из йоведения в ^вЫггераа^рчнх : заййЬймоетай електро-и тёпятров одноетй. Зде о$ факщ хардктер нык & эйи-

симоотей этих Параметров в ий&рвэле ЗО0-ЙЭО К даебг®вйий отличается от подобны?! '-¿. интервал б&Э^КЙО .Й^ 1ак, э ивтер-• вале 300-600 К для всех систем электропроводность подчиняет^ ся приблизительно закону Т*"1^ , чзф 'сйязанд 4 йрбязлейи-ем первой подзоны. При I а*- 600 1С изйеййётоя йак&он что обусловлено забросом дырок во втору» яогзойу. .

Для выяснения роли незэпогшвяння''; уровней "¡^З -

Б этой главе приводятся экспериментальные факты по из-ыерениям термо-э.д, е., злектропроводности и теплопроводности в зависимости от состава температуры всех раЬсмагризэешх систем GeTe -(Р зэ )Тэ А также приводится составная зависимость холловской концентрации. , -,

Сделана^ пойыткадзтЬ,1 физическую интерпретацию наблюдав1-' ' мьш на эксперименте параметров. ■.•»'.

Известно, что.большинство, сплавов стехиометрического состава AIV: ïe 1 il ,з том числе и Ge: Се , распола- . ... гаются зэ пределами, однофазной области. Область одношазного . ■ твердого растворз GeTe - "простирается в сторону избытка. -,, теллура от 50,1 до 51,1 ат$ Те Физические свойства твердого раствора GeTe в. однофазной области монотонно изменяются öi состава. Это позволяет определить состав исходного образца Gele ( Ôe »49,1 ат$ _ !Гел 50,9 эт% ). Установлено, что экстремумы в термо-э.д.с. и подвижности при концентрации легирующего РЗЗ вблизи Ï аОл% связаны залечи-~ взнием дефектов (заполнение вакансии подве } в GeTe . , В дальнейшем увеличением Содержания легируйщего РЗЭ создаются новые рассеивающие центры.

Делается попытка объяснить экспериментальные данные V';по концентрационной-зависимости термо-э.д.с. в рамках одно- ' зфшойм одели.

Установлено^ что имеется слишком, качественное согла-: ' сие между экспериментом и результатом однозонной моделл в "<■ том смысле, что выражения для термо-э.д.с. однозонной «одели также дают максимума при , х'« 0(0Т, По:ьзано, чт- ri , чеотааннох'о согласия между теорией и результатом эксперимента i необходимо учитывать сложность зонной структуры GeTe . . Поскольку носители тока s Geïe связаны с наличием де-

Температурная зависимость электропроводности, теплопровод* « ности и коэф-

фициента тер-

ао-э.д.с.

одинакова для

всех систем.

Например,, на -

рис. для .

состава (аеТе)0>92-(тате)0?08

приведены тем-^

ш

10°% vi

50

дао 400 500 № 700 ж ООО то г°/с —

пературная за- . ,

висимость элект- ■•■: • -

. ропроводности, теплопроводности и тврмо-э.д.с. Аналогичная картина получена и для всех остальных соотзвов«. . :

В области 300**500 К теплопроводность уменьшается по закону т~1 . Выше 500 К-уменьшение ¿£ замедляется и, наконец, при Г > 900 К она остается* почти, постоянной*. Дяя объяснения' этих:результатов предполагав фея* что валентная зона системы-сосйонг иё двух подзон.*- Поэтому теплопровода носгь, обусловленная носителями тока, в различном температурном интервале будет различная. Следовательно» Общая теплопроводность в рассматриваемом интервале не будет подчиняться единому закону.

■ По температурной- завиоимости элэадропрозз-дй^й же видно, что наклон линии зависимости (Г (Т) в области ~ 500 К изменяется* что свидетельстйуея о наличии йложяой зонной структуры в системе №»/х . Эта сложная •

зонная структура системы (бвТв^^СРэа^Фв/^ оохрайяется

. . ••■■Го:-'..-- '

Заметное влияние на. ¿блдшровсдное^ь сйбгв^ы оказываем разноси* »ЛЬ*

эта развобт^, ¿ем б^АШ енйнаейоя теплОйровойнбегь^ 15. На основе иесйёдбваний ф^зиче.йки^ овойО&в >0 зависимое'* ти от состава и температуры рйЗрэ15о!сэны физические основ^ прак^еокого применение систем й (ОвФв^/(рзз , Установлено, что .чем тяже-"

леё атомный вес? раеййряемргб РЗЭ, з!ем ёбй$йв добротность еистёйы. Доказано, чтб в Области £00-^00 Й ереди веек исслейуёмых систем самйй йабокой добро^ностьй '00* ладаюг составы (^ё^^^Хбат«?)^^ и " (6еФё'}0 ^ <» (Оатв)0>01 , для которых г 2 •КГ3 К-1.

По. материалам диссертации опубликованы следующие' * Работы: ■

I. Камарли Ф.М., Джангиров А.Ю. Физико-химический анализ' и электрофизические свойства твердые растворов Малого замещения в системе (ЗпЯв).,^- (йаЯ!е)х . - Рукоп, дей. ... в АзШИНТИ, 16.05*66 (Ё 513-Аз8б .

2» Камарли Ф«М., Джангиров А.Ю. Кинетические и тзплофиаиче-* ские свойства твердых растворбв малого замещения на бе- ' нове мояотеллурида олова* - Рукоп.деп. в АзНИЙНТЙ, . 1б»05.8б гм & т~тб.

3» Камарли Ф.М., Джангиров А.Ю., Мэмеддва К.М. Влияние ■• • малых замещений олова о ?ЗЭ на элекйщ>фиэичеокно и йа^ , ;. низгные свойства монотеллурида олова» - Рушидеп, в ;> А9НЙЙНТЙ, 16,05*86, № 315-Азвб. .

и. Джангиров А.Ю., Камарли Ф.И., АЬедовэ Гадкиев М.К.

11. Камарля Ф.М*, Гусейнов Н,Г., Джангиров А.Ю. Физиков химический анализ и элекгрофизйческие свойства твердых растворов малого замещения в системе (Ga2,e)^__x-(SraTe);¡c.

- Рукоп.деп, в АзШШТЙ, 15.05.91г., Ж 1635-Аз

12. Камарли Ф.М. Физико-химические и электрофизические свойства твердых растворов малого замещения в системе

- (SnTe_x-(SmTe)х , - Третья Всесоюзная конференция ЧГУ Материаловедения халькогенидных полупроводников. Тезисы докладов.Черновцы 1991. Часть 1,0.152.

13. Камарли Ф.М.'Физико-химический, анализ, и электрофизические свойства твердых растворов малого замещения в системе (SaTe)^^- (NdTe)x, - Третья Всесоюзная конференция ЧТУ. Материаловедение халькогенидных полупроводнл-код, Тезисы докладов» v -Черновцы 1991, Часть й, с.172 V-.1-.• V'./-í Г- /'

■ Эйвазрв ЭД*-, Кзмараа Ф.Ё*, 5зфар0в Д.'Ф/ кинетические" и ■

'.- .-хешийяв еведда замещения щ.'

системе кя^врвит.!'.

ция ЙНР, Т?зи<зырпЩвжЩщ е.|8р,' -VX

15, Эйвазов Ijsáíi-Кадвряиfii'í^^'A'^t^ál^BO^eiwe«.-'' окие евоиогаа Maásfd Ьймещеиия в cac- ' , теме .(Mfafa^ Vr * фиящшйяйоке» кон^еренцвд

16. ЗЙвааов Карай* Ф»М5«7 Амиров Д.Г, Кинетиуеокиз и магнитные свойства системы (SníTa),,^ ~ (Eu®e)x '. - Республиканский симпозиум по

. фиэичеркйа оз->в.а»«е.т«,' поддасдодникоз, Тезисы док-,

, ладов» o¿ ti }/,;-,'-'Vi .-л,; "

ivmca

Гэмэрлй ♦•иг Макнул егяу 4 .

надир торовг слеиентлэри идз зэиф лекирз олуютш ГАЛЙЗ ва кернаниум монотеллуридлзрмн кинетмк -

хассэязри

Дисор гаси ja иых <SnTe|_- С<НТЕ»ТвЭ^«» t (HTEÍTe^

'(HTE"La,Nd,S«,Eu,6d> системлэринин алыммасы в« 500 -ХООО К Тем-' прратур интервалында онларын физики хасйэлэрййия тэдгигинэ ьаор едилинишдир- i

Эсас матичалэр ашагыдакылардан иёарэтдир:

- Йлк дэ4>э <Sr>TeJ_- С(НТЕ)ТеЗ^вэ (Í3éTeJ_£ С(МТЕ)ТеЗх бэрк маьлуллары алынмыш вэ к<э стари лйишдир ки? кар ики сис~ темдэ калл олунма 10 мол У—а гэдэрдир«

- Муяj jaH ёдилиишдир км,, вутун сийтемлэрдэ влектриккечир-мэний, иетилмккечйрмэнин вэ тёрма~е,-*1*Г"~нин -температур асылы"

' дыры идемтикдир. Кинатик эмсалла'рым эзяэрини бела апарнааы SnTe вэ БвТв-ун дефектлили jn вэ ики зоналы моД&Л чэрчивсимда *

изак олунур. '■"'■ 1

- (SnTeJ^- ( EüTe)^системиндз магнит гавра лычылырынын температур асылылырынын тэдСиги нэтичэойндэ муэ j jaH едйлмишдир ки» г ала jbiK Eu илэ аз мигдарда авээ едилизсиндэ оевропиумун 4Г-сэ~ ви j jacHHMH долмй дэрэчэси дэ^ишмир ¿ Бу »Акт 4-?-сави j jacii ила кечиричи эонанын дййи беJyk екержи аралирына малик олдугуна • кара. SnTe — feuTe системиндэ кинетик кадисаларда 4-f- електрон-ларыйын взлэрийи вируза вермэмэси илаиэак anvnvPí

- Mvaj .ÍH вдилмиидир кй, (SnfeJ^ t(MTE*fé3^ea

I(НТЕ)ТвЭхоиотемларйнДа вахылаи теНператур ин+ервалыйда

надир торпаг елементларинин канпййса олунмдийш спинлари кине" тик хасжзлэрэ та'сир етмир. Иотиликквчйрмэ ЭСаоан кутлэлдр Фэргиндай <MHTg- Mgn> t '««j^- Mg^r аоилыдыр1. Bé/í^ . ¿y ♦*>»* .

на гэдар 6® jyk оларса, истйликквчириэ вир о гэдэр кичйк'олур» . -(BríTé|_- tíl-ITÉíTe^aa С (HTÉ)TbÍ,{ (9ивтемяарииинь

Физики хассзлэримин таркиб вэ температур айылыЛыгларынын тэд-гиги вайитэои илэ онларын практик г^теигимин!, физики асаояары ииламмиыдир • Муа J Jan вдиямишдир «M¿ ^ЭЯА ónv^áW иади(» торпаг . »яенентларйний кутлэри Se jyk pñüvrM* raárpt'. олу;йай ф^втемларйй еффекгйи jn даьа. 6в jyK, олур .; КвстэрйлмишдЙР ки, 600-900 к температур ийтервалммда гадгиг оуйлй йиь-гйййв^дйн . эФívk" Фектлм ja малик олан <Sfite¿ ^ < edTe^ ^Éa <Sét*¿' <BtíTe^01

- . .'-."л*'' ■""''•"i'.'''' '

"..••+аркибларидир кй«' оцишрЛ*,: 2* 1«!' ,.. ^(í ' T

Дйоре>рта10й jawwH матрр'иая^арм ¿ЗРИ"'

■чи" вЛкалэрий. мзчм.

■ 17-влми'ии.. чеп; рЛунму'лдУР»■ '- ■ •''

Подписано к печати 30.11. 1993 г. Заказ 626. Тираж 100. Бесплатно.

Тип. АГПУ им. Н. Туси. Баку, ул. Уз. Гаджибекова, 34: